DE1294779B

DE1294779B - Verfahren zum Behandeln der Oberflaechen metallischer Koerper, um ein unveraenderliches Verhalten bei statischer oder dynamischer Beruehrung mit anderen metallischen Koerpern ohne Schmierung zu erreichen

Info

Publication number: DE1294779B
Application number: DEC31854A
Authority: DE
Inventors: Paret Pierre
Original assignee: Compagnie des Ateliers et Forges de la Loire SA
Current assignee: Compagnie des Ateliers et Forges de la Loire SA
Priority date: 1963-01-14
Filing date: 1964-01-11
Publication date: 1969-05-08
Also published as: NL6400172A; FR1461335A; ES295239A1; US3420755A; BE642474A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behan- rende Zwischenschicht verwendet wird, aufgebracht dein der Oberflächen metallischer Körper, um ein werden.

unveränderliches Verhalten bei statischer oder dyna- Die Körper können nach Aufbringen der Schichten

mischer Berührung mit anderen metallischen Körpern zum Herbeiführen der Diffusion der Schichten unterohne Schmierung zu erreichen, bei dem zunächst die 5 einander in inerter Atmosphäre wärmebehandelt Oberfläche jedes Körpers poliert wird, sodann die werden.

durch das Polieren veränderte Oberflächenschicht von In der ersten Phase dieses neuen Verfahrens wird

der Oberfläche entfernt und auf die so freigelegte die Fläche des Körpers, die ohne Schmierung in Kon-Oberfläche anschließend ein metallischer Überzug takt mit einem anderen Bauteil gelangen soll, derart aufgebracht wird. io poliert, daß sich eine verbleibende Rauhigkeit von

In der Kerntechnik stellt sich dem Fachmann oft etwa 0,00025 bis 0,00040 mm ergibt, die durch einen die schwer zu lösende Aufgabe, die Gleitfähigkeit von Rauhigkeitsmesser mit Diamantspitze gemessen wird. Metallbauteilen aufeinander ohne Schmierung Dieser Politurgrad entspricht dem Oberflächenzu-

sicherzustellen. Schmiermittel sind oft deswegen stand, der am Ende eines guten Maschinenschliffs nicht anwendbar, da einerseits wegen der hohen Tem- 15 erreicht wird, d. h., es ist der Zustand, der nach peraturen (z. B. von 400 bis 600° C), denen diese Behandlung der Oberfläche des Werkstückes mittels Teile ausgesetzt sind, und andererseits wegen der einer Scheibenschleifmaschine von beliebiger zweck-Neutronenentladungen, welche die organischen oder entsprechender Art erzielt wird, sonstigen Komponenten der üblicherweise verwen- Der gleiche Politurgrad kann auch durch ein- oder

deten Schmiermittel zerstören würden, die Schmier- so mehrfache Behandlung der Oberfläche mit Schmirgelmittel bald unbrauchbar wären. leinen von abgestuft feiner werdendem Korn, z.B. Bei engem Kontakt polierter Oberflächen mitein- aufeinanderfolgende Verwendung von Schmirgelleiander sind andererseits Schmiermittel unerläßlich, da nen der Typen 240 — 400 — 500 — 600 — 800 andernfalls wegen des Ablösens der an der polierten erzielt werden, die vorzugsweise in Gegenwart von Oberfläche befindlichen, sogenannten Beilby-Schicht 35 Wasser durchgeführt wird.

eine Zerstörung der in Kontakt befindlichen Flächen Diese Polierbehandlungen ergeben jedoch eine

und dem zufolge ein Festfressen dieser Flächen statt- durch mikroskopische Untersuchung feststellbare findet. Veränderung einer Oberflächenschicht des Metalls,

