DE1521370B2 - Verfahren zur herstellung von gleitoberflaechen auf stahl gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gleitoberflächen auf Stahlgegenständen durch Aufbringen eines aus Bronzepulver bestehenden rauhen Haftgrundes durch Erhitzen in neutraler oder reduzierender Atmosphäre und Überziehen dieses Haftgrundes mit Polytetrafluoräthylen und abschließendem Erhitzen.

Es ist bereits bekannt, die Oberflächen von Stahlgegenständen mit Kunststoffen, wie Polyoxymethylen und Polytetrafluoräthylen, zu überziehen, um leichter gleitende Flächen zu erhalten. Solche Verfahren werden z. B. in den deutschen Auslegeschriften 1155 253 und 1 155 301 beschrieben.

Aus der deutschen Patentschrift 962 561 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem auf die Oberfläche des Stahlgegenstandes eine Mischung aus pulverförmigem Polytetrafluoräthylen (PTFE) und einem Metallpulver aufgesintert wird.

Nachdem Verfahren d2rUSA.-Patentschrift2691814 wird einem porösen Haftgrund das PTFE durch Verpressen bei einer Temperatur von 250 bis 300° C einverleibt.

Schließlich beschreibt die britische Patentschrift 912 793 ein Verfahren, bei welchem man zunächst eine wäßrige Dispersion von PTFE mit Toluol versetzt und diese anschließend durch ein geeignetes Koaguliermittel zur Ausflockung bringt. Nach dem Dekantieren der überstehenden Flüssigkeit wird der Schlamm mit Bleipulver vermischt und bis zu einem Wassergehalt von 15 bis 20°/₀ getrocknet. Die so erhaltene Paste wird dann auf den Rauhgrund aufgewalzt.

Die bekannten Verfahren sind aber noch nicht in jeder Hinsicht zufriedenstellend, da es nicht möglich ist, die Herstellung genau reproduzierbarer Stärken einerseits des Haftgrunds und andererseits des Kunststoffüberzugs zu gewährleisten. Weitere Nachteile ergeben sich aus der Tatsache, daß es schwierig ist, Stahlgegenstände zu behandeln, die keine ebenen, sondern komplizierte Strukturen aufweisen, wie es beispielsweise bei den gekrümmten Teilen von Trichtern, den Innen- und Außenflächen von Zylindern sowie den Innenflächen von Bohrungen der Fall ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und insbesondere die Behandlung kompliziert gekrümmter Oberfiächenteile zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Gegenstand zunächst mit einer wäßrigen Lösung von 5 bis 30 % Ammoniumhalogenid benetzt, darauf eine einzige Lage Bronzepulver mit einem mittleren Durchmesser von 0,04 bis 0,2 mm oder ein pulverförmiges Metallgemisch, welches beim Erhitzen Bronze ergibt, aufgestreut und durch Erhitzen auf 750 bis 950° C mit der Stahloberfiäche verbunden wird und auf diesen Haftgrund eine wäßrige Dispersion von Polytetrafluoräthylen und einem abriebfesten Metalloxid aufgebracht, getrocknet und auf 320 bis 400° C erhitzt wird. ·' ^{

Die Bronzelegierung hat vorzugsweise folgende Zusammensetzung: 5 bis 15 Gewichtsprozent Zinn, 95 bis 80 Gewichtsprozent Kupfer und weniger als 5 Gewichtsprozent Nickel, Silber, Mangan oder Blei. Ferner kann auch Phosphorbronze, mit weniger als 2 Gewichtsprozent Phosphor, 5 bis 15 Gewichtsprozent Zinn und dem Rest Kupfer, verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird eine Gleitoberfläche hergestellt durch Aufbringen einer Mischung von PTFE und Kadmiumoxidpulver und anderem gepulvertem Material auf die Oberfläche des Stahlgegenstandes und durch vorheriges Bilden einer rauhen Oberfläche mit gepulverten Bronzeteilchen als Unterlage für den Aufbringungsfilm, um das feste Anhaften des Überzugs zu verstärken, wodurch eine ausgezeichnete Gleitoberfläche geschaffen wird.

Durch das Verfahren nach der Erfindung können gepulverte Bronzeteilchen in einer gleichmäßigen Stärke innerhalb des Bereiches von 0,04 bis 0,2 mm

ίο auf jedem beliebigen Teil einer flachen oder gebogenen Stahloberfläche angebracht werden, wie etwa an Platten, Drähten, Rohren und anderen komplizierten Oberflächen, wie etwa gegossenen und verformten Erzeugnissen und weiterhin wird die Kombination solcher Oberflächen trotz der Abmessung und Form der Oberfläche und die sich ergebende rauhe Oberfläche mit einer wäßrigen PTFE-Suspension mit einer Mischung der Suspension und Kadmiumoxid und einem anderen Pulver überzogen, um eine sehr fest anhaftende Gleitoberfläche zu bilden.

Die Größe der Pulverteilchen der Bronzelegierung, die benutzt wird, um das Anhaften des Überzugs nach der Erfindung zu verstärken, liegt innerhalb des Bereiches eines Durchschnittsdurchmessers von 0,04 bis 0,2 mm, und die Teilchen werden an der Stahloberfläche in einer einzigen Lage von Einzelteilchen durch , die aufgebrachte Lösung befestigt.

