DE112020003025T5

DE112020003025T5 - Zylindervorrichtung, metallische Gleitkomponente und Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente

Info

Publication number: DE112020003025T5
Application number: DE112020003025.3T
Authority: DE
Inventors: Takuma Ohnuki; Hiroshi Nakano
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2022-03-10
Also published as: KR20210151919A; CN114080472A; KR102656985B1; MX2021016036A; CZ2021578A3; JP7179179B2; US20220356590A1; WO2020261930A1; JPWO2020261930A1

Abstract

Diese Zylindervorrichtung umfasst einen rohrförmigen Zylinder, der an wenigstens einer Endseite einen Öffnungsabschnitt aufweist, eine Metallstange, die durch den Öffnungsabschnitt des Zylinders ragt, und ein Gleitkontaktelement, das an dem Öffnungsabschnitt des Zylinders vorgesehen ist und in Gleitkontakt mit der Stange kommt. Auf einer Oberfläche der Stange ist eine Verchromungsschicht vorgesehen. Das Seitenverhältnis eines durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in Richtung der Schichtdicke zu einem durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in Richtung in der Ebene in der Verchromungsschicht ist 0,2 oder weniger.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylindervorrichtung, eine metallische Gleitkomponente und ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente.
Priorität wird von der japanische Patentanmeldung Nr. 2019-118685 beansprucht, die am 26. Juni 2019 eingereicht wurde und deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
[Stand der Technik]
Es wurden verschiedene Technologien entwickelt, um die Gleiteigenschaften von metallischen Gleitkomponenten wie Kolbenstangen zu verbessern.
Zum Beispiel sind eine Technologie zur Abscheidung einer Chromschicht ohne Spannungsgradient in einer Dickenrichtung (siehe Patentliteratur 1), eine Technologie zur Verbesserung einer Struktur einer Hochgeschwindigkeitsverchromungsvorrichtung (siehe Patentliteratur 2) und eine Technologie zur Definition eines durchschnittlichen Durchmessers von Kristalliten einer Verchromungsschicht und zur Definition eines Spitzenintensitätsverhältnisses, ausgedrückt durch ({211}/{222}) (siehe Patentliteratur 3), bekannt.
[Zitierliste]
[Patentliteratur]

[Patentliteratur 1] Japanisches Patent Nr. 3918156
[Patentliteratur 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. S55-138097
[Patentliteratur 3] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2006-307322

