DE1621243A1 - Verfahren zum Behandeln von Oberflaechen - Google Patents

Description

Verfahren zum Behandeln von Oberflächen

Die Er findung be zieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen feiner Teilchen in poröse Oberflächen und auf die Verwendung der auf diese leise hergestellten Erzeugnisse« Die^ Erfindung ist eine weitere Ausbildung des Gegenstände« des !Patents . ₀, _β .. (Patentamneiaung Έ Al 772 Vlb/fs a), 'fJffH f JC< 0

!fach, de» erfindungsgemässen Verfahren werden feine teilcken derart in Hisse oder ioren von Oberflächen gert, dass sie in die Oberfläche durch Pestsitz eingeklemmt sind. Mes wird duroh geeignete Temperaburunterschiede erzielt.

In der ersten Verfahrensstufe wird eine Oberfläche, gewöhnlich eine metallische Oberfaäohe, öo behände^tv dass auf oder in ihr viele winzige Zwischenräume» Poren, Hohlräume oder Riese entstehen^ Dies erfolgt z>B« durch mechanische Behandlung öder

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Vorbehandlung, wie durch Plüssig-Honen, durch Bearbeitung mit dem Sandstrahlgebläse oder auf chemische Weise, wie durch Itzen mit Säure, oder schliesslich, indem man auf der Oberfläche einen porösen Überzug, ζ«Be aus Zinkphosphat, erzeugt« Wenn die metallische Oberfläche bereits von Natur aus das gewünschte Hetz von winzigen Rissen oder Zwischenräumen aufweist, kann diese erste Stufe fortgelassen werden. Beispiele für eine solche Oberfläche sind gewisse gesinterte oder pulvermetallurgisch hergestellte Erzeugnisse oder aufgespritzte Metalloberflächen.

In der zweiten Verfahrensstufe wird die vorbehandelte Oberfläche erhitzt, um die Risse oder Foren su vergröasem. Dann werden feine Teilchen auf der Oberfläche verteilt und je nach Bedarf in die vergrösserten Poren eingearbeitet, so dass die Risse oder Poren mit den feinen Teilchen praktisch angefüllt werden. Die feinen Teilchen befinden sich dabei auf Raumtemperatur oder auf noch niedrigerer Temperatur. Schliesslich lässt man die Oberfläche und die Teilchen eine Gleichgewichtstemperatur erreichen, wobei sich die Poren und Risse zusammenziehen und die Teilchen durch Pestsitz in den Poren oder Hissen eingeklemmt werden.

Per Teil der gesamten Oberfläche, der von den eingeklemmten Teilchen eingenommen wird, kann etwa 5 bis 75 $> betragen und

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beträgt vorzugsweise etwa 10 bis 50 $>. Sie Oberfläche ist in dem Sinne diskontinuierlich, als sie nicht vollständig von den Teilchen bedeckt wird, sondern eine Vielzahl von Teilohen in einer Art Einbettungsoberfläche enthält.

Die mittlere Grosse der Teilchen nil zwischen 0,05 und 50* vorzugsweise zwischen 0,5 und 30 μ liegen. Die Teilchen sollen eine solche Grosse haben, dass die nicht ausgedehnten Teilchen in die Risse in der Oberfläche eintreten oder eingetrieben werden können. Theoretisoh soll eine Beziehung zwischen der Teilchengröße und der Breite der Oberflächenrisse derart bestehen, dass auf die Breite eines jeden Hisses 1 bis etwa 5 Teilchen entfallen. Die Poren oder Bisse in der Oberfläche haben vorzugsweise die gleiche Grussenordnung wie die Teilchen! jedenfalls soll ihre mittlere Grosse 100 μ nicht überschreiten.

Die Teilchen werden gekühlt, oder die Oberfläche wird erhitzt, oder beides, so dass zwischen den Teilchen und der Oberfläche ein Temperaturunterschied von sindestena 167° C und vorzugsweise von 222° C oder mehr besteht, wobei die Teilchen die niedrigere Temperatur aufweisen.

Der Temperaturunterschied richtet sich nach dem Auedehnungekoeffizienten der Oberfläche und der Teilohen; denn der Zweck des Verfahrene ist es ja, eine genügende Differenz aussubil-

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den, um die Teilchen duroh Pestsitz einzuklemmen. Gegebenenfalls kann nan auch nit viel grösseren Temperaturunterschie- ' den arbeiten. Eine Stahloberflache kann z.B. auf 540° € er-. hitzt werden, und die Teilchen können bei Raumtemperatur oder noch niedrigerer Temperatur in die Oberfläche eingelagert werden.. ,

Auf der erhitzten Oberfläche werden die Teilchen möglichst schnell verteilt, indem nan sie nit den Pinsel auf die Oberfläche aufstreicht, sie in wässriger Dispersion auf die Ober» fläche aufbringt, sie nit Gebläseluft auf die Oberfläche aufbläst oder sich eines elektrostatischen Verfahrens bedient, um die Teilchen auf der Oberfläche zu verteilen. Obwohl die Teilchen hierbei in allgemeinen in die vergrösserten Zwischenräume der Oberfläche hineinfallen, kann die Oberfläche ausserdem gerieben, poliert, gescheuert oder anderweitig so behandelt werden, dass die Teilchen in die erweiterten Risse eintreten*

Dann lässt