Um eine bevorzugte rauhe Oberfläche auf dem Stahlgegenstand von jeder beliebigen Form zu bilden, wird eine wäßrige Lösung von Ammoniumhalogenid, z. B. Ammoniumchlorid (NH₄Cl), auf die Stahloberfläche aufgebracht, und ein Bronzepulver wird auf den mit der genannten wäßrigen Lösung benetzten Bereich aufgestreut.

In diesem Falle wird das Pulver mit seinen Teilchen in einer einzigen Schicht einzelner Teilchen zum Anhaften gebracht, und es ist ziemlich schwierig, eine Mehrfachschicht von Teilchen zum Anhaften zu bringen. So wird die Stärke der Pulverschicht durch die Größe der Teilchen bestimmt wegen des Anhaftens der Teilchen in einer einzigen Schicht einzelner Teilchen, wobei es offensichtlich ist, daß ein großer Vorteil im Betrieb und in der Qualitätskontrolle erreicht werden kann. Die Erfindung basiert auf dem vorstehenden Gedanken.

Die Stärke der Teilchenschicht, die die rauhe Oberfläche bildet, ist nämlich die gleiche wie der Mitteldurchmesser der Teilchen, beispielsweise wenn die Pulverteilchen von einem Mitteldurchmesser von 0,04 mm zum Anhaften gebracht werden, dann ist die Unebenheit der rauhen Oberfläche ungefähr 0,04 mm, und wenn Teilchen von 0,2 mm zum Anhaften gebracht werden, dann wird eine rauhe Oberfläche in einer Ungleichmäßigkeit von 0,2 mm erzielt.

Es ist festgestellt worden, daß Pulverteilchen mit einem Mitteldurchmesser von 0,04 bis 0,2 mm die geeignetste rauhe Oberfläche nach der vorliegenden Erfindung bilden.

Die Pulverteilchen, die an der flüssigen Schicht zum Anhaften gebracht werden, die durch eine wäßrige Lösung von NH₄Cl aufgebracht werden, fallen nicht ab oder lassen sich von der Stahloberfläche beim Schräghalten oder beim Umdrehen des bestäubten Artikels nicht abstreifen wegen der starken Haftkraft der Flüssigkeit. Während die Feuchtigkeit durch das Erhitzen verdampft und zum Verschwinden gebracht wird, verbleibt NH₄Cl als Feststoff und dient als Bindemittel für die Pulverteilchen an der Stahlober-

3 ' 4

fläche. Beim weiteren Erhitzen wird das NH₄Cl nach rungswirkung, und die Legierungswirkung mit dem und nach sublimiert, um zu verschwinden und gleich- Eisen beginnt von dem Teil, der mit der Stahloberzeitig geht die Legierungsreaktion zwischen dem fläche in Berührung steht, bei einer Temperatur, bei Bronzepulver und der Stahloberfläche weiter, um die der festes Ammoniumhalogenid sublimiert wird, um Teilchen fest zum Anhaften zu bringen. 5 zum Verschwinden zu kommen. So hat das Pulver-

Die Sublimierungstemperatur von NH₄Cl beträgt teilchen, das eine größere Menge von P enthält, eine

335° C. Während demgemäß NH₄Cl bei einer Tempe- stärkere Aktivierungsaktivität, die Legierungsreaktion

ratur über 335⁰C die Fähigkeit verliert, Metallpulver ist schneller, und die Anfangstemperatur ist niedriger,

zu verbinden, wird die Oberfläche des Bronzepulvers Das Teilchen, das eine größere Menge an P enthält,

bei über 300⁰C bereits aktiviert und ein Teil davon io kann erhitzt werden, um an der Stahloberfiäche als

beginnt, mit dem Stahl zu reagieren und haftet an der größeres Teilchen anzuhaften. Da die Phorphorbronze

Stahloberfläche an, wodurch das Pulver nicht abfällt, eine hohe Härte hat und die Rohoberfiäche, die daraus

obwohl der Gegenstand herumgedreht oder in eine hergestellt wird, hart und kräftig ist, ist das tragende

senkrechte Stellung gebracht wird. Die Verwendung Pulver des aufgebrachten Films, der auf der Oberfläche

eines solchen starken Anhaftens, die Aktivierungs- 15 angebracht wurde, stark und kräftig und schafft gute

wirkung zur Legierungsreaktion und zum Sublimieren Eigenschaften als Gleitoberfläche, wie etwa reibungs-

von Ammoniumhalogenid stellt das Merkmal nach der mindernde und abriebverhindernde Eigenschaften.