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Bei den vorgenannten Technologien im Stand der Technik besteht jedoch ein Problem, dass die Gleiteigenschaften, wie z.B. der Reibungskoeffizient und die Verschleißfestigkeit einer Beschichtungsschicht, unzureichend sind. Die in der vorstehenden Patentliteratur beschriebenen Technologien sind Herstellungstechnologien zum Herstellen einer praktischen Beschichtungsschicht für jede Gleitkomponente, und es besteht die Notwendigkeit, Gleitkomponenten durch Versuch und Irrtum in Bezug auf die Gleiteigenschaften von Oberflächen einer Beschichtungsschicht herzustellen.
Im Übrigen arbeitet der Erfinder an der Entwicklung einer Technologie zur Erhöhung der Schichtbildungsgeschwindigkeit einer Verchromung auf einer Kolbenstange für eine Aufhängung.
Darüber hinaus wurde untersucht, dass die charakteristischen Werte einer erhaltenen Beschichtungsschicht denen von beschichteten Gegenständen im Stand der Technik entsprechen, selbst wenn die Schichtbildungsgeschwindigkeit der Verchromung erhöht wird.
Bei einer detaillierten Analyse bezüglich der Kristallinität einer durch Hochgeschwindigkeitsverchromung erhaltenen Verchromungsschicht stellte der Erfinder jedoch fest, dass diese eine Kristallinität aufweist, welche die Gleiteigenschaften einer Kolbenstange verbessern kann.
Die vorliegende Erfindung konzentriert sich auf Kristallstrukturen, die auf einer Oberfläche einer Verchromungsschicht während einer Herstellungsstufe ausgebildet werden, und stellt eine metallische Gleitkomponente bereit, die eine Verchromungsschicht mit grundlegenden Kristallstrukturen aufweist, welche die Gleiteigenschaften beeinflussen, eine Zylindervorrichtung, die diese umfasst, und ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente.
[Lösung des Problems]
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zylindervorrichtung vorgesehen, umfassend einen rohrförmigen Zylinder, der an wenigstens einer Endseite einen Öffnungsabschnitt aufweist, eine Metallstange, die durch den Öffnungsabschnitt des Zylinders ragt, und ein Gleitkontaktelement, das an dem Öffnungsabschnitt des Zylinders vorgesehen ist und mit der Stange in Gleitkontakt kommt. Auf einer Oberfläche der Stange ist eine Verchromungsschicht vorgesehen. Das Seitenverhältnis eines durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in Richtung der Schichtdicke zu einem durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in einer Richtung in der Ebene der Kristallite in der Verchromungsschicht ist 0,2 oder weniger.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Die vorstehende Zylindervorrichtung bewirkt, dass das Seitenverhältnis der Kristallstrukturen, die eine Verchromungsschicht bilden, verringert werden kann und somit der Reibungskoeffizient reduziert werden kann. Darüber hinaus kann auch die Härte verbessert werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Zylindervorrichtung bereitzustellen, die eine metallische Gleitkomponente umfasst, die eine Verchromungsschicht mit verbesserten Gleiteigenschaften aufweist. Da das Seitenverhältnis auf 0,2 oder weniger reduziert ist, ist ein wahrer Kontaktabschnitt in Bezug auf ein Gegenmaterial während des Gleitens gleichbleibend. Darüber hinaus kann die Anzahl der Gleitvorgänge an Kristallkorngrenzen, die zu feinen Niveauunterschieden führen können, reduziert werden, und der Reibungskoeffizient der Verchromungsschicht kann verringert werden.
Darüber hinaus ist es möglich, eine Zylindervorrichtung bereitzustellen, die eine Stange umfasst, die als eine solche metallische Gleitkomponente dient, bei der die Gleiteigenschaften einer Stange verbessert werden können und die eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die eine Stange zeigt, die als metallische Gleitkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient.
2 ist eine Teilquerschnittsansicht, die eine Verchromungsschicht zeigt, die auf einem Oberflächenteil der in 1 dargestellten Stange ausgebildet ist.
3A ist eine erläuternde Ansicht, die ein Einheitsgitter eines Kristalls darstellt und als Beispiel einen Azimut und ein Seitenverhältnis von Kristalliten der in 2 dargestellten Verchromungsschicht darstellt.
3B ist eine erläuternde Ansicht, die ein Seitenverhältnis eines Kristallgitters darstellt und als Beispiel einen Azimut und ein Seitenverhältnis von Kristalliten der in 2 dargestellten Verchromungsschicht darstellt.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Kristallite der in 2 dargestellten Verchromungsschicht darstellt.
5 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Kristallite einer Verchromungsschicht im Stand der Technik darstellt.
6 ist eine erklärende Ansicht, die eine Beziehung zwischen Korngrenzen in einer Verchromungsschicht auf einer in 1 dargestellten Stangenoberfläche und einer Öldichtung darstellt.
7 ist eine erklärende Ansicht, die eine Beziehung zwischen Korngrenzen in einer Verchromungsschicht auf einer Stangenoberfläche im Stand der Technik und einer Öldichtung darstellt.
8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine erste Herstellungsvorrichtung zeigt, die zur Bildung einer Verchromungsschicht auf der Stange verwendet wird, die als metallische Gleitkomponente gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient.
9 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Überblick über eine zweite Herstellungsvorrichtung zur Bildung einer Verchromungsschicht auf derselben Stange darstellt.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine detaillierte Struktur eines Hauptteils darstellt, wenn die gleiche zweite Herstellungsvorrichtung eine konkrete Struktur aufweist.
11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Zylindervorrichtung zeigt, welche die in 1 dargestellte Stange umfasst.
12 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Stromdichte und Kristallitdurchmessern in einer ausgebildeten Verchromungsschicht in einer Richtung in einer Ebene zeigt, wenn die Verchromungsschicht auf einer Stangenoberfläche in einem Beispiel ausgebildet ist.
13 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Stromdichte und einem Seitenverhältnis der Kristallite in einer ausgebildeten Verchromungsschicht zeigt, wenn die Verchromungsschicht auf der Stangenoberfläche in dem Beispiel ausgebildet ist.
14 ist ein Diagramm, das eine Verchromungsschicht betrifft, die in dem Beispiel auf der Stangenoberfläche ausgebildet wurde, und das eine Korrelation zwischen einem Seitenverhältnis der Kristallite der Verchromungsschicht und einem maximalen Reibungskoeffizienten der Verchromungsschicht aufzeigt.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Nachfolgend wird eine Stange beschrieben, die als metallische Gleitkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient.
Die nachfolgenden Ausführungsformen beschreiben die Erfindung speziell zum besseren Verständnis des Kerns der Erfindung und schränken die vorliegende Erfindung nicht ein, sofern nicht anders angegeben.
1 ist eine Seitenansicht, die eine Stange 1 als ein Beispiel der metallischen Gleitkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Diese Stange 1 besteht aus einem Abschnitt mit großem Durchmesser 2, der eine runde Stabform aufweist, und einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3, der ausgebildet ist, dass dieser sich von dem Abschnitt mit großem Durchmesser 2 in der Mitte eines Endabschnitts dieses Abschnitts mit großem Durchmesser 2 in einer Längsrichtung erstreckt. An einer Endseite des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 ist eine konische Fläche 4 ausgebildet, die im Durchmesser reduziert ist. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 ist durch einen Flanschabschnitt 2a gebildet, der an einer Endseite dieser konischen Fläche 4 ausgebildet ist. Ein Außengewindeabschnitt 5 ist an einer Endseite des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 3 ausgebildet.
Die Stange 1 ist ein beschichteter Gegenstand, der einer Beschichtung unterzogen wurde. Eine Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 und die konische Fläche 4 sind galvanisch beschichtet.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der aus einem Oberflächenteil des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 ausgeschnitten wurde. Eine Oberfläche eines metallischen Grundmaterials 6, das ein Stahlgrundmaterial ist und den Abschnitt mit großem Durchmesser 2 bildet, ist mit einer Verchromungsschicht 7 beschichtet. Bei der Stange 1 bestehen der Abschnitt mit großem Durchmesser 2 und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 aus einem Stahlgrundmaterial.
Bei der Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform beträgt das Seitenverhältnis eines durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in einer Schichtdickenrichtung zu einem durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in einer Richtung in der Ebene 0,2 oder weniger. In der Verchromungsschicht 7 sind die Kristalle so ausgerichtet, dass die (111)-Ebenen der Chromkristalle einen bevorzugten Azimut aufweisen, der parallel zur Richtung in der Ebene ausgerichtet ist. Die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Kristallite bezeichnen einen Bereich, in dem Einkristalle versammelt sind. Die Kristallitdurchmesser können z.B. durch Röntgenbeugung ermittelt werden.
In der Verchromungsschicht 7 beträgt der durchschnittliche Durchmesser der Kristallite 12 nm oder weniger in Richtung der Schichtdicke (FTD) und 60 nm oder mehr in Richtung der Ebene (PD). Der durchschnittliche Durchmesser der Kristallite ist vorzugsweise 0,28 nm oder größer in Richtung der Schichtdicke und vorzugsweise 240 nm oder kleiner in Richtung der Ebene.
3A ist eine erläuternde Ansicht, welche die (111)-Ebene in einem Einheitsgitter eines Chromkristalls mit einer bcc-Struktur darstellt. 3B ist eine erklärende Ansicht, die ein Konzept des Seitenverhältnisses in einem Chromkristallgitter darstellt.
Wenn eine axiale Länge eines bcc-Einheitsgitters in einer Breitenrichtung als a0 und eine axiale Länge davon in einer Höhenrichtung als h0 ausgedrückt wird, wird das Seitenverhältnis (AR) des in 3B dargestellten Chromkristallgitters zu einem Wert, der durch h0/a0 ausgedrückt wird.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine schematische Kristallstruktur der Verchromungsschicht 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 5 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine schematische Kristallstruktur einer Verchromungsschicht 8 mit einer Struktur aus dem Stand der Technik zeigt. Die Azimute der abgeschiedenen (111)-Ebenen sind durch die Pfeile in den 4 und 5 angedeutet. In den Verchromungsschichten 7 und 8 sind die (111)-Ebenen vorzugsweise in Richtung der Ebene (Schichtoberfläche) ausgerichtet.
Der Begriff „bevorzugter Azimut“ bezeichnet den Zustand eines polykristallinen Aggregats, und der Kristallazimut hat die Bedeutung, dass die Kristalle eher in einer bestimmten Richtung als in einer zufälligen Richtung angeordnet sind.
Die Kristallinität und der bevorzugte Azimut können z.B. anhand eines durch Röntgenbeugungsmessung erhaltenen Beugungsmusters analysiert werden. In einem repräsentativen Röntgenbeugungsmuster der Verchromungsschicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden starke (222)-Spitzen beobachtet, die eine bevorzugte Ausrichtung der (111)-Ebenen anzeigen. Wenn aus einem solchen Muster von Spitzen eine integrierte Intensität erhalten und ein Intensitätsverhältnis berechnet wird, werden (222)-Spitzen von 90% oder mehr angezeigt. Da das Intensitätsverhältnis der (222)-Spitzen in Standarddaten von nicht orientiertem Chrom etwa 3 % beträgt, kann man sagen, dass diese eine starke bevorzugte Orientierung aufweisen.
In der in 4 dargestellten Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform wird ein Bereich mit kontinuierlich ausgebildeten Einkristallen als Kristallite 9 definiert. Das Seitenverhältnis der Kristallite 9 ist in 4 beispielsweise mit h/a angegeben, und das Seitenverhältnis von Kristalliten 10, die eine in 5 dargestellte Struktur im Stand der Technik aufweisen, ist in 5 mit h2/a2 angegeben.
In der in 4 dargestellten Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform beträgt das Seitenverhältnis (h/a) des durchschnittlichen Kristallitdurchmessers h in Richtung der Schichtdicke zum durchschnittlichen Kristallitdurchmesser a in Richtung der Ebene 0,2 oder weniger.
Zur Messung der Kristallitgröße in der Verchromungsschicht 7 wird die charakteristische Röntgenstrahlung Cu-Kα einer Röntgenbeugungsvorrichtung verwendet, so dass die Beugungslinien in der Ebene und die Weitwinkelbeugungslinien durch eine Hall-Methode getrennt für die Kristallitgröße und die Verzerrung ausgewertet werden können.
Der durchschnittliche Kristallitdurchmesser h in Richtung der Schichtdicke in der vorliegenden Ausführungsform gibt einen Wert an, der durch die vorstehende Hall-Methode unter Verwendung von Beugungslinien reflektierter Röntgenstrahlen erhalten wird, die erzeugt werden, wenn ein Bereich von 10 mm x 10 mm in einer Beschichtungsschicht mit einem Weitwinkel-Röntgenbeugungsgerät abgetastet wird.
Der durchschnittliche Kristallitdurchmesser a in Richtung der Ebene in der vorliegenden Ausführungsform gibt einen Wert an, der unter Verwendung von Beugungslinien von in der Ebene beugenden Röntgenstrahlen erhalten wird, die sich in einer Richtung entlang einer Oberfläche einer Probe ausbreiten und erzeugt werden, wenn ein Bereich von 10 mm x 10 mm in einer Beschichtungsschicht unter Verwendung eines hochauflösenden Röntgenbeugungsgeräts bei einem Einstrahlungswinkel abgetastet wird, der außerordentlich viel kleiner ist als der bei einer Weitwinkel-Röntgenbeugung.
In der Verchromungsschicht 8 mit der in 5 dargestellten Struktur im Stand der Technik ist das Seitenverhältnis (h2/a2) des mittleren Kristallitdurchmessers in Schichtdickenrichtung zum mittleren Kristallitdurchmesser in Richtung der Ebene größer als das Seitenverhältnis (h/a) in der in 4 dargestellten Verchromungsschicht 7. Aus diesem Grund enthält die in 5 im Querschnitt dargestellte Verchromungsschicht 8 viele in Schichtdickenrichtung verlängerte Kristallite 10. Im Gegensatz dazu enthält die in 4 im Querschnitt dargestellte Verchromungsschicht 7 viele in Oberflächenrichtung verlängerte Kristallite 9.
Jeder in 4 dargestellte Kristallit 9 hat eine viereckige Form. Jeder in 5 dargestellte Kristallit 10 hat ebenfalls eine viereckige Form. Wenn man jedoch davon ausgeht, dass die Struktur in 4 und die Struktur in 5 die gleiche Gesamtschichtdicke haben, ist die Anzahl der in Schichtdickenrichtung abgelagerten Kristallite 9 in der Struktur des Querschnitts in 4 größer als die Anzahl der in Schichtdickenrichtung abgelagerten Kristallite 10 in der Struktur des Querschnitts in 5.
Wie aus dem Vergleich der 4 und 5 hervorgeht, ist das vorgenannte Seitenverhältnis (h/a) in der Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform 0,2 oder kleiner. Dies bedeutet, dass der durchschnittliche Kristallitdurchmesser in Richtung der Ebene wesentlich größer ist als der durchschnittliche Kristallitdurchmesser in Richtung der Schichtdicke in den Kristalliten 9, welche die in 7 dargestellte Verchromungsschicht 7 bilden.
6 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Öldichtung 11 mit einer Stange in Kontakt gebracht ist, die mit der in 4 dargestellten Verchromungsschicht 7 versehen ist. 7 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Öldichtung 12 mit einer Stange in Kontakt gebracht ist, welche die in 5 dargestellte Verchromungsschicht 8 des Standes der Technik umfasst.
In 4 können die Grenzen zwischen den Kristalliten 9 und 9, die in der Oberflächenrichtung der Öldichtung 11 aneinandergrenzen, als Korngrenzen 13 betrachtet werden. In 5 können die Grenzen zwischen den in Oberflächenrichtung der Öldichtung 12 aneinandergrenzenden Kristalliten 10 und 10 als Korngrenzen 14 angesehen werden.
Aus diesem Grund hat die Struktur in 6 im Vergleich zu einem Fall, in dem die in 6 dargestellte Verchromungsschicht 7 in Bezug auf die Öldichtung 11 gleitet, und einem Fall, in dem die in 7 dargestellte Verchromungsschicht 8 in Bezug auf die Öldichtung 12 gleitet, eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Korngrenzen 13 die Öldichtung 11 abreiben. Aus diesem Grund ist es unwahrscheinlich, dass auf einer Oberfläche der Verchromungsschicht 7 Adhäsion auftritt, und es kann ein Effekt zur Verbesserung der Gleiteigenschaften der Stange 1 erzielt werden.
Darüber hinaus ist in der Verchromungsschicht 7, wie oben beschrieben, das Seitenverhältnis des durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in Richtung der Schichtdicke zum durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in Richtung der Ebene 0,2 oder kleiner. Aus diesem Grund ist die Anzahl der in Gleitrichtung vorhandenen Korngrenzen 13 geringer als bei der Verchromungsschicht im Stand der Technik. Aus diesem Grund nimmt bei der Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform der Reibungskoeffizient ab, da die Anzahl der Gleitvorgänge in Bezug auf die Kristallkorngrenzen geringer ist als bei der Verchromungsschicht im Stand der Technik, und da der Reibungskoeffizient abnimmt, werden die Gleiteigenschaften verbessert. Aus diesem Grund ist es unwahrscheinlich, dass eine Verformung der Kristalle in der Verchromungsschicht aufgrund von Kondensation auftritt. Da die Form des Verschleißes in die der Gleitreibung geändert werden kann, lässt sich die Verschleißrate verringern.
Aus diesem Grund ist bei der Stange 1, die als metallische Gleitkomponente dient, ein echter Kontaktabschnitt in Bezug auf ein Gegenmaterial während des Gleitens gleichbleibend. Darüber hinaus kann der Reibungskoeffizient verringert werden, da die Anzahl der Gleitvorgänge an Kristallkorngrenzen, die feine Niveauunterschiede erzeugen können, reduziert ist.
In der Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform sind die (111)-Ebenen vorzugsweise in der Richtung der Ebene ausgerichtet. Darüber hinaus ist das oben beschriebene Seitenverhältnis ausreichend klein. Daher ist der Oberflächenzustand in der Richtung der Ebene ausgeglichen, und es werden die gewünschten hervorragenden Gleiteigenschaften erzielt. Da die Kristallitdurchmesser der Kristallite 9 in Richtung der Schichtdicke klein gehalten werden können, kann die Verchromungsschicht 7 eine ausreichend hohe Härte (1.000 HV oder höher) aufweisen, und die Verchromungsschicht 7 kann auch eine ausreichende Verschleißfestigkeit haben.
In Bezug auf die Stange 1, der die Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform umfasst, kann eine Oxidschicht mit Chromoxid als ein Hauptbestandteil auf einer Oberfläche der Verchromungsschicht 7 ausgebildet werden, indem eine Hochfrequenz-Wärmebehandlung nach einer Beschichtungsbehandlung durchgeführt wird.
[Verfahren zum Herstellen einer Verchromungsschicht]
Die vorstehende Verchromungsschicht 7 wird durch eine Beschichtungsbehandlung unter Verwendung eines konstanten Gleichstroms in einem Verchromungsbad ausgebildet, das eine organische Sulfonsäure enthält. Vorzugsweise sollte die Beschichtungslösung so eingestellt werden, dass ein gleichmäßiger Strom in einer Richtung entlang der beschichteten Oberfläche mit einer vorbestimmten Fließgeschwindigkeit zugeführt wird.
Hinsichtlich eines Verchromungsbades, das eine organische Sulfonsäure enthält, ist es erwünscht, ein Verchromungsbad mit der Komponentenzusammensetzung zu verwenden, die in der geprüften japanischen Patentanmeldung, zweite Publikationsnummer S63-32874 , beschrieben und in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt ist.