Zwar ist bereits ein Verfahren zum Entfernen der aus welchem der Körper besteht, deren Dicke einige Beilby-Schicht bekannt (deutsche Auslegeschrift 30 Mikron beträgt. Das Vorhandensein dieser veränder-1 087 425), doch ist keine weitere Lehre bekannt, ten kaltgehärteten Oberflächenschicht bewirkt, wie wie man die von der Beilby-Schicht befreiten, durch sich gezeigt hat, eine Zerstörung der Flächen der die kristalline Oberfläche nunmehr noch rauheren Körper, die sich ohne Verwendung eines Schmiermit-Kontaktflächen ohne Verwendung eines Schmiermit- tels in statischem oder dynamischem Kontakt mit tels und ohne die Gefahr des Festfressens gegenein- 35 einer solchen Schicht befinden, ander gleitend machen kann. Das ist offenbar darauf zurückzuführen, daß in

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung dieser veränderten Schicht die einzelnen Körner voneines Verfahrens zur Behandlung von Metallober- einander durch gasförmige Einschlüsse (Stickstoffflächen derart, daß diese ohne Verwendung eines reste, die aus der durch die Erhöhung der Tempe-Schmiermittels und bei relativ hohen Temperaturen 40 ratur erfolgten Verbrennung von Luft verblieben ohne Gefahr ihrer Zerstörung in engem statischen sind) isoliert sind und die Kohäsion des Metalls verKontakt miteinander verharren können oder eine mindern.

sehr hohe Zahl von Gleitbewegungen gegeneinander Ferner vergrößern die zwischen den Metallkörpern ausführen können. liegenden bei der Temperaturerhöhung wegen der

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der 45 Anwesenheit von Wasser, Luft, Schneidöl und vereingangs genannten Art, das sich erfindungsgemäß schiedenen chemischen Verbindungen, welche in dem dadurch kennzeichnet, daß auf die Oberfläche jedes Kühlwasser an der Arbeitsstelle der Schleifmaschine Körpers ein festhaftender metallischer Überzug, be- vorhanden sind, gebildeten Oxydverbindungen das stehend aus wenigstens zwei übereinander angeord- Volumen und erzeugen Spannungen zwischen den neten Schichten unterschiedlicher Metalle mit einem 50 Körnern. Demzufolge ist die veränderte Oberflächenniedrigen Reibungskoeffizienten aufgebracht wird, schicht physikalisch unstabil.

wobei die die Endschichten jedes Körpers bildenden Falls zwei Flächen mit diesen Eigenschaften in

Überzüge aus einem unterschiedlichen Metall be- Kontakt miteinander stehen, so führt das Vorhandenstehen, sein dieser unstabilen Schicht aus verschiedenen

Vorteilhafterweise können die durch das Polieren 55 Gründen zu zerstörenden Folgen: veränderten Oberflächenschichten der Körper durch Wenn zwei Flächen in Kontakt miteinander stehen,

einen Schleifmittelstrahl, z. B. einen nassen Mikro- so hat ihre gemeinsame Kontaktfläche einen numesandstrahl, entfernt werden. rischen Wert, der um so höher ist, je niedriger die

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des er- Werte der Rauhigkeiten sind. Umgekehrt verringert findungsgemäßen Verfahrens können die metallischen 60 sich, wenn der Rauhigkeitsgrad anwächst, die Kon-Überzüge nach Waschen und Trocknen der Ober- taktfläche und die Kontaktdrücke steigen an. Unter flächen der Körper auf elektrolytischem Wege auf- der Wirkung dieser Drücke treten metallische Abgebracht werden. lösungen auf, und dies um so leichter, weil zwischen Die Zwischenschichten können vor dem Aufbringen den Körnern innerhalb der Oberflächenschicht bereits einer folgenden Schicht leicht poliert werden. 65 Spannungen vorhanden sind.