Erfindung dar. Der Sn-Gehalt wird von 5 bis 15 °/₀ gewählt, und eine

Neben NH₄Cl als Ammoniumhalogenid kann Legierung von unter 5 % Sn hat einen höheren

NH₄Br (Ammoniumbromid) und -NH₄I (Ammonium- 20 Schmelzpunkt, und die Temperatur der Legierungs-

iodid) verwendet werden. Die Sublimierungstemperatur reaktion mit der Stahlobeifläche ist höher, so daß die

von NH₄Br beträgt 542° C und die von NH₄I beträgt Bearbeitbarkeit gesenkt wird. Da über 15°/₀ Sn und

551°C. über 2,0°/₀P die Legierungsreaktion mit der Stahl-

Ziim Anbringen der wäßrigen Lösung gibt es ver- oberfläche kräftig durchgeführt wird und die Diffu-

schiedene Verfahren, wie etwa das Eintauchen des 25 sionsgeschwindigkeit größer ist, wird die Rauheit der

Stahlgegenstandes in die Lösung, Aufbringen der Lö- Oberfläche unerwünscht gesenkt. Die Bronze kann

sung mit Hilfe eines Pinsels oder Aufsprühen. Das Ver- weniger als 5 °/₀ Ni, Ag, Mn oder Pb enthalten oder

fahren kann je nach dem Zustand der Oberfläche des weniger als 1 °/₀ Si, Fe, Al, Sb und Zn als Verun-

Stahlgegenstandes entsprechend ausgewählt werden. reinigung. Das Herstellungsverfahren eines solchen

Die zu überziehende Oberfläche kann eine innere 30 Legierungspulvers kann durch ein übliches ZerOberfläche eines Loches mit einem kleinen Durch- stäubungsverfahren, Schleifverfahren, Stampfverfahmesser sein, ein Teil einer komplizierten, gebogenen ren od. dgl. durchgeführt werden, wobei das Pulver Oberfläche und eine einzelne oder beide Oberflächen innerhalb des Bereiches von einem Durchschnittseiner kontinuierlichen Stahlplatte, eine innere oder durchmesser von 0,04 bis 0,20 mm gesiebt wird,
äußere Oberfläche eines Rohres von großem Durch- 35 Beim Überziehen der Oberfläche des Stahlgegenmesser, Draht, Stangen usw. Die Form, Größe und Standes mit einer wäßrigen Lösung und wenn die Ober-Lage unterliegen keinerlei Beschränkungen. fläche eine waagerechte, ebene Oberfläche ist, ist die

Die Oberfläche des Stahlmaterials wird den üblichen Stärke der Flüssigkeitsschicht immer konstant entBehandlungen unterzogen, wie etwa Entfetten, Ent- sprechend der Konzentration durch sofortiges Aboxydieren und anderen Behandlungen, wie sie not- 4° laufen der überschüssigen Flüssigkeit. Wenn das wendig sind, um die blanke Oberfläche des Metalls Pulver dann auf die benetzte Oberfläche gestreut wird, freizulegen, und dann wird dieser Teil mit einer wird eine einzige Lage von Teilchen gebildet. In einer wäßrigen Lösung von Ammoniumhalogenid über- waagerechten Oberfläche kann das überschüssige zogen. Die wäßrige Lösung besteht hauptsächlich aus Pulver entfernt werden, indem der Gegenstand geneigt NH₄Cl. Die Sättigung von NH₄Cl beträgt 30°/₀ bei 45 wird, und die Teilchen haften dann nur an demjenigen Raumtemperatur. Die Mindestmenge an festem Teil des Gegenstandes, der mit der wäßrigen Lösung NH₄Cl in wäßriger Lösung, die die Klebekraft zeigt, überzogen wurde. Während die Pulverteilchen, die an beträgt ungefähr 5°/₀. Demgemäß ist die Menge an dem mit der wäßrigen Lösung überzogenen Teil an-NH₄Cl in wäßriger Lösung vorzugsweise 5 bis 30 °/₀. haften, normalerweise als eine einzelne Lage von ein-Da die Sättigungsmenge von NH₄Br bei Raumtempe- 50 zelnen Teilen anhaften, wenn eine große Menge der ratur 75°/₀ ist und die von NH₄I 150 °/₀, kann eine Uberzugsflüssigkeit auf der Stahloberfläche verbleibt, wäßrige Lösung von NH₄Br von 5 bis 75% und eine wenn die überzogene Oberfläche waagerecht ist, wäßrige NH₄I-Lösung von 5 bis 150 °/₀ verwendet können die Schichten der Pulverteilchen sich in zwei werden und in der Praxis entweder die eine der Lösun- oder mehr Lagen aufbauen, so daß die Stärke teilweise gen oder ihre Mischung von 5 bis 30 Festprozent- 55 und nicht wünschenswert unregelmäßig wird, so daß teilen. keine gute Qualität erzielt wird. Eine derartige Ober-

Das Bronzepulver, das auf die benetzte Oberfläche fläche mit mehrschichtigen Teilchen bildet eine so-

gestreut wird, die mit der genannten wäßrigen Lösung genannte gesinterte Lage, die für die Herstellung einer

überzogen wurde, hat eine Zusammensetzung von 5 Gleitoberfläche nach der Erfindung nicht geeignet ist.

bis 15 °/o Sn, weniger als 2°/₀P, während der Rest Cu 60 Wenn die wäßrige Lösung auf eine gewölbte Oberfläche

ist. . . aufgebracht wird, fließt die überschüssige Lösung natür-

Neben einem Legierungspulver, das an der Stahl- lieh ab, so daß die Stärke der Flüssigkeitsschicht im oberfläche zum Anhaften gebracht wird, und das wesentlichen konstant bleibt, abhängig von der Konübliches Bronzepulver oder eine Mischung von jedem zentration der Lösung und nur ein einzelnes Teilchen Element Pulver ist, um die gleiche Legierung her- 65 an der gewölbten Oberfläche anhaftet und keine zustellen, kann auch Bleibronzepulver verwendet weiteren Teilchen auf diesem Grundteilchen anhaften, werden. Insbesondere hat ein Phosphorbronzepulver, Demgemäß haftet bei dieser Erfindung jedes Pulverdas Phosphor enthält, eine starke Oberflächenaktivie- teilchen unabhängig, während sie aneinander anliegen