[Tabelle 1]

Komponente	Gemischte Menge (g/L)
	Geeigneter Bereich	Bevorzugter Bereich
Chromsäure	100 bis 450	200 bis 300
Schwefelsäure	1 bis 5	1,5 bis 3,5
Organische Sulfonsäure	1 bis 18	1,5 bis 12

[Erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer Verchromungsschicht]
8 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bildung der vorgenannten Verchromungsschicht 7 auf einer Oberfläche der Stange 1. Diese Vorrichtung weist Aufhänger 21 auf, die Werkstücke (z.B. metallische Kolbenstangen) W in einem hängenden Zustand tragen und bewegen. Unterhalb deren Bewegungslinie sind in dieser Reihenfolge eine Montagestation 22, ein alkalisches Elektrolyseentfettungsbecken 23, ein Beschichtungsbecken 24, ein Waschbecken 25 und eine Trennstation 26 angeordnet. Das Beschichtungsbecken 24 ist in einen Ätzbehandlungsbecken 24A auf der Seite des alkalischen Elektrolyseentfettungsbeckens 23 und ein daran anschließendes Beschichtungsbehandlungsbecken 24B unterteilt. Im Beschichtungsbehandlungsbecken 24B befindet sich ein Verchromungsbad 24b, das die organische Sulfonsäure enthält.
Darüber hinaus sind Stromschienen 27, 28 und 29 jeweils geteilt über dem alkalischen Elektrolyseentfettungsbecken 23, dem Ätzbehandlungsbecken 24A und dem Beschichtungsbehandlungsbecken 24B angeordnet. In diesen Stromschienen sind die Gleichstromquellen 30, 31 und 32 jeweils mit der Stromschiene 27, die dem alkalischen Elektrolyseentfettungsbecken 23 entspricht, mit der Stromschiene 28, die dem Ätzbehandlungsbecken 24A entspricht, und mit der Stromschiene 29, die dem Beschichtungsbehandlungsbecken 24B entspricht, verbunden.
Andererseits kommen in den Aufhängern 21 vorgesehene Stromversorgungsbürsten 34 in Gleitkontakt mit den jeweiligen Stromschienen 27, 28 und 29. Dementsprechend wird ein Strom von den entsprechenden Stromquellen 30, 31 und 32 gleichmäßig auf jeden der Aufhänger 21 verteilt. Mehrere negative Elektroden 35 und 36, die durch die Einheit jedes Beckens parallel geschaltet sind, sind einzeln innerhalb des alkalischen Elektrolyseentfettungsbeckens 23 und des Ätzbehandlungsbeckens 24A angeordnet. Die positiven Elektroden 37 und 38, die durch die Einheit der Stromschiene 29 parallel geschaltet sind, befinden sich im Inneren des Beschichtungsbehandlungsbeckens 24B. Die negativen Elektroden 35 und 36 und die positiven Elektroden 37 und 38 werden von den entsprechenden Stromquellen 30, 31 und 32 mit Strom versorgt. Ein Amperemeter ist zwischen jeder der positiven Elektroden 37 und 38 innerhalb des Beschichtungsbehandlungsbeckens 24B und der Stromquelle 32 angeordnet.
Zur Durchführung der Verchromung mit der vorgenannten Herstellungsvorrichtung wird zunächst das Werkstück W an dem Aufhänger 21 an der Montagestation 22 befestigt. Anschließend wird das Werkstück W nacheinander in das alkalische Elektrolyseentfettungsbecken 23 und in das Ätzbehandlungsbecken 24A überführt, wobei es an dem Aufhänger 21 aufgehängt ist.
Ferner werden eine Entfettungsbehandlung mit dem Werkstück W als positive Elektrode in dem alkalischen Elektrolyseentfettungsbecken 23 und eine Ätzbehandlung mit dem Werkstück W als positive Elektrode in dem Ätzbehandlungsbecken 24A einzeln durchgeführt. Anschließend wird das Werkstück W in das Beschichtungsbehandlungsbecken 24B überführt. Hier wird eine Verchromungsbehandlung mit dem Werkstück W als negative Elektrode durchgeführt.
Während der vorhergehenden Verchromungsbehandlung wird zunächst eine Beschichtungsbehandlung durchgeführt, indem eine Beschichtungslösung in einer Richtung entlang einer Oberfläche des Werkstücks W fließt und ein Gleichstrom von der Gleichstromquelle 32 über die Stromschiene 29 und die positive Elektrode 37 an das Werkstück W angelegt wird. Diese Beschichtungsbehandlung wird fortgesetzt, während die Stromversorgungsbürste 34 des Aufhängers 21, der das Werkstück W in einem hängenden Zustand trägt, mit der Stromschiene 29 in Kontakt ist und die Verchromungsschicht 7 ausgebildet wird. Danach wird das Werkstück W im Waschbecken 25 gewaschen und erreicht die Trennstation 26. In der Trennstation 26 wird das Werkstück W von dem Aufhänger 21 entfernt.
Während der Beschichtungsbehandlung wird eine Beschichtungsbehandlung durch Anlegen eines Gleichstroms in einem Zustand durchgeführt, in dem eine Beschichtungslösung regelmäßig in der Richtung entlang einer Oberfläche des Werkstücks W fließt, wie oben beschrieben. Dabei wird die Temperatur der Beschichtungslösung an einer Endseite der Strömung der Beschichtungslösung (in der vorliegenden Ausführungsform auf dem Flüssigkeitsniveau des Werkstücks W) auf 60°C oder höher eingestellt, so dass eine glänzende Verchromungsschicht erhalten wird.
Darüber hinaus wird die Austrittstemperatur der Beschichtungslösung auf 90 °C oder weniger und vorzugsweise auf 85 °C oder weniger eingestellt, so dass eine Verchromungsschicht mit einem geringen Seitenverhältnis der Kristallite ausgebildet werden kann. Außerdem ist es vorteilhaft, einen Gleichstrom von 350 ASD (A/dm²) oder höher anzulegen. Da sich die Ebenheit der Beschichtungsschicht verschlechtert und Anomalien in den Eigenschaften der Beschichtungsschicht verursacht werden, wenn 1.500 ASD oder mehr angelegt werden, ist es in der vorliegenden Ausführungsform erwünscht, im Wesentlichen 350 bis 1.500 ASD anzulegen, und es ist noch erwünschter, 400 bis 1.200 ASD anzulegen. Wenn eine Beschichtungsbehandlung mit einer Stromdichte in diesem Bereich durchgeführt wird, liegt die Stromdichte in einem höheren Bereich als eine allgemeine Stromdichte zur Erzeugung einer Verchromungsschicht dieser Art. Aus diesem Grund bedeutet eine Verchromungsbehandlung, die innerhalb des oben beschriebenen Bereichs durchgeführt wird, dass eine Hochgeschwindigkeitsverchromung durchgeführt wird.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromdichte eingestellt wird, die höher ist als die Stromdichte bei der Behandlung eines allgemeinen Werkstücks dieser Art im Stand der Technik, und dass eine Fließgeschwindigkeit für eine Beschichtungslösung angewendet wird. Die Beschichtungsgeschwindigkeit kann erhöht werden, indem eine Behandlung mit einer hohen Stromdichte auf diese Weise durchgeführt wird. Darüber hinaus beträgt die Fließgeschwindigkeit einer Beschichtungslösung 0,01 m/s oder mehr, vorzugsweise 0,05 m/s oder mehr. Wenn die Fließgeschwindigkeit der Beschichtungslösung zu niedrig ist, steigt die Temperatur der Beschichtungslösung aufgrund des hohen Stroms erheblich an, so dass eine normale Verchromung nicht durchgeführt werden kann.
Wenn die Fließgeschwindigkeit 2,5 m/s oder mehr beträgt, ist der Temperaturanstieg auf einer Oberfläche des Werkstücks bei gleichzeitigem Beschichtungsstromanstieg unzureichend, und die Zwischenprodukte der Reduktion von sechswertigem Chrom, die während der Beschichtungsreaktion entstehen, können nicht auf der Oberfläche des Werkstücks verbleiben. Aus diesem Grund wird der kontinuierliche Verlauf der Ausscheidungsreaktion behindert, und es bildet sich eine Schicht mit einer geringen Kristallorientierung.
Das Verhältnis zwischen der Obergrenze und der Untergrenze für die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Fließgeschwindigkeit hängt jedoch stark von der Beschichtungsanlage ab. Der Grund dafür ist, dass die Wärmekapazität aufgrund der Größe oder dergleichen der Anlage variiert und eine übermäßige Wärmemenge, die durch einen Kontaktwiderstand oder dergleichen verursacht wird, die Temperatur der Lösung erheblich erhöht. Aus diesem Grund ist es vorzugsweise erwünscht, die Betriebsbedingungen nach Klärung des Zusammenhangs zwischen der Austrittstemperatur einer Beschichtungslösung und der Durchflussmenge festzulegen.
Durch die Durchführung einer Hochgeschwindigkeitsverchromung wird der Effekt erzielt, dass eine Vorlaufzeit bei der Produktion verkürzt und die Herstellungseffizienz verbessert werden kann.
[Zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer Verchromungsschicht]
Bei einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung der Verchromungsschicht 7 bei dem Werkstück W ist es möglich, dem nachstehend unter Bezugnahme auf 9 beschriebenen Verfahren zu folgen.
In der zweiten Ausführungsform wird eine Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 42 verwendet, die eine innere rohrförmige positive Elektrode 40 und einen äußeren rohrförmigen Behandlungsbecken-Hauptkörper 41 umfasst. Ein stangenförmiges Werkstück W wird in der Mitte der positiven Elektrode 40 installiert, und es wird eine Beschichtungsbehandlung durchgeführt.
Wenn eine Beschichtungsbehandlung durchgeführt wird, ist es vorteilhaft, dass eine aufwärts zirkulierende Strömung in einer Beschichtungslösung erzeugt wird, die in der inneren rohrförmigen positiven Elektrode 40 aufgenommen ist.
Da die Elektroden auf diese Weise angeordnet sind, wird eine Strömung der Beschichtungslösung in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks W leicht begradigt. Darüber hinaus ist der Anstieg der Temperatur der Beschichtungslösung, wenn ein hoher Strom angelegt wird, leicht zu handhaben, und somit kann ein geeigneter Temperaturbereich und ein geeigneter Durchflussratenbereich gleichbleibend vorgesehen werden.
[Spezifisches Beispiel einer Herstellungsvorrichtung]
10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel mit einer detaillierteren Struktur bezüglich der in 9 dargestellten Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 42 zeigt.
Eine Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 dieses Beispiels weist einen Greifabschnitt 52 eines Transportroboters auf. Der Greifabschnitt 52 greift den Abschnitt mit großem Durchmesser 2, der ein Teil auf einer Seite ist, die dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 der Stange 1 gegenüberliegt. Der Greifabschnitt 52 greift die Stange 1 in einem Zustand, in dem diese sich von dem Greifabschnitt 52 vertikal nach unten erstreckt. Der Greifabschnitt 52 kann sich vertikal nach oben und nach unten bewegen. Die Stange 1 erstreckt sich in einem Zustand, in dem diese von dem Greifabschnitt 52 gegriffen ist, in vertikaler Richtung, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 ist auf einer Seite unterhalb des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 angeordnet.