Es können verschiedene Schichten aus einem der Falls diese abgelösten Teilchen nicht durch ein

Metalle Chrom, Nickel, Silber, Gold und Kupfer, mit Schmiermittel mitgenommen werden, so oxydieren der Beschränkung, daß Kupfer nur für eine zu polie- sie, ihr Volumen wird größer, die Oxydbildung zwi-

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sehen den Körpern wird gesteigert, und es ergeben licht es, die Bildung von Wasserstoffeinschlüssen zu sich neue Spannungen und damit wieder weitere Ab- vermeiden, die bei Durchführung der Elektrolyse im lösungen. Da diese Ablösungen mit einer Erhöhung Bad zu befürchten wäre. Solche Einschlüsse müssen der Temperatur verbunden sind, wird dieses Phäno- ein Brüchigwerden der Schicht des Überzugsmetalls

men noch weiter verstärkt. 5 bewirken. Es ist wesentlich, daß die zu behandelnde

Wenn die Flächen in statischem Zustande in Kon- Fläche des Werkstücks vorher mit destilliertem Was-

takt miteinander stehen und keine Schmierung mög- ser gewaschen und mit gefilterter Luft getrocknet

lieh ist, so pflanzen sich die Korrosionserscheinungen worden ist, um der Bedingung Rechnung zu tragen,

zwischen den Körnern in dem Metallkörper bis auf daß die Behandlung des Körpers unter Innehaltung

solche Tiefen fort, daß sich die Gefahr von Zer- io schärfster Reinheitsbedingungen erfolgt,

störungen durch Bruch ergibt. Das elektrolytische Aufbringen des Metallüber-

Falls die miteinander in Kontakt stehenden Flächen zuges kann durch jedes geeignete, vorteilhafte Versich ohne Schmierung relativ zueinander bewegen, fahren erfolgen.

so wirkt jede dieser Flächen auf die andere wegen Das Metall, welches für die Bildung des Über-

ihrer Rauheit wie ein Bearbeitungswerkzeug, und es 15 zuges auf den Flächen von Körpern, die ohne

ergibt sich eine schnelle Zerstörung dieser Flächen. Schmierung in Kontakt mit anderen Flächen stehen

Die Geschwindigkeit, mit der sich dieses Phänomen sollen, verwendet wird, muß so gewählt werden, daß

vollzieht, wird noch durch gewisse weitere Faktoren, sich der niedrigstdenkbare Reibungskoeffizient

wie Schwingungen, Temperaturänderungen und Ver- ergibt.

änderungen der Beschaffenheit der umgebenden ao Es ist von Vorteil, wenn dieser Überzug nicht nur

Atmosphäre, gesteigert. aus einer einzigen Metallschicht, sondern mehreren

Aus der Erkenntnis dieser Tatsachen wird in der übereinanderliegenden Schichten verschiedener

zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens Metalle besteht.

diese veränderte Oberflächenschicht, vorzugsweise Gemäß einem besonderen Merkmal des Verfahdurch die Einwirkung eines Schleifmittelstrahles, zer- 95 rens gemäß der Erfindung wird den oben angegestört. Das kann beispielsweise durch ein Sandstrahl- benen Voraussetzungen entsprechend zunächst eine gebläse, das mit Sandkörnern von größenordnungs- untere Schicht aus dem gewählten Metall gebildet, mäßig 2 bis 100 Mikron, vorzugsweise etwa 10 Mi- die einer leichten Polierbehandlung unterworfen krön, in einem Reinwasserstrom, die auf die zu be- werden kann, deren Zweck es lediglich ist, die Scheihandelnden Flächen mit einer Geschwindigkeit von 30 telpunkte zu ebnen, die sich als Folge der Spitzengrößenordnungsmäßig 300 m/Sek. aufgeschleudert phänomene, welcher bei elektrolytischen Behandlunwerden, arbeitet, erfolgen. gen auftreten, gebildet haben könnten. Dieses Polie-