5 6 .

oder getrennt sind, wobei der Abstand zwischen den Teilchen von 0,2 mm verwendet werden. Diese Teilchen

Teilchen nicht größer ist als der höchste Durchmesser erzeugen im allgemeinen einen leichten Unterschied

eines Teilchens, d. h. 0,2 mm, und eine rauhe Ober- zwischen ihrer Stärke vor und nach dem Erhitzen, und

fläche von einer Gleichmäßigkeit von 0,4 bis 0,20 mm wenn die Abmessung genau bestimmt wird, dann wird

gebildet werden kann. Der Stahlgegenstand, der dann 5 eine Verringerung der Stärke der Schicht oder ein

an einem solchen Pulver anhaftet, wird dann in einer Zusammenziehen der Teilchen von 5 bis 20°/₀ gefun-

inerten oder reduzierenden Atmosphäre bsi 750 bis den, und die Form kann nach dem Erhitzen kugelartig

950° C erhitzt, um eine rauhe Oberfläche zu bilden. Die geworden sein.

Erhitzungstemperatur und die Zeit werden verändert Da ein Pulver von genau der gleichen Größe nicht

abhängig von Form und Größe des Stahlgegenstandes, io hergestellt werden kann und dieses Pulver innerhalb

der Art und der Menge des Legierungspulvers, die in des Bereiches von 100 bis 320 Maschen liegt, werden

einen Ofen eingebracht werden. die für die tatsächliche Praxis verwendeten Pulver so

Wie vorstehend beschrieben, ist der erste Schritt, hergestellt, daß mehr als 80 °/₀ der gewünschten Größe

durch den eine rauhe Oberfläche auf einer Stahl- in der Teilchenverteilung'vorhanden ist.

Oberfläche gebildet wird, vollendet. Im darauffolgenden 15 Wie in F i g. 1 gesehen, werden die Teilchen 3 an

zweiten Schritt wird die rauhe Oberfläche mit einer dem Stahluntergrund 4 zum Anhaften gebracht, wobei

Flüssigkeitsmischung oder einer wäßrigen PTFE- jedes Teilchen mit dem nächsten in Berührung steht

Suspension und CdO und einem anderen Pulver oder eine Lücke 5 aufrechterhält, in die ein Teil des

überzogen, auf 320 bis 400° C nach dem Trocknen Überzugs eingefüllt wird, um das Anhaften des

erhitzt, wodurch sich ein Überzug als Gleitoberfläche 20 aufgebrachten Überzugs zu verstärken,

bildet, um die gewünschte Gleitoberfläche auf dem In Fig. 2-A und 2-B ist ein gegebener Teil 7

Stahlgegenstand zu schaffen. beider Oberflächen einer kreisförmigen Stahlplatte 6

Die Zusammensetzung der Gleitoberfläche, die mit der Legierungsteilchenschicht 2 bedeckt, und der

ausgezeichnete Anti-Abrieb-Eigenschaften hat, besteht Überzug 1 ist auf der Oberfläche der Schicht ange-

aus 50 bis 90 Gewichtsprozent PTFE als festem 25 bracht. Diese Platte kann für verschiedene Unterleg-

Bestandteil, 10 bis 50 Gewichtsprozent in der Gesamt- scheiben, Abdichtplatten, Gleitplatten usw. verwendet

summe von einem oder mehr von CdO und Al₂O₃ werden. In F i g. 3-A und 3-B werden eine Teilchen-

und weiter 0 bis 10 Gewichtsprozent von MoS₂ und schicht 2 und ein Überzug 1 auf den inneren und

0 bis 20 Gewichtsprozent von PbO als Hilfsbestand- äußeren Oberflächen eines Stahlrohres 8 ausgebildet,

teil. 30 und dieses Rohr kann als Zylinder, Lagerbüchse usw.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung verwendet werden, falls die Aufbringung nur auf der

ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung inneren Oberfläche erfolgt, und als Kolben, Gleitrohr

mehrerer in den schematischen Zeichnungen darge- usw. in dem Falle, in dem das Aufbringen nur auf

stellter Ausführungsbeispiele. der äußeren Oberfläche erfolgt.

F i g. 1 ist eine teilweise Schnittansicht, die den 35 F i g. 4 zeigt einen ausgeweiteten Teil 9 eines

Aufbau der Gleitoberfläche zeigt, die auf einer Stahlrohres, worin eine Teilchenschicht 2 und ein

Stahlplatte gemäß dem Verfahren nach der Erfindung Überzug 1 auf den inneren und äußeren Oberflächen

aufgebracht wurde; des trichterförmigen Teiles ausgebildet sind, und das

F i g. 2-A und 2-B bezeichnen eine Schnittansicht Produkt einer solchen Form kann durch Gießen

und Draufsicht von Lagerplatten mit einem Überzug 4° hergestellt werden und in vielerlei Art und Weise als

auf beiden Seiten in Form einer ringförmig ϊη zylin- verschiedene Bauteile verwendet werden. Gemäß dem

drischen Stahlplatte; Verfahren nach der Erfindung kann die Gleitoberfläche

F i g. 3-A und 3-B zeigen einen senkrechten Schnitt auf der Oberfläche von Stahlgegenständen angebracht

und eine Seitenansicht eines Stahlzylinders, auf dem werden, die jede beliebige Form, Größe, Flächenbereich

der Überzug an den inneren und äußeren periphären 45 haben und in jeder beliebigen Lage.