Die Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 umfasst einen röhrenförmigen Behandlungsbecken-Hauptkörper 56. Der Behandlungsbecken-Hauptkörper 56 umfasst eine Einführungsöffnung 55, die das Einführen der Stange 1 ermöglicht, die von dem Greifabschnitt 52 gegriffen ist und sich zusammen mit dem Greifabschnitt 52 am oberen Abschnitt absenkt. Darüber hinaus umfasst die Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 eine rohrförmige Innenelektrode 62 im Inneren des Behandlungsbecken-Hauptkörpers 56. Die Elektrode 62 umfasst eine Einführungsöffnung 61, die das Einführen der Stange 1 ermöglicht, die von dem Greifabschnitt 52 gegriffen ist und sich zusammen mit dem Greifabschnitt 52 am oberen Abschnitt absenkt. Die Einführungsöffnung 61 der Elektrode 62 ist auf einer Seite unterhalb der Einführungsöffnung 55 des Behandlungsbecken-Hauptkörpers 56 angeordnet.
Die Elektrode 62 hat einen zylindrischen Wandelektrodenabschnitt 65 und ein ringförmiges Element 66, das an einer oberen Endkantenabschnittsseite des Wandelektrodenabschnitts 65 unter Verwendung eines Befestigungselements wie einer Schraube (nicht dargestellt) befestigt ist. Das ringförmige Element 66 ist so aufgebaut, dass eine äußere Umfangsseite den gleichen Durchmesser wie ein Außendurchmesser des Wandelektrodenabschnitts 65 hat und eine innere Umfangsseite einen kleineren Durchmesser als ein Innendurchmesser des Wandelektrodenabschnitts 65 hat. Das ringförmige Element 66 weist nämlich einen Teil auf, der sich von dem Wandelektrodenabschnitt 65 an der inneren Umfangsseite in Durchmesserrichtung nach innen erstreckt. Darüber hinaus ist das ringförmige Element 66 ein Isolator. Dieses ringförmige Element 66 spielt die Rolle eines Stoppers, der verhindert, dass eine Abdeckvorrichtung 71 (die unten beschrieben wird) aus der Elektrode 62 herausspringt. Um das Lösen zu erleichtern, wenn die Abdeckvorrichtung 71 ausgetauscht wird, ist es erwünscht, dass das ringförmige Element 66 mit Hilfe eines Befestigungselements an dem Wandelektrodenabschnitt 65 befestigt ist.
Bei der Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 ist die Abdeckvorrichtung 71 an der Innenseite des Wandelektrodenabschnitts 65 der Elektrode 62 angeordnet. Die Abdeckvorrichtung 71 wird zum Abdecken des Flanschabschnitts 2a und des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 3 der Stange 1 verwendet, wenn der Abschnitt mit großem Durchmesser 2 der Stange 1 einer Beschichtung unterzogen wird. Die Abdeckvorrichtung 71 ist vorgesehen, sich unabhängig in Bezug auf die Elektrode 62 bewegen zu können, auf einer Innenumfangsfläche 68 des Wandelektrodenabschnitts 65 gleiten zu können und sich vertikal auf und ab zu bewegen.
Die Abdeckvorrichtung 71 hat eine Außenumfangsfläche 72, die in Gleitkontakt mit der Innenumfangsfläche 68 des Wandelektrodenabschnitts 65 kommt. In der Abdeckvorrichtung 71 ist ein Aufnahmeloch 75 (kreisförmiges Loch) in axialer Richtung in der Mitte in Durchmesserrichtung ausgebildet. Das Aufnahmeloch 75 ist von einem Ende der Abdeckvorrichtung 71 in axialer Richtung bis zu einer mittleren Position auf der anderen Seite des Endes ausgebildet. Mit anderen Worten, das Aufnahmeloch 75 ist ein Loch mit Boden, das an einem Ende der Abdeckvorrichtung 71 in axialer Richtung einen Öffnungsabschnitt 76 aufweist und dessen andere Seite des Endes nicht offen ist. Das Aufnahmeloch 75 hat eine Bodenfläche 78. Der Innendurchmesser des Aufnahmelochs 75 ist größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 3 der Stange 1 und kleiner als der größte Durchmesser des Flanschabschnitts 2a. Darüber hinaus ist die Tiefe des Aufnahmelochs 75 größer als die Länge des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 3 der Stange 1.
Die Abdeckvorrichtung 71 weist einen Anschlagabschnitt 81 auf, der sich in Richtung des Durchmessers des Aufnahmelochs 75 von dem Aufnahmeloch 75 nach außen erstreckt, mit anderen Worten, in Richtung des Durchmessers der Abdeckvorrichtung 71 von dem Aufnahmeloch 75 an einem Endabschnitt des Aufnahmelochs 75 auf der Seite des Öffnungsabschnitts 76 nach außen. Der Anschlagabschnitt 81 hat eine ringförmige, flache Anschlagfläche 82, die sich orthogonal zur axialen Richtung der Abdeckvorrichtung 71 ausdehnt. Der kleinste Durchmesser der Anschlagfläche 82 entspricht dem Innendurchmesser des Aufnahmelochs 75, ist kleiner als der größte Durchmesser des Flanschabschnitts 2a der Stange 1 und größer als der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3. Somit kann der Flanschabschnitt 2a der Stange 1 in einem Zustand, in dem der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 in dem Aufnahmeloch 75 aufgenommen ist, in dem Anschlagabschnitt 81 an der Anschlagfläche 82 desselben anliegen. Wenn der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 in dem Aufnahmeloch 75 in einem koaxialen Zustand aufgenommen ist, in dem eine zentrale Achse damit zusammenfällt, liegt der Flanschabschnitt 2a an der Anschlagfläche 82 an.
In der Abdeckvorrichtung 71 ist ein nutenförmiger Durchdringungspfad 85 ausgebildet, der von der Außenumfangsfläche 72 in Durchmesserrichtung nach innen versetzt ist. Der Durchdringungspfad 85 durchdringt die Abdeckvorrichtung 71 in axialer Richtung der Abdeckvorrichtung 71, d.h. von einer Endseite zur anderen Endseite in axialer Richtung des Aufnahmelochs 75.
Der Durchdringungspfad 85 ist ein Umlaufpfad für die Beschichtungslösung, durch den eine Beschichtungslösung in axialer Richtung der Abdeckvorrichtung 71 hindurchtritt.
In der Abdeckvorrichtung 71, wie in 10 dargestellt, ist ein hohler Abschnitt 91 in der axialen Richtung der Abdeckvorrichtung 71 an einer Zwischenposition in der axialen Richtung ausgebildet. Der hohle Abschnitt 91 ist an der Außenseite der Abdeckvorrichtung 71 in Richtung des Durchmessers vom Anschlagabschnitt 81 angeordnet. Der hohle Abschnitt 91 speichert Luft ein und dichtet diese ab. Der hohle Abschnitt 91 ist ein Teil, der eine Auftriebskraft in der Abdeckvorrichtung 71 erzeugt.
Die Abdeckvorrichtung 71 besteht aus einem isolierenden Kunstharzmaterial und ist in deren Gesamtheit ein Isolator. Die Abdeckvorrichtung 71 hat ein geringeres spezifisches Gewicht als eine Beschichtungslösung. Die Abdeckvorrichtung 71 besteht zum Beispiel aus Polyvinylchlorid, Polyvinylidenfluorid oder Polytetrafluorethylen. In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die gesamte Abdeckvorrichtung 71 aus einem Kunstharzmaterial ausgebildet ist. Es kann jedoch auch eine geeignete Änderung vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine äußere umlaufende Gleitfläche oder das Aufnahmeloch 75 mit einem anorganischen Material, einem metallischen Material oder dergleichen beschichtet sein, das einen Gleitwiderstand aufweist.
Wie in 10 dargestellt, ist die Abdeckvorrichtung 71 innerhalb des Wandelektrodenabschnitts 65 in einem Zustand angeordnet, in dem der Anschlagabschnitt 81 und der Öffnungsabschnitt 76 des Aufnahmelochs 75 nach oben gerichtet sind. Wenn sich die Abdeckvorrichtung 71 aufgrund deren Eigengewichts bis zu einer Position im unteren Bereich des Wandelektrodenabschnitts 65 absenkt, stößt diese an einen Anschlag (nicht dargestellt), und ein weiteres Absenken wird verhindert. Die in 10 dargestellte Position, in der die Abdeckvorrichtung 71 an den Anschlag (nicht dargestellt) stößt und anhält, wird zu einer untersten Position in einem Auf-/Abstiegsbereich. Ein Zustand, in dem sich die Abdeckvorrichtung 71 in dieser untersten Position befindet, ist ein Bereitschaftszustand.
Wenn der Abschnitt mit großem Durchmesser 2 der Stange 1 in der Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 dem Beschichten unterzogen wird, wird die von dem Greifabschnitt 52 gegriffene Stange 1 von der Seite des Abschnitts mit dem kleinen Durchmesser 3 in die Einführungsöffnung 55 des Behandlungsbecken-Hauptkörpers 56 eingeführt und weiter in die Einführungsöffnung 61 der Elektrode 62 eingeführt. Ferner senkt der Greifabschnitt 52 die Stange 1 ab, so dass der Abschnitt mit großem Durchmesser 2 um eine vorbestimmte Länge in die Elektrode 62 eingeführt wird und anhält. Auf diese Weise wird die Stange 1, die von dem Greifabschnitt 52 gegriffen wird und anhält, koaxial mit der Elektrode 62 und der Abdeckvorrichtung 71 angeordnet und hält auf der Oberseite der Abdeckvorrichtung 71 in einem Bereitschaftszustand an.
In der Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 fließt eine Beschichtungslösung von unten innerhalb der Elektrode 62 nach oben in Richtung der Abdeckvorrichtung 71. Folglich weist die Abdeckvorrichtung 71 eine Widerstandsstruktur gegenüber der Beschichtungslösung auf. Da das spezifische Gewicht kleiner ist als das der Beschichtungslösung, wird durch die Strömung der Beschichtungslösung eine Auftriebskraft erzeugt, und diese steigt nach oben.
Die Abdeckvorrichtung 71, die aufgrund der Beschichtungslösung aufgestiegen ist, bewirkt, dass deren Aufnahmeöffnung 75 den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 der Stange 1 aufnimmt und dass der Anschlagabschnitt 81 an den Flanschabschnitt 2a der Stange 1 anstößt und anhält. Die Beschichtungslösung fließt von unten durch den Durchdringungspfad 85 nach oben und kommt mit dem Abschnitt mit großem Durchmesser 2 im Inneren der Elektrode 62 in Kontakt. Die Beschichtungslösung, die aus der Einführungsöffnung 61 der Elektrode 62 übergelaufen ist, fließt nach unten durch einen Teil zwischen dem Behandlungsbecken-Hauptkörper 56 und der Elektrode 62.
Mit anderen Worten, in der Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 ist die Abdeckvorrichtung 71 so angeordnet, dass der Anschlagabschnitt 81 und der Öffnungsabschnitt 76 des Aufnahmelochs 75 nach oben gerichtet sind, und eine Beschichtungslösung wird veranlasst, von unten nach oben in Richtung der Abdeckvorrichtung 71 zu fließen. Daher wird der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 der Stange 1 in dem Aufnahmeloch 75 der Abdeckvorrichtung 71 aufgenommen, und der Anschlagabschnitt 81 der Abdeckvorrichtung 71 stößt an den Flanschabschnitt 2a der Stange 1. Darüber hinaus kann die Beschichtungslösung von unten nach oben in den Durchdringungspfad 85 der Abdeckvorrichtung 71 fließen und mit dem Abschnitt mit großem Durchmesser 2 der Stange 1 in Kontakt kommen.