Durch die Anwendung dieser Arbeitsweise erfolgt ren kann z. B. mittels eines Schmirgelleinens mit keine Erhöhung der Temperatur der zu behandelnden feinen Schleifmittelkörnern, das vorzugsweise mit deFläche. Die Schleifmittelteilchen werden senkrecht 35 stilliertem Wasser befeuchtet ist, erfolgen. Durch zu dieser Fläche auf sie mit einer Energie aufge- diese Arbeitsweise wird die Politur der endgültigen schleudert, die ausreicht, um die brüchigen oder nicht Metallschicht, die in der gleichen Weise, wie vorhinreichend miteinander verbundenen Körner aus der stehend erläutert, auf die untere oder die Zwischenschicht, die beseitigt werden soll, zu lösen. Es ist schichten aufgebracht wird, noch verbessert. Die zweckmäßig, hierbei unter völliger metallischer 40 äußerste Schicht ist unter diesen Voraussetzungen »Asepsis« zu arbeiten, um dadurch die Gefahr der chemisch rein und wird durch keinerlei mechanische Bildung von metallischen Einschlüssen auf der be- Bearbeitungsmaßnahmen verändert,
handelten Fläche, insbesondere von solchen von an- Wie oben bemerkt wurde, ist die Wahl des Metalls, derer Beschaffenheit als des Metalls, aus welchem aus welchem die letztere Schicht besteht, ebenso wie der Metallkörper besteht, und die zu Oxydations- 45 die des Metalls, aus welchem die darunterliegende erscheinungen als Folge galvanischer Wirkungen füh- Schicht bzw. Schichten bestehen, wegen des hierbei ren würden, zu vermeiden. Diese metallische Asepsis zu berücksichtigenden Gesichtspunkts des möglichst wird dadurch gesichert, daß die Behandlung im geringen Reibungskoeffizienten, der erhalten werden Innern eines Gehäuses, das ebenso wie der Behälter soll, von erheblicher Bedeutung,
für das Schleifmittel und die Aufschleudervorrich- 50 Es wurde gefunden, daß sich ein solcher minimaler tungen und zugeordneten Rohrleitungen aus Kunst- Reibungskoeffizient dann ergibt, wenn die äußersten stoff besteht, erfolgt. Schichten der Flächen zweier Metallkörper, die ohne

Nach Durchführung dieser Phase des erfindungs- ein Schmiermittel in statischen oder dynamischen gemäßen Verfahrens läßt sich durch örtliche Unter- Kontakt miteinander gelangen sollen, aus zwei Versuchung des Werkstückes mittels des Mikroskops 55 schiedenen Metallen, z. B. die eine aus Chrom feststellen, ob und daß die veränderte Oberflächen- (Schichtdicke 3 Mikron) und die andere aus Silber schicht entfernt worden ist. (Schichtdicke 10 Mikron) besteht, wobei dann die

Die nunmehr vorhandene gemäß der Erfindung eine der darunterliegenden Schichten aus Nickel

behandelte Fläche ist »gesund« und kann anschlies- (Schichtdicke 10 Mikron) und die andere aus Gold

send mit einem Metallüberzug versehen werden. Das 60 (Schichtdicke 2 Mikron) gebildet ist.

Aufbringen dieses Überzuges kann, wie eingangs be- Das oder die Metalle, aus welchen die verschie-

reits bemerkt wurde, durch jedes hierfür geeignete denen elektrolytisch aufgebrachten Schichten beste-

Mittel, z.B. auf elektrolytischem, chemischem oder hen, müssen ferner vom Gesichtspunkt ihrer Eignung,

elektrochemischem Wege oder unter Anwendung einer auf elektrolytischem Wege in fest an der unmittel-

Kombination dieser Mittel, z. B. durch elektro- 65 bar darunterfolgenden Metallschicht haftender Weise

lytische Behandlung, nämlich nach dem Verfahren aufgebracht werden zu können, gewählt werden,

mit umhüllter Anode erfolgen. Nachdem der eine oder die mehreren Überzüge in

Die Anwendung des letzteren Verfahrens ermög- der beschriebenen Weise aufgebracht worden sind,

wird der Körper, falls die Endschicht aus einem bei niedrigen Temperaturen diffundierenden Metall (250° C im Fall von Silber oder Gold) besteht, einer Wärmebehandlung unterzogen, die so durchgeführt wird, daß der Körper durch diese Behandlung nicht mechanisch verformt wird.

Durch diese thermische Behandlung, die, um keine Oxydation hervorzurufen, in inerter Atmosphäre erfolgen muß, wird die Diffusion innerhalb des Überzuges bewirkt.