Oberflächen eines Stahlrohres angebracht ist; F i g. 5 und 6 zeigen die Ergebnisse, die erzielt

F i g. 4 ist eine Schnittansicht eines trichterförmigen werden durch Bestimmung des Abriebverlustes des

Stahlrohres, an dem der Überzug nach der Erfindung Überzugs wie oben beschrieben mit Hilfe einer

angebracht ist; Abriebprüf vorrichtung, und ein kontinuierlicher

F i g. 5 ist eine Kurve, die das Verhältnis zwischen 50 Trockenabriebtest wurde unter den Testbedingungen

den Mischungsverhältnissen (Prozent) von CdO und von 10 kg/cm² Belastung, 1,0 m/Sek. Gleitgeschwindig-

Al₂O₃ zu einem Abnutzungsverlust in Mg/cm² dar- keit und 20 Stunden lang durchgeführt. Ein Teststück

stellt, und wurde hergestellt durch Überziehen einer Stahlplatte

F i g. 6 sind Kurven, die die Veränderung der von 1,0 mm Stärke mit Phosphorbronzepulver teilchen

Abnutzungsverluste zeigen, wenn das Mischungs- 55 von einem Durchschnittsdurchmesser von 0,1 mm,

Verhältnis von CdO konstant gehalten und Al₂O₃ um eine rauhe Oberfläche zu bilden, durch Aufbringen

hinzugefügt wird. einer wäßrigen Suspension von PTFE (60 Gewichts-

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen prozent Feststoffe) darauf, Überziehen einer Mischung

aufgebrachten Überzug, der eine Gleitfläche bildet, von verschiedenen Arten von Pulvern und Wärme-

2 ist eine Lage von Bronzepulverteilchen 3, die eine 60 behandlung,

rauhe Oberfläche auf dem Stahlmaterial 4 bilden. . F i g. 5 zeigt das Verhältnis zwischen der Menge an

Die Stärke des Überzugs 1 ist geeignet bei 0,02 bis CdO und Al₂O₃, die dem PTFE hinzugefügt werden, 0,05 mm, und die Stärke der Teilchenschicht 2 ist im und den Abriebverlust, CdO und Al₂O₃ innerhalb des wesentlichen gleich der Stärke der Teilchen selbst und Bereiches von 5 bis 50 °/₀ mit einem geringeren Abliegt innerhalb des Bereiches von 0,04 bis 0,2 mm. 65 riebverlust und die Menge unter 5 °/„ und über 50 °/₀ Wenn Teilchen mit einem Durchschnittsdurchmesser scheint wegen ihrer hohsn Abriebverluste ni:ht richtig von 0,04 mm benutzt werden, dann hat die Teilchen- zu sein. Es hat sich auch gezeigt, daß Fe₂O₃ und Cr₂O₃ schicht ungefähr 0,04 mm und ist 0,2 mm, wenn im Bereich von 0 bis 30 °/₀ praktisch verwertbar sind.

. In F i g. 6 wurde im Al₂O₃10 % CdO und 30 % CdO hinzugefügt, während der Rest PTFE war. Während der Abriebverlust des aufgebrachten Filmes, der die Zusammensetzung von 70°/₀ PTFE und 30°/,, CdQ hatte, 1,4 mg/cm² betrug, wurde der Verlust plötzlich vermindert durch Hinzufügen von 5 °/₀ Al₂O₃, und ein Mindestwert lag im Bereich von 5 bis 10% und begann auf über 10°/₀ zuzunehmen, und das Hinzufügen von mehr als 30°/₀ ergab keine Wirkung. Wenn Al₂O₃10% CdO hinzugefügt wurden, dann wurde der Abriebverlust bei 5 % Al₂O₃ stark verringert, der Verlust war außergewöhnlich weniger bis zu 30 % und nahm plötzlich bei über 30 % zu. Es wird angenommen, daß die Summe von CdO und Al₂O₃ unter 50 % am geeignetsten ist. .

Wie oben beschrieben, hat es sich gezeigt, daß die Anti-Abriebeigenschaften des Überzugs, die erzielt wird durch Mischen von PTFE mit einem oder mehreren von CdO und Al₂O₃, merklich verbessert wird im Vergleich mit dem Überzug von nur mit PTFE. Es ist auch wünschenswert, ein Pulver von MoS₂ und PbO als ein Hilfsbestandteil zuzufügen, da dieser Bestandteil dazu dient, den Reibungskoeffizienten auf ein Minimum zu verringern und auch die Entwicklung von Reibungshitze auf ein Minimum zu führen, und es kann als ein wesentlicher Bestandteil innerhalb eines bevorzugten Bereiches von unter 10% MoS₂ und unter 20% PbO beigegeben werden. ·.