In einem Zustand, in dem, wie oben beschrieben, kontinuierlich eine Beschichtungslösung in der Elektrode 62 fließt, wird zwischen der Stange 1 und einem Kontaktpunkt der Elektrode 62 Strom zugeführt. Infolgedessen wird in dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3, dessen Position in axialer Richtung die Abdeckvorrichtung 71 (Isolator) überlappt und abdeckt, die galvanische Abscheidung der Beschichtung, d.h. die Bildung einer Beschichtungsschicht, gehemmt, und der Abschnitt mit großem Durchmesser 2, dessen Position in axialer Richtung die Abdeckvorrichtung 71 nicht überlappt und abdeckt, wird der galvanischen Abscheidung der Beschichtung unterzogen, und es wird eine Verchromungsschicht ausgebildet.
Durch Verringern eines Spalts zwischen der Außenumfangsfläche 72 der Abdeckvorrichtung 71 und der Innenumfangsfläche 68 des Wandelektrodenabschnitts 65 dient die Abdeckvorrichtung 71 als Abschirmplatte, die Ströme blockiert, die von der zylindrischen, flächenförmigen Innenumfangsfläche 68 des Wandelektrodenabschnitts 65 fließen, der am unteren Abschnitt unter Verwendung der Abdeckvorrichtung 71 angeordnet ist. Daher wird die Erzeugung von Strömen, die sich ursprünglich unterhalb der Stange 1 konzentrierten, eingedämmt. Dementsprechend wird der Effekt einer gleichmäßigen Schichtdicke erreicht.
Wenn eine Beschichtungsschicht mit einer vorbestimmten Dicke in dem Abschnitt mit großem Durchmesser 2 gebildet ist, stoppt die Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 das Fließen der Beschichtungslösung von unten in Richtung der Abdeckvorrichtung 71 innerhalb der Elektrode 62. Folglich senkt sich die Abdeckvorrichtung 71 aufgrund deren Eigengewichts in die unterste Position, stößt an den Stopper und kehrt in einen Bereitschaftszustand zurück. Danach fährt der in 10 gezeigte Greifabschnitt 52 nach oben, um die Stange 1 von der Elektrode 62 und dem Behandlungsbecken-Hauptkörper 56 hochzuziehen und diese zu einem folgenden Prozess zu verschieben, und der Greifabschnitt 52 greift eine andere Stange 1 für die nächste Beschichtungsbehandlung.
Durch Erzeugen einer Strömung einer Beschichtungslösung entlang der Außenumfangsfläche der Stange 1 und Durchführen einer Beschichtungsbehandlung unter den oben beschriebenen Bedingungen des Anlegens von Gleichstrom unter Verwendung einer Beschichtungslösung bei der oben beschriebenen Temperatur kann die Stange 1, welche die in der vorliegenden Ausführungsform gewünschte Verchromungsschicht 7 in dem Abschnitt mit großem Durchmesser 2 umfasst, erreicht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform soll in der Verchromungsschicht 7 das Seitenverhältnis des durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in Richtung der Schichtdicke zum durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in Richtung der Ebene 0,2 oder weniger betragen und die Verchromungsschicht 7 bilden, in der die Kristalle so ausgerichtet sind, dass die (111)-Ebenen der Chromkristalle einen bevorzugten Azimut haben, der parallel zur Richtung der Ebene ausgerichtet ist. Darüber hinaus ist es in dieser Verchromungsschicht 7 bevorzugt, dass der durchschnittliche Durchmesser der Kristallite in Richtung der Schichtdicke 12 nm oder weniger und in Richtung der Ebene 60 nm oder mehr beträgt.
Wenn diese Verchromungsschicht 7 ausgebildet wird, ist es erwünscht, die Herstellung unter Verwendung der Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 mit der in 10 dargestellten Struktur durchzuführen, um eine Verchromungsschicht mit einer hervorragenden Kristallorientierung und einem erwünschten durchschnittlichen Kristallitdurchmesser zu erhalten.
[Zylindervorrichtung]
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine erste Ausführungsform einer Zylindervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, welche die Stange 1 mit der oben beschriebenen Verchromungsschicht 7 umfasst.
Die in 11 dargestellte Zylindervorrichtung 111 ist ein Stoßdämpfer, der in einer Aufhängungsvorrichtung eines Fahrzeugs, wie z.B. eines Automobils oder eines Schienenfahrzeugs, verwendet wird. Insbesondere handelt es sich um einen Stoßdämpfer, der in einer Federbeinaufhängung eines Automobils verwendet wird. Die Zylindervorrichtung 111 hat ein zylindrisches Innenrohr (Zylinder) 112 und ein mit einem Boden versehenes rohrförmiges Außenrohr 114. In dem Innenrohr 112 ist ein Arbeitsmedium abgedichtet. Das Außenrohr 114 hat einen größeren Durchmesser als das Innenrohr 112 und ist an der äußeren Umfangsseite des Innenrohrs 112 vorgesehen. Zwischen dem Außenrohr 114 und dem Innenrohr 112 ist eine Vorratskammer 113 gebildet, in der ein Arbeitsfluid und ein Arbeitsgas abgedichtet sind. Bei der Zylindervorrichtung 111 handelt es sich um einen Mehrzylinder-Stoßdämpfer, bei dem das Innenrohr 112 im Inneren des Außenrohrs 114 vorgesehen ist.
Das Außenrohr 114 ist ein integriertes Formteil, das aus einem Metallteil besteht. Das Außenrohr 114 hat einen zylindrischen Seitenwandabschnitt 117, einen Bodenabschnitt 118, der eine Endseite des Seitenwandabschnitts 117 in axialer Richtung abschließt, und einen Öffnungsabschnitt 119 auf einer dem Bodenabschnitt 118 des Seitenwandabschnitts 117 gegenüberliegenden Seite. Die Mittelachsen des Seitenwandabschnitts 117 und des Bodenabschnitts 118 bilden die Mittelachse des Außenrohrs 114.
Der Bodenabschnitt 118 hat einen konischen, rohrförmigen Abschnitt 121, einen flachen, plattenförmigen, torischen Abschnitt 122, einen konischen, rohrförmigen Abschnitt 123 und einen flachen, plattenförmigen, kreisförmigen Plattenabschnitt 124. Der konische, rohrförmige Abschnitt 121 erstreckt sich von einem Endkantenabschnitt des Seitenwandabschnitts 117 in axialer Richtung, so dass der Durchmesser abnimmt, wenn dieser von dem Seitenwandabschnitt 117 getrennt ist. Der torische Abschnitt 122 erstreckt sich von einem Endkantenabschnitt des konischen, rohrförmigen Abschnitts 121 auf einer dem Seitenwandabschnitt 117 gegenüberliegenden Seite nach innen in Richtung des Durchmessers. Der konische, rohrförmige Abschnitt 123 erstreckt sich von einem Endkantenabschnitt des torischen Abschnitts 122 auf einer dem konischen, rohrförmigen Abschnitt 121 gegenüberliegenden Seite, so dass der Durchmesser abnimmt, wenn dieser vom torischen Abschnitt 122 getrennt ist. Der kreisförmige Plattenabschnitt 124 erstreckt sich von einem Endkantenabschnitt des konischen, rohrförmigen Abschnitts 123 auf einer dem torischen Abschnitt 122 gegenüberliegenden Seite nach innen in Richtung des Durchmessers. Die konischen, rohrförmigen Abschnitte 121 und 123 haben eine konische Form, die zu der Mittelachse des Außenrohrs 114 zentriert ist. Der torische Abschnitt 122 und der kreisförmige Plattenabschnitt 124 dehnen sich orthogonal zur Mittelachse des Außenrohrs 114 aus.
Das Innenrohr (Zylinder) 112 ist ein integriertes Formteil, das aus einem Metallteil besteht. Das Innenrohr 112 hat eine zylindrische Form. Das Innenrohr 112 ist mit dem Bodenabschnitt 118 des Außenrohrs 114 über ein torisches Basiselement 130 verbunden, das an einem Öffnungsabschnitt 112a an einer Endseite davon in axialer Richtung befestigt ist. Das Innenrohr 12 ist mit einer dem Bodenabschnitt 118 gegenüberliegenden Seite des Seitenwandabschnitts 117 des Außenrohrs 114 über eine torische Stangenführung 131 verbunden, die an einem Öffnungsabschnitt 112b an dessen anderer Endseite in axialer Richtung befestigt ist.
Das Basiselement 130 ist am Bodenabschnitt 118 des Außenrohrs 114 in einem Zustand angeordnet, in dem dieses an das Innenrohr 112 angepasst und befestigt ist. Das Basiselement 130 ist an dem torischen Abschnitt 122 des Bodenabschnitts 118 angebracht. Zu diesem Zeitpunkt wird es durch den konischen, rohrförmigen Abschnitt 121 in Richtung des Durchmessers positioniert. Dementsprechend ist das Basiselement 130 koaxial mit dem Außenrohr 114 angeordnet. Infolgedessen ist ein Endabschnitt des Innenrohrs 112 in axialer Richtung koaxial zum Außenrohr 114 angeordnet.
Die Stangenführung 131 ist an dem Innenrohr 112 und dem Seitenwandabschnitt 117 des Außenrohrs 114 angebracht, so dass der andere Endabschnitt des Innenrohrs 112 in der axialen Richtung koaxial mit dem Außenrohr 114 angeordnet ist. Ein torisches Dichtungselement (Gleitkontaktelement) 133 ist auf einer dem Bodenabschnitt 118 gegenüberliegenden Seite in Bezug auf diese Stangenführung 131 angeordnet. Dieses Dichtungselement 133 ist auch an einem inneren Umfangsabschnitt des Seitenwandabschnitts 117 angebracht. Auf der Seite des Öffnungsabschnitts 119, die dem Bodenabschnitt 118 des Seitenwandabschnitts 117 gegenüberliegt, ist ein verformter Abschnitt 134 ausgebildet, der durch Rollbiegen in Richtung des Durchmessers plastisch nach innen verformt ist. Das Dichtungselement 133 ist zwischen diesem verformten Abschnitt 134 und der Stangenführung 131 eingebettet. Die Außenseite des Dichtungselements 133 in axialer Richtung ist durch diesen verformten Abschnitt 134 verriegelt, wodurch die Seite des Öffnungsabschnitts 119 des Außenrohrs 114 abgedichtet ist.
Ein Kolben 135 ist im Inneren des Innenrohrs 112 verschiebbar eingepasst. Dieser Kolben 135 definiert eine erste Kammer 138 und eine zweite Kammer 139 im Inneren des Innenrohrs 112. Die erste Kammer 138 ist zwischen dem Kolben 135 im Inneren des Innenrohrs 112 und der Stangenführung 131 vorgesehen. Die zweite Kammer 139 ist zwischen dem Kolben 135 im Inneren des Innenrohrs 112 und dem Basiselement 130 vorgesehen. Die zweite Kammer 139 im Inneren des Innenrohrs 112 ist von der Vorratskammer 113 durch das Basiselement 130 getrennt, das an einer Endseite des Innenrohrs 112 vorgesehen ist. Die erste Kammer 138 und die zweite Kammer 139 sind mit Öl (Arbeitsfluid) gefüllt. Die Vorratskammer 113 ist mit Gas (Arbeitsgas) und Öl (Arbeitsfluid) befüllt.
Die Stange 1, die in der Mitte des Kolbens 135 am Abschnitt mit kleinem Durchmesser 3 eindringt, ist mit dem Kolben 135 durch eine Mutter 143 verbunden. Der Kolben 135 ist an der Außenumfangsfläche des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 3 angepasst und stößt an den Flanschabschnitt 2a. Die Mutter 143 ist auf den Außengewindeabschnitt 5 des Abschnitts mit dem kleinen Durchmesser 3 geschraubt.