Sowohl bei der Handhabung der Körper im Zuge des Behandlungsverfahrens wie auch bei ihrer Lagerung müssen in jedem Fall minutiöse Vorsichtmaßnahmen innegehalten werden. Die Lagerung muß unter Bedingungen erfolgen, die jede Beeinflussung der Körper bzw. ihrer-Oberflächen in physikalischer oder chemischer Weise ausschließen. Auch die spätere Handhabung und Montage der Körper muß unter vollkommenen Reinheitsbedingungen in einer staubfreien Atmosphäre, die auf keinen Fall schlei- so fende Bestandteile in Suspension enthalten darf, erfolgen.

Die Anwendungsmöglichkeiten von nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelten Körpern sind sehr zahlreich. Zwei solcher Anwendungsmög-Mchkeiten werden nachstehend als Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Bei hohen Temperaturen ohne Schmierung arbeitende Gaspumpe: Die Flächen der Teile des Pumpenzylinders, die in Bewegungskontakt mit Kunststoffdichtungskörpern stehen, werden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelt. Ihr endgültiger Überzug besteht aus Chrom. Die Führung der Teile bei der Relativbewegung dieser Flächen zueinander erfolgt durch Ringe, deren in Kontakt mit dem Chromüberzug stehende Flächen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelt wurden, wobei der auf diese Flächen aufgebrachte metallische Überzug aus Silber besteht.

Beispiel 2

Stößelstange zur Übertragung einer translatorischen Bewegung im Inneren einer Bohrung, welche ringförmige ebenfalls translatorisch arbeitende Dichtungskörper aufweist.

Die Oberflächen des Stößels werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt, wobei als die endgültige Uberzugsschicht bildendes Metall Chrom oder Gold verwendet wird.

In gleicher Weise werden die entsprechenden Flächen der Bohrung behandelt, für welche als endgültiger Überzug Silber oder Gold verwendet wird.

Wie die Erfahrungen gezeigt haben, wird, gleichgültig welchen Arbeitsbedingungen die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelten Körper ausgesetzt sind, deren Lebensdauer in außerordentlichem Maße verlängert. Während ein Stößel, der unter den üblichen Bedingungen bearbeitet ist, nicht mehr als einige zehn Bewegungen ausführen kann, bevor er sich festfrißt, kann ein gemäß der Erfindung behandelter Stößel 100 000 Bewegungen ohne jedes Festfressen und ohne jede Abnutzung, und dies unter Temperaturbedingungen von etwa 250° C, ausführen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln der Oberflächen metallischer Körper, um ein unveränderliches Verhalten bei statischer oder dynamischer Berührung mit anderen metallischen Körpern ohne Schmierung zu erreichen, bei dem zunächst die Oberfläche jedes Körpers poliert wird, sodann die durch das Polieren veränderte Oberflächenschicht von der Oberfläche entfernt und auf die so freigelegte Oberfläche anschließend ein metallischer Überzug aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche jedes Körpers ein fest haftender metallischer Überzug, bestehend aus wenigstens zwei übereinander angeordneten Schichten unterschiedlicher Metalle mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufgebracht wird, wobei die die Endschichten jedes Körpers bildenden Überzüge aus einem unterschiedlichen Metall bestehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Polieren veränderten Oberflächenschichten der Körper durch einen Schleifmittelstrahl, z. B. einen nassen Mikrosandstrahl, entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Überzüge nach Waschen und Trocknen der Oberflächen der Körper auf elektrolytischem Wege aufgebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten vor dem Aufbringen einer folgenden Schicht leicht poliert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Schichten aus einem der Metalle Chrom, Nickel, Silber, Gold und Kupfer, mit der Beschränkung, daß Kupfer nur für eine zu polierende Zwischenschicht verwendet wird, aufgebracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Körper nach Aufbringen der Schichten zum Herbeiführen der Diffusion der Schichten untereinander in inerter Atmosphäre wärmebehandelt werden.