Obwohl eine wäßrige PTFE-Suspension, die 50 bis 60% PTFE als festen Bestandteil enthält, am besten geeignet ist, kann die Suspension innerhabl des Bereiches von 30 bis 70% benutzt werden. Die Zusammensetzung des Überzugs wird bestimmt durch Verwendung einer Suspension von bekanntem Gehalt. Ein feineres Pulver, das gemischt werden soll, gibt einen Film von guter Widerstandsfähigkeit und Anti-Abriebeigenschaften und verbessert die Gleitfähigkeit und verringert insbesondere den Reibungskoeffizienten. Ein Durchschnittsdurchmesser des Pulvers wird etwa : ;. unter 0,0.5 mm (50 μ), vorzugsweise 0,1 bis 20,0 μ 4° ,-■-=. ■gewählt. , - ."■"■■

Die Mischung der genannten Pulver und PTFE ' wird auf die rauhe Oberfläche des Stahlartikels aufgebracht, worauf Phosphorbronzeteilchen durch ein Pinsel-, Sprüh- oder anderes geeignetes Verfahren, wie etwa Zentrifugieren für die Innenoberflächen von Stahlrohren und Eintauchen in die Flüssigkeit für die äußere Oberfläche von Drähten und Stangen, aufgebracht werden. Die Stärke des Überzugs beträgt am geeignetsten 0,02 bis 0,05 mm.

So kann gemäß der Erfindung eine Gleitoberfläche auf einem Teil der oder auf der gesamten Oberfläche des Basismaterials ausgebildet werden, wenn es sich um Stahl handelt, obwohl die Oberfläche auch eben oder gewölbt sein kann. Die Gleitoberfläche kann an .einer oder an beiden Oberflächen einer kontinuierlichen Stahlplatte angebracht werden und auf jeder beliebigen Fläche von Draht, Stangen, gepreßten und gegossenen Erzeugnissen und sowohl an rohem oder fertig bearbeitetem Material oder Gegenstand.

^: Die abriebfeste Eigenschaft des- Überzugs, der die Gleitoberfläche darstellt, ist ausgezeichnet, und der Überzug zeigt eine stabile Gleiteigenschaft gegen Trockenreibung ohne Verwendung eines Schmiermittels, aber ein Schmiermittel kann selbstverständlich verwendet werden.

Die Erfindung wird anschließend durch Beispiele im . einzelnen erläutert.

Beispiel 1

Ein Betriebsbeispiel, bei dem eine Gleitoberfläche auf einer Seite einer Stahlplatte ausgebildet wird, wird nachfolgend beschrieben:

1. Eine kaltgewalzte Stahlplatte von 1,50 mm Stärke, 160 mm Breite und 1000 mm Länge wurde dem Oberflächenbehandlungsverfahren unterzogen, wie

:"■ etwa Entfetten, Entoxydieren, Waschen mit Wasser usw., und in einer Trockenkammer getrocknet.

2. Die so behandelte Platte wurde in ein Bad . getaucht, das die wäßrige Lösung von 25 % NH₄Cl und 75 % Wasser enthielt.

. 3. Ein Überschuß von Wasser wurde von der . Stahlplatte abtropfen gelassen, die aus dem Bad herausgezogen worden war, und Phosphorbronzepulver wurde gleichmäßig · auf eine Oberfläche

_; der Stahlplatte aufgestäubt. Ein Sieb von 260 Maschen wurde verwendet, um das Pulver aufzustreuen, in dem das Sieb_: gerüttelt wurde. Die Teilchengröße des verwendeten Pulvers betrug 260 bis 320 Maschen mit einem Mitteldurchmesser von 0,04 bis 0,07 mm. Die Zusammensetzung der Phosphorbronze betrug 9,50% Sn, 0,20% P und

.... 90,30% Cu.

.4. Die Stahlplatte wurde senkrecht gehalten, damit . der anhaftende Pulverüberschuß abfallen konnte.

5. Die Stahlplatte mit dem aufgestäubten Pulver darauf wurde auf ein Transportband gelegt, um in einen Wasserstoff-Elektroofen eingeführt zu werden. Nach Erhitzen bei 850⁰C während 30 Minuten bei einer Transportgeschwindigkeit von 100 mm/Minute wurde die Platte aus dem Ofen heraus durch eine Kühlkammer geführt.

6. Eine Mischung, die aus 77% wäßriger PTFE-

aus

Suspension (60% Feststoffe) und 23% CdO-Pulver bestand, wurde auf der rauhen Oberfläche, die-durch die anhaftenden Teilchen gebildet wurde, durch Sprühen aufgebracht. Die Menge der verwendeten Mischung betrug 300 g/m². Nach dem Trocknen erfolgte die Erhitzung auf 37O⁰C.
8. Die Platte wurde auf 1,55 mm Stärke gewalzt.

.- Durch die oben beschriebenen Verfahren ergab sich eine Platte von 1,55 mm Stärke, .160 mm Breite und mm Länge. Die mittlere Stärke des Überzugs, der die Gleitoberfläche der Stahlplatte bildete, betrug 0,03 mm, die mittlere Stärke der Phosphorbronzeteilchenschicht betrug 0,05 mm und die Stärke der Stahlplatte 1,47 mm. Die Zusammensetzung des Überzugs betrug 67% PTFE und 33% CdO.