Die Stange 1 erstreckt sich vom Innenrohr 112 und Außenrohr 114 durch die Stangenführung 131 und das Dichtungselement 133 an der Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 nach außen. Dementsprechend ist bei der Stange 1 eine Endseite innerhalb des Außenrohrs 114 und des Innenrohrs 112 und die andere Endseite außerhalb des Außenrohrs 114 und des Innenrohrs 112 angeordnet. Bei der Stange 1 kommt die Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 in Gleitkontakt mit der Stangenführung 131, wird von der Stangenführung 131 geführt und bewegt sich zusammen mit dem Kolben 135 in axialer Richtung in Bezug auf das Innenrohr 112 und das Außenrohr 114. Bei der Stange 1 kommt die Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 in Gleitkontakt mit dem Dichtungselement 133. Das Dichtungselement 133 verschließt den Raum zwischen dem Außenrohr 114 und der Stange 1 und verhindert, dass das Arbeitsfluid im Inneren des Innenrohrs 112 sowie das Arbeitsgas und das Arbeitsfluid im Inneren der Vorratskammer 113 nach außen entweichen.
Darin sind ein Pfad 144 und ein Pfad 145 ausgebildet, die den Kolben 135 in axialer Richtung durchdringen. Die Pfade 144 und 145 ermöglichen die Verbindung zwischen der ersten Kammer 138 und der zweiten Kammer 139. Ein torisches Tellerventil 146, das in der Lage ist, den Pfad 144 durch Anstoßen an den Kolben 135 zu schließen, ist in dem Kolben 135 auf einer Seite vorgesehen, die dem Bodenabschnitt 118 in axialer Richtung gegenüberliegt. Darüber hinaus ist im Kolben 135 auf der Seite des Bodenabschnitts 18 in axialer Richtung ein torisches Tellerventil 147 vorgesehen, das den Pfad 145 durch Anstoßen an den Kolben 135 schließen kann.
Das Tellerventil 146 öffnet den Pfad 144, wenn sich die Stange 1 zu einer Kontraktionsseite bewegt, auf der die Menge des Eintritts in die Innenseiten des Innenrohrs 112 und des Außenrohrs 114 zunimmt und sich der Kolben 135 in eine Richtung bewegt, in der die zweite Kammer 139 reduziert wird, so dass der Druck in der zweiten Kammer 139 um einen vorbestimmten Wert oder mehr höher wird als der Druck in der ersten Kammer 138. Das Tellerventil 146 ist ein Dämpfungsventil, das eine Dämpfungskraft erzeugt, wenn der Pfad 144 geöffnet wird. Das Tellerventil 147 öffnet den Pfad 145, wenn sich die Stange 1 zu einer Ausfahrseite bewegt, an der die Menge des Vorstehens aus dem Innenrohr 112 und dem Außenrohr 114 zunimmt, und sich der Kolben 135 in eine Richtung bewegt, in der die erste Kammer 138 verringert wird, so dass der Druck in der ersten Kammer 138 um einen vorbestimmten Wert oder mehr höher wird als der Druck in der zweiten Kammer 139. Das Tellerventil 147 ist ein Dämpfungsventil, das eine Dämpfungskraft erzeugt, wenn der Pfad 145 geöffnet ist.
Ein Pfad 152 und ein Pfad 153, die das Basiselement 130 in axialer Richtung durchdringen, sind darin ausgebildet. Die Pfade 152 und 153 ermöglichen es der zweiten Kammer 139 und der Vorratskammer 113, miteinander zu kommunizieren.
In dem Basiselement 130 ist auf der Seite des Bodenabschnitts 118 in axialer Richtung ein torisches Tellerventil 155 und auf einer dem Bodenabschnitt 118 in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite ein torisches Tellerventil 156 angeordnet. Das Tellerventil 155 ist in der Lage, den Pfad 152 zu schließen, indem dieses an das Basiselement 130 anstößt. Das Tellerventil 156 ist in der Lage, den Pfad 153 durch Anstoßen an das Basiselement 130 zu schließen.
Das Tellerventil 155 öffnet den Pfad 152, wenn sich die Stange 1 zur Kontraktionsseite bewegt, so dass der Druck in der zweiten Kammer 139 um einen vorbestimmten Wert oder mehr höher wird als der Druck in der Vorratskammer 113. Das Tellerventil 155 ist ein Dämpfungsventil, das eine Dämpfungskraft erzeugt, wenn der Pfad 152 geöffnet ist. Das Tellerventil 156 öffnet den Pfad 153, wenn sich die Stange 1 zur Ausfahrseite und der Kolben 135 zur Seite der ersten Kammer 138 bewegt, so dass der Druck in der zweiten Kammer 139 unter den Druck in der Vorratskammer 113 fällt. Das Tellerventil 156 ist ein Saugventil, das bewirkt, dass ein Arbeitsfluid aus der Vorratskammer 113 in die zweite Kammer 139 fließt, ohne im Wesentlichen eine Dämpfungskraft zu erzeugen, wenn der Pfad 153 geöffnet ist.
Eine zylindrische Befestigungsöse 158 ist an der Außenseite des kreisförmigen Plattenabschnitts 124 durch Schweißen an den Bodenabschnitt 118 des Außenrohrs 114 befestigt. Beispielsweise erzeugt die Zylindervorrichtung 111 eine Dämpfungskraft in Bezug auf die Bewegung von Rädern in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie, während die Stange 1 mit der Karosserieseite eines Fahrzeugs gekoppelt ist und die Befestigungsöse 158 mit der Radseite des Fahrzeugs gekoppelt ist. Bei der Zylindervorrichtung 111 empfangen die Stange 1 und das Außenrohr 114 von außen eine stoßartige Kraft.
Bei der Fahrt des Fahrzeugs erhält die Stange 1 oder das Außenrohr 114 in der Zylindervorrichtung 111 wiederholt einen Stoß von außen. Jedes Mal, wenn eine stoßartige Kraft empfangen wird, bewegt sich die Stange 1 zur Kontraktionsseite oder zur gegenüberliegenden Seite, und zu diesem Zeitpunkt wirkt eine Dämpfungskraft. Daher weist die Zylindervorrichtung 111 die Funktion eines Stoßdämpfers auf, der in einer Federbeinaufhängung eines Automobils verwendet wird.
Da die Verchromungsschicht 7 auf der Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 2 der Stange 1 vorgesehen ist, weist die Verchromungsschicht 7 außerdem hervorragende Gleiteigenschaften und eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf, selbst wenn der Abschnitt mit großem Durchmesser 2 wiederholt in Bezug auf das Dichtungselement 133 gleitet.
In der Verchromungsschicht 7 ist, wie oben beschrieben, da das Seitenverhältnis des durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in Richtung der Schichtdicke zum durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in Richtung der Ebene 0,2 oder kleiner ist, die Anzahl der in der Gleitrichtung vorhandenen Korngrenzen kleiner als in der Verchromungsschicht im Stand der Technik. Aus diesem Grund nimmt bei der Verchromungsschicht 7 der vorliegenden Ausführungsform der Reibungskoeffizient ab, da die Anzahl der Gleitvorgänge in Bezug auf die Kristallkorngrenzen geringer ist als bei der Verchromungsschicht im Stand der Technik, und da der Reibungskoeffizient abnimmt, werden die Gleiteigenschaften verbessert. Aus diesem Grund ist es unwahrscheinlich, dass eine Verformung der Kristalle in der Verchromungsschicht aufgrund von Kondensation auftritt. Da die Form des Verschleißes in die der Gleitreibung geändert werden kann, kann die Verschleißrate verringert werden. Daher ist die Haltbarkeit der Zylindervorrichtung 111 verbessert, und somit kann eine Zylindervorrichtung 111 mit einer langen Lebensdauer vorgesehen werden.
Im Übrigen wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem die Verchromungsschicht der vorliegenden Ausführungsform auf die Stange 1 aufgebracht wird, aber ein Objekt, auf das die Verchromungsschicht der vorliegenden Ausführungsform aufgebracht werden kann, ist nicht auf eine Stange beschränkt. Diese kann in großem Umfang auf verschiedene mechanische Komponenten aufgebracht werden, wie z.B. verschiedene Automobilkomponenten, die eine Verschleißfestigkeit erfordern, mechanische Strukturelemente, Wellen oder Rollen für hydraulische Geräte, gleitende Teile wie Lager, Kolben oder Zylinder und eine hochfeste Oberflächenbehandlung für Matrizen, Präzisionswalzen und dergleichen.
[Beispiele]
Mit Stahlstangen (Durchmesser 12,5 mm und Länge 200 mm) gemäß JIS S25C als Probenmaterial wurde ein Beschichtungsbad mit einer Komponentenzusammensetzung umfassend eine Chromsäure von 250 g/L, eine Schwefelsäure von 2,5 g/L, eine organische Sulfonsäure von 8 g/L und eine Borsäure von 10 g/L, als ein Chrombeschichtungsbad verwendet. Die Verchromung wurde bei einer Badtemperatur von 60 °C und einer Stromdichte von I = 500 A/dm² durchgeführt, und auf der Oberfläche des Probenmaterials bildete sich eine Verchromungsschicht (siehe 2) mit einer Dicke von etwa 20 µm.
Eine Beschichtungsbehandlung wurde in Bezug auf die Stahlstange durchgeführt, indem eine Beschichtungslösung in einer Richtung entlang der Oberfläche (eine Aufwärtsrichtung entlang der Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 2), wie in 9 dargestellt, unter Verwendung der in 10 dargestellten Beschichtungsbehandlungsvorrichtung 51 zum Fließen gebracht wurde.
Die Proben wurden bei Fließgeschwindigkeiten von 0, 0,05, 0,1, 1,0, 2,5 und 3,0 m/s für die Beschichtungslösung zum Zeitpunkt der Durchführung des Beschichtens hergestellt.
Darüber hinaus wurde als Referenz eine Probe 1, bei der sich auf der Oberfläche des Probenmaterials eine Verchromungsschicht mit einer Dicke von etwa 20 µm ausgebildet hat, unter Verwendung desselben Probenmaterials und desselben Beschichtungsbades und unter Durchführung einer allgemeinen Hartverchromungsbehandlung unter konstanten Bedingungen der Badtemperatur von 60 °C und Stromdichte von 100 A/dm² erhalten. Die Fließgeschwindigkeit der Beschichtungslösung zum Zeitpunkt der Beschichtung wurde auf 1,0 m/s eingestellt.
Für die Proben, die bei verschiedenen Fließgeschwindigkeiten der Beschichtungslösung einer Beschichtungsbehandlung unterzogen wurden, wurden die Dicke der Abscheidungsschicht und der Glanz bewertet. Bei der Verchromungsschicht, die mit einer Fließgeschwindigkeit im Bereich von 0,05 m/s bis 2,5 m/s behandelt wurde, wurde eine glänzende Verchromungsschicht von etwa 20 µm erhalten. Bei einer Fließgeschwindigkeit von 0 m/s kam es jedoch zu einer ungleichmäßigen Abscheidung, und bei 3,0 m/s wurde ein matter Überzug hergestellt, was ungeeignete Beschichtungsschichten sind. Für die Proben, die bei einer Fließgeschwindigkeit der Beschichtungslösung von 1,0 m/s und Stromdichten von 100 A/dm² und 500 A/dm² hergestellt wurden, wurden die Oberflächenhärte (HV) und die Kristallitgröße (nm) gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren gemessen, die in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführt sind.
Außerdem wurde ein Salzsprühnebeltest gemäß JIS Z2371 durchgeführt und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rost festgestellt.
Dabei wurde die Eigenspannung der Verchromungsschicht mit der „Röntgenspannungsmessmethode“ gemessen, die in „Non-Destructive Inspection“, Band 37, Nr. 8, S. 636 bis 642, herausgegeben von der Japan Non-destructive Inspection Association, beschrieben ist.
Darüber hinaus wurden zur Messung der Kristallitgrößen in der Verchromungsschicht charakteristische Röntgenstrahlen Cu-Kα eines Röntgenbeugungsgeräts verwendet, und die Beugungslinien in der Ebene und die Weitwinkelbeugungslinien wurden gemäß der Hall-Methode für die Kristallitgrößen ausgewertet.

[Tabelle 2]

Probe	Messmethod	Kristallitdurchmesser	Seitenverhältnis	Härte	Reibungskoeffizient
Probe	Messmethod	nm	Seitenverhältnis	HV	Reibungskoeffizient
100 A/dm²	Weitwinkel	9	0,251	1,045	0,0487
100 A/dm²	In Ebene	35,8	0,251	1,045	0,0487
500 A/dm²	Weitwinkel	5,5	0,065	1,233	0,0286
500 A/dm²	In Ebene	85	0,065	1,233	0,0286

Wenn eine Beschichtungsbehandlung durch ein Verfahren durchgeführt wurde, bei dem eine hohe Stromdichte und eine Fließgeschwindigkeit angewandt wurden, wurde die durchschnittliche Kristallitgröße (durchschnittlicher Kristallitdurchmesser: a) in Richtung der Ebene groß, die durchschnittliche Kristallitgröße (durchschnittlicher Kristallitdurchmesser: h) in Richtung der Schichtdicke wurde klein, und die Verringerung des Seitenverhältnisses (h/a) wurde bestätigt.
Die Bewertung des Reibungskoeffizienten der erhaltenen Verchromungsschicht in Bezug auf Nitrilbutadienkautschuk (unter der Annahme eines Gleitelements) durch einen hin- und hergehenden Gleittest bestätigte, dass der Reibungskoeffizient bei der Verchromungsschicht, die durch die Durchführung der galvanischen Beschichtung bei 500 ASD (500 A/dm²) erhalten wurde, abnimmt. Bei dieser Verchromungsschicht wurde festgestellt, dass auch die Härte (HV) verbessert wurde, der Reibungskoeffizient klein war und somit auch die Verschleißfestigkeit verbessert wurde.
Darüber hinaus wurde bei diesen Proben erst 168 Stunden nach der Beschichtung im Salzsprühtest Rost festgestellt. Bei der Verchromungsschicht, die einer galvanischen Beschichtung mit hoher Stromdichte (500 A/dm²) unterzogen wurde, wurde Rost erst nach 300 Stunden festgestellt.
Als Nächstes wurden eine Probe Nr. 1 eines Vergleichsbeispiels, das einer galvanischen Verchromungsbehandlung bei einer in der nachfolgenden Tabelle 3 angegebenen allgemeinen Stromdichte unterzogen wurde, und eine Probe Nr. 2 eines Beispiels, das mit der hohen Stromdichte gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, hergestellt. Die Ergebnisse, die bei diesen Proben durch die Identifizierung der Kristallstruktur der auf einem Stahlgrundmaterial durch galvanisches Beschichten ausgebildeten Verchromungsschicht unter Verwendung einer Röntgenbeugungsmethode erhalten wurden, sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt.
Die Kristallorientierung der Verchromungsschicht wurde quantitativ aus dem Spitzenflächenverhältnis zwischen den starken (222)-Spitzen, die auf eine bevorzugte Orientierung der (111)-Ebenen hinweisen, und den (200)-Spitzen der (100)-Ebenen durch eine Weitwinkel-Röntgenbeugungsmethode ermittelt.
[Tabelle 3]

Stromdichte A/dm² Spitzenflächenverhältnis

(222) (200)