B ei sp i el 2

Ein Betriebsbeispiel, bei dem Stahldraht mit einem Durchmesser von 2,99 bis 3,01 mm einer Überzugsbehandlung unterzogen wurde, ist nachstehend beschrieben:

1. Der Draht wurde durch die Behandlung der Entoxydierung, Entfettung und des Wasserwaschens geführt und in eine Trocknungskammer eingebracht, um getrocknet zu werden.

2. Er wurde durch ein Bad geführt, das eine wäßrige Lösung von 15% NH₄Cl, 5% NH₄Br und 80% Wasser enthielt.

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3. Der Draht wurde senkrecht durch eine Sprühkammer für Phosphorbronze geführt, die an dem Draht zum Anhaften kam. Das Bronzepulver ging durch ein Sieb von 320 Maschen, und die Zusammensetzung der Legierung betrug 12,0 % Sn und 88°/₀ Cu. Der Durchschnittsdurchmesser der Teilchen betrug 0,05 mm höchstens.

4. Der Draht wurde in einen senkrechten Wasserstoffelektroofen eingebracht, während er auf 800⁰C 30 Minuten gehitzt nach unten lief und aus dem Ofen austrat, nachdem er durch eine Kühlkammer gelaufen war.

5. Der Draht wurde waagerecht durch ein Bad der Mischung geführt, und die überschüssige Flüssigkeit wurde durch eine Bürste entfernt. Die Mischung besteht aus 80 Gewichtsprozent wäßriger PTFE-Suspension (60% Feststoffe) und 20 Gewichtsprozent Al₂O₃.

6. Der Draht wurde dann in .eine Trockenkammer eingebracht, auf 360° C in einem Heizofen erhitzt, aus dem Ofen ausgebracht und auf einen Haspel gewunden.

7. Der Draht wurde durch eine Ziehdüse von 3,14 mm hindurchgeführt, um den Durchmesser zu korrigieren.

So hatte der Draht, der einen Durchmesser von 3,00 mm hatte, nach der Behandlung einen solchen von 3,14 mm, und die Summe der Phosphorbronzeteilchenschicht und des Oberflächenüberzuges betrug 0,07 mm im Durchschnitt. Die Zusammensetzung des Überzugs betrug 67,7 % PTFE und 32,3% Al₂O₃.

B e i spi el 3

Eine Abdichtplatte, wie in F i g. 2 gezeigt, wurde wie folgt hergestellt:

1. Eine Stahlplatte von 150 mm Durchmesser und 4,00 mm Stärke wurde entfettet und entoxydiert, um sämtliche Oberflächen zu reinigen.

2. Eine wäßrige Lösung von 25 % NH₄Cl wurde auf einem Teil überzogen, an dem eine Gleitoberfläche gebildet wurde, und zwar mit Hilfe eines Pinsels, und der Flüssigkeitsüberschuß wurde abtropfen gelassen.

3. Ein Phosphorbronzepulver, das aus 1,50% P, 8 % Sn und dem Rest Cu bestand, wurde auf den benetzten Teil durch ein Sieb von 100 Maschen hindurchgestäubt. Die Größe der Pulverteilchen betrug 100 bis 150 Maschen. Nach dem Aufsprühen wurde die Stahlplatte senkrecht gehalten, um den Pulverüberschuß abfallen zu lassen.

4. Die Platte wurde in einen Wasserstoff-Elektroofen eingebracht, ohne In-Berührung-Biingen mit dem Teil, der mit Pulverteilchen behaftet war, und wurde 60 Stunden lang auf 850⁰C erhitzt.

5. Die Platte wurde mit einer Mischung überzogen, die aus 70% wäßriger PTFE-Suspension (60% Feststoffe), 20% CdO, 5% PbO und 5% Al₂O₃ bestand. Dieses Überziehen erfolgte mit einem Pinsel, worauf ein Trocknen durchgeführt wurde.

6. Erhitzung auf 380⁰C.

7. Die beiden Oberflächen der Platte wurden mit einem Druck von 1000 kg/cm² gepreßt, um die Gleitoberfläche glatt zu machen und die Stärke einzustellen. Die erzielte Stärke betrug 4,40 mm. Bei der Abdichtgrundplatte, bei der die Uberzugsbehandlung am notwendigen Teil angebracht wurde, war die mittlere Stärke der Phosphorbronzeteilchenschicht 0,17 mm und die mittlere Stärke des Überzugs 0,03 mm. Die Zusammensetzung des Überzugs war 58% PTFE, 28% CdO, 7% PbO und 7% Al₂O₃.

Beispiel 4

Gleitoberflächen wurden auf den inneren und ίο äußeren Oberflächen eines Stahlrohres ausgebildet, wie in F i g. 3 gezeigt.

1. Die inneren und äußeren Oberflächen eines Stahlrohres von 30,20 mm Innendurchmesser, 39,80 mm Außendurchmesser und 100 mm Länge

¹^ wurden auf der Drehbank bearbeitet, um die Abmessungstoleranz von 0,01 zu haben.

2. Das Rohr wurde entfettet und entoxydiert, um die Oberfläche zu reinigen.

3. Das Rohr wurde in eine wäßrige Lösung getaucht, die 15% NH₄Cl und 5% NH₄I enthielt, und der Überschuß der Flüssigkeit wurde abtropfen gelassen, nachdem das Rohr herausgenommen war.