Nr. 1 100 95,7 3,4

Nr. 2 500 99,2 0,7
Wie aus den in Tabelle 3 dargestellten Ergebnissen ersichtlich ist, wurden Ergebnisse erhalten, die zeigen, dass die Orientierung in der Verchromungsschicht der Probe Nr. 1 des Vergleichsbeispiels (111) 95,7% und (200) 3,4% betrug. Im Gegensatz dazu zeigte die Verchromungsschicht gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung Orientierungen von (111) 99,2% und (200) 0,7%.
Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass im Fall der Verchromungsschicht gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Verchromungsschicht bei einer hohen Stromdichte ausgebildet wurde, die Orientierung der (111)-Ebenen verbessert wurde.
12 zeigt die erhaltenen Ergebnisse des durchschnittlichen Kristallitdurchmessers (nm) in der Richtung der Ebene der erhaltenen Verchromungsschicht, wenn eine Verchromungsschicht mit einer Dicke von ungefähr 20 µm auf der Oberfläche des Probenmaterials der Stahlstange ausgebildet wurde, indem eine Verchromungsbehandlung unter Bedingungen der Badtemperatur von 60°C und der Stromdichte 1=100 bis 500 A/dm² unter Verwendung eines Beschichtungsbades mit einer Komponentenzusammensetzung umfassend eine Chromsäure von 250 g/L, eine Schwefelsäure von 2,5 g/L, eine organische Sulfonsäure von 8 g/L und eine Borsäure von 10 g/L als Verchromungsbad. In 12 zeigt die vertikale Achse die Kristallitdurchmesser (CrD) (nm) und die horizontale Achse die Stromdichte (CD)
(A/dm²). Bezüglich der zugeführten Stromdichten wurden jeweils die Werte 100, 200, 300, 350, 400, 450 und 500 A/dm² verwendet.
Aus den in 12 dargestellten Ergebnissen geht hervor, dass die Kristallitdurchmesser in der Richtung der Ebene 60 nm oder mehr betragen können, wenn die Stromdichte auf 350 A/dm2 oder höher eingestellt wurde.
13 zeigt die erhaltenen Ergebnisse des Seitenverhältnisses des durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in Richtung der Schichtdicke zum durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in Richtung der Ebene in jeder der erhaltenen Verchromungsschichten durch Durchführung einer Beschichtungsbehandlung unter Bedingungen der Stromdichte 1=100 bis 500 A/dm² unter Verwendung eines Beschichtungsbades, das dem in dem in 12 dargestellten Beispiel verwendeten Beschichtungsbad entspricht. In 13 zeigt die vertikale Achse das Seitenverhältnis (AR) und die horizontale Achse die Stromdichte (CD) (A/dm²).
Die angelegten Stromdichten wurden jeweils auf Werte von 100, 200, 300, 350, 400, 450 und 500 A/dm² eingestellt, und die Ergebnisse der erhaltenen Korrelationen in Bezug auf die Werte des Seitenverhältnisses in der erhaltenen Verchromungsschicht sind in 13 dargestellt.
Aus den in 13 dargestellten Ergebnissen geht hervor, dass eine Beschichtungsbehandlung mit einer Stromdichte von 350 A/dm² oder höher durchgeführt werden muss, um ein Seitenverhältnis von 0,2 oder weniger zu erreichen.
14 zeigt die Ergebnisse der Korrelationen zwischen dem Seitenverhältnis (AR) jeder der erhaltenen Verchromungsschichten und dem maximalen Reibungskoeffizienten (MFC) (vsNBR: Nitril-Butadien-Kautschuk) durch Durchführung einer Beschichtungsbehandlung unter Bedingungen der Stromdichte 1=100 bis 500 A/dm² unter Verwendung eines Beschichtungsbades, das dem in dem in 12 dargestellten Beispiel verwendeten Beschichtungsbad entspricht.
Aus den in 14 dargestellten Ergebnissen geht hervor, dass der maximale Reibungskoeffizient ebenfalls abnimmt, wenn das Seitenverhältnis in einem Bereich von 0,2 oder weniger abnimmt.
In Anbetracht der in den 12 bis 14 dargestellten Ergebnisse nimmt der maximale Reibungskoeffizient in der Verchromungsschicht gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung ab, wenn das Seitenverhältnis des durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in Schichtdickenrichtung zum durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in Richtung der Ebene 0,2 oder kleiner wird, der maximale Reibungskoeffizient nimmt ab. Aus diesem Grund wird festgestellt, dass es vorzuziehen ist, das Seitenverhältnis auf 0,2 oder kleiner einzustellen, um eine Verchromungsschicht mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit zu erhalten.
Darüber hinaus wird festgestellt, dass es erwünscht ist, die Stromdichte auf 350 A/dm² oder höher einzustellen, um eine Verchromungsschicht mit einem Seitenverhältnis von 0,2 oder kleiner herzustellen, wenn eine Verchromungsschicht hergestellt wird, und eine Verchromungsschicht mit Kristallitdurchmessern von 60 nm oder größer in der Richtung der Ebene kann hergestellt werden, indem die Stromdichte auf 350 A/dm² oder höher eingestellt wird.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Gemäß der vorstehenden Zylindervorrichtung kann das Seitenverhältnis der Kristallstrukturen, die eine Verchromungsschicht bilden, verringert werden, wodurch der Reibungskoeffizient reduziert werden kann. Darüber hinaus kann auch die Härte verbessert werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Zylindervorrichtung bereitzustellen, die eine metallische Gleitkomponente umfasst, die eine Verchromungsschicht mit verbesserten Gleiteigenschaften aufweist. Da das Seitenverhältnis auf 0,2 oder weniger reduziert ist, ist ein echter Kontaktabschnitt in Bezug auf ein Gegenmaterial während des Gleitens gleichbleibend. Darüber hinaus kann die Anzahl der Gleitvorgänge an Kristallkorngrenzen, die zu feinen Niveauunterschieden führen können, reduziert werden, und der Reibungskoeffizient der Verchromungsschicht kann verringert werden.
Darüber hinaus ist es möglich, eine Zylindervorrichtung bereitzustellen, die eine Stange umfasst, die als eine solche metallische Gleitkomponente dient, bei der die Gleiteigenschaften einer Stange verbessert sein können und die eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Stange
2: Abschnitt mit großem Durchmesser
3: Abschnitt mit kleinem Durchmesser
4: Konische Fläche
6: Metallisches Grundmaterial
7: Verchromungsschicht
9: Kristallit
14: Korngrenze
W: Werkstück (Kolbenstange)
21: Aufhänger
22: Montagestation
23: Alkalisches Elektrolyseentfettungsbecken
24: Beschichtungsbecken
24A: Ätzbehandlungsbecken
24B: Beschichtungsbehandlungsbecken
25: Waschbecken
26: Trennstation
27, 28, 29: Stromschiene
30, 31, 32: Stromquelle
34: Stromversorgungsbürste
37, 38: Positive Elektrode
40: Positive Elektrode
41: Behandlungsbecken-Hauptkörper
42: Beschichtungsbehandlungsvorrichtung
51: Beschichtungsbehandlungsvorrichtung
56: Behandlungsbecken-Hauptkörper
62: Elektrode
71: Abdeckvorrichtung
111: Zylindervorrichtung
112: Innenrohr (Zylinder)
112b: Öffnungsabschnitt
131: Stangenführung
133: Dichtungselement (Gleitkontaktteil)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019118685 [0002]
JP 3918156 [0004]
JP S55138097 [0004]
JP 2006307322 [0004]
JP S6332874 [0042]

Claims

Zylindervorrichtung, aufweisend: einen rohrförmigen Zylinder, der an wenigstens einer Endseite einen Öffnungsabschnitt aufweist; eine Metallstange, die durch den Öffnungsabschnitt des Zylinders ragt; und ein Gleitkontaktelement, das an dem Öffnungsabschnitt des Zylinders vorgesehen ist und in Gleitkontakt mit der Stange kommt, wobei eine Verchromungsschicht auf einer Oberfläche der Stange vorgesehen ist, und wobei ein Seitenverhältnis eines durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in einer Schichtdickenrichtung zu einem durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in einer Richtung in der Ebene in der Verchromungsschicht 0,2 oder kleiner ist.
Zylindervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der durchschnittliche Kristallitdurchmesser der Kristallite in der Richtung in der Ebene 60 nm oder mehr beträgt.
Zylindervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kristallite eine Kristallorientierung aufweisen, die zu einem bevorzugten Azimut wird, in dem die (111)-Ebenen in der Richtung in der Ebene ausgerichtet sind.
Metallische Gleitkomponente, aufweisend: eine Verchromungsschicht auf einer Oberfläche eines metallischen Grundmaterials, wobei ein Seitenverhältnis eines durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in einer Schichtdickenrichtung zu einem durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in einer Richtung in der Ebene von Kristalliten in der Verchromungsschicht 0,2 oder kleiner ist.
Metallische Gleitkomponente nach Anspruch 4, wobei der durchschnittliche Kristallitdurchmesser der Kristallite in der Richtung in der Ebene 60 nm oder größer beträgt.
Metallische Gleitkomponente nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Kristallite eine Kristallorientierung aufweisen, die zu einem bevorzugten Azimut wird, in dem die (111)-Ebenen in der Richtung in der Ebene ausgerichtet sind.
Metallische Gleitkomponente nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das metallische Grundmaterial eine Stange ist.
Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente, aufweisend: einen Schritt des Ausbildens einer Verchromungsschicht, bei der ein Seitenverhältnis eines durchschnittlichen Kristallitdurchmessers in einer Schichtdickenrichtung zu einem durchschnittlichen Kristallitdurchmesser in einer Richtung in der Ebene von Kristalliten 0,2 oder kleiner ist, durch Eintauchen eines metallischen Grundmaterials in eine Beschichtungslösung und Anlegen eines Stroms daran.
Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Anlegens eines Stroms einen Schritt des Anlegens einer Stromdichte umfasst, die 350 ASD oder höher wird, wenn das metallische Grundmaterial in die Beschichtungslösung eingetaucht wird und ein Strom daran angelegt wird.
Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Beschichtungsschicht unter Verwendung einer Beschichtungslösung ausgebildet wird, die 99 Massenprozent oder mehr Chrom als Beschichtungslösung enthält.
Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei als Beschichtungslösung eine organische Sulfonsäure enthaltende Beschichtungslösung verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der durchschnittliche Kristallitdurchmesser der Kristallite in der Richtung in der Ebene veranlasst wird 60 nm oder mehr zu sein.
Verfahren zum Herstellen einer metallischen Gleitkomponente nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Kristallite eine Kristallorientierung aufweisen, die zu einem bevorzugten Azimut wird, in dem die (111)-Ebenen in der Richtung in der Ebene ausgerichtet sind.