4. Ein Phosphorbronzepulver wurde auf die inneren und äußeren Oberflächen durch ein Sieb von 150 Maschen aufgestäubt, das Rohr wurde gewalzt und senkrecht gehalten, damit der Pulverüberschuß abfallen kann. Die Durchschnittsgröße der Pulverteilchen betrug 200 bis 150 Maschen und der Durchschnittsdurchmesser 0,10 bis 0,07 mm. Die Zusammensetzung des Phosphor-

^; bronzepulvers betrug 1,0 % P, 10 % Sn und 89 % Cu.

5. Das Rohr wurde 30 Minuten auf 800⁰C in einem Wasserstoff-Elektroofen erhitzt.

6. Beide Oberflächen des Rohres wurden mit einer Mischung überzogen, die aus 65% wäßriger PTFE-Suspension (60% Feststoffe), 20% Al₂O₃ und 15% CdO bestand, und auf 380⁰C erhitzt, nachdem es getrocknet worden war,

7. Die inneren und äußeren Oberflächen des überzogenen Rohres wurden bearbeitet, um die Gleitoberfläche zu glätten, und der Innendurchmesser betrug 30,00 mm und der Außendurchmesser 40,00 mm.

In der der Gleitbehandlung unterzogenen Büchse war die Stärke der behandelten Schicht 0,10 mm und die Zusammensetzung des Überzugs betrug 52,7 % PTFE, 27% Al₂O₃ und 20,3% CdO.

Beispiel5

Innere und äußere Oberflächen der Öffnung eines gegossenen Erzeugnisses in Trichterform, wie in F i g. 4 gezeigt, wurde wie folgt behandelt, um Gleitoberflächen zu bilden:

1. Ein Stahlrohr von 2,5 mm Stärke wurde gepreßt, um einen trichterartijen Gegenstand herzustellen, wie in Fig. 4 gezeigt. Das Gewicht betrug 4,2 kg und der Außendurchmesser der Öffnung 150 mm.

2. Der Gegenstand wurde entfettet und entoxydiert, um die Gesamtoberfläche zu reinigen.

3. Die Teile zum Schaffen der Gleitoberflächen wurden in eine wäßrige Lösung getaucht, die 20% NH₄Cl enthielt, und nach dem Heraus-

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nehmen wurde die überschüssige Lösung abtropfen gelassen.

4. Ein Phosphorbronzepulver mit einer Durchschnittsgröße von 320 Maschen wurde sowohl auf die inneren als auch auf die äußeren Oberflächen gestreut. Das überschüssige Pulver wurde abfallen gelassen.

5. Der Gegenstand wurde in einen Wasserstoff-Elektroofen eingebracht und 60 Minuten lang auf 820° C erhitzt.

6. Eine Mischung von wäßriger PTFE-Suspension, die einen Überzug ergibt, der aus 77,5 % PTFE, 19,5 °/o Al₂O₃ und 3,0 °/₀ MoS₂ besteht, wurde aufgebracht, um eine rauhe Oberfläche zu schaffen, auf die Pulverteilchen zum Anhaften gebracht wurden, und nach dem Trocknen erfolgte ein Erhitzen auf 38O°C.

7. Der so überzogene Gegenstand wurde in eine Matrize eingebracht und wiederholt gepreßt, um _ao die inneren und äußeren Oberflächen zu glätten und die Abmessung richtig zu korrigieren.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gleitoberflächen auf Stahlgegenständen durch Aufbringen eines aus Bronzepulver bestehenden rauhen Haftgrundes durch Erhitzen in neutraler oder reduzierender Atmosphäre und Überziehen dieses Haftgrundes mit Polytetrafluorethylen und abschließendem Erhitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand zunächt miteiner wäßrigen Lösung von 5 bis 30 °/o Ammoniumhalogenid benetzt, darauf eine einzige Lage Bronzepulver mit einem mittleren Durchmesser von 0,04 bis 0,2 mm oder ein pulverförmiges Metallgemisch, welches beim Erhitzen Bronze ergibt, aufgestreut und durch Erhitzen auf 750 bis 950° C mit der Stahloberfläche verbunden wird und auf diesen Haftgrund eine wäßrige Dispersion von Polytetrafluoräthylen und einem abriebfesten Metalloxid aufgebracht, getrocknet und auf 320 bis 400⁰C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Dispersion verwendet wird, die als abriebfestes Metalloxid Cadmiumoxid und/oder Aluminiumoxid enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Dispersion verwendet wird, die zusätzlich Bleimonoxid und/oder Molybdänsulfid enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Dispersion verwendet wird, die insgesamt 5 bis 50 Gewichtsprozent Cadmiumoxid und Aluminiumoxid enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Dispersion verwendet wird, die 30 bis 95 Gewichtsprozent festes Polytetrafluoräthylen und 5 bis 50 Gewichtsprozent Cadmiumoxid und/oder Aluminiumoxid enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß eine wäßrige Ammoniumhalogenidlösung mit 3 bis 30 Gewichtsprozent Ammoniumhalogenid verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ammoniumhalogenid Ammoniumchlorid verwendet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Bronzepulver mit weniger als 2 Gewichtsprozent Phosphor verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bronzepulver verwendet wird, das aus 5 bis 15 Gewichtsprozent Zinn, weniger als 2 °/o Phosphor und dem Rest Kupfer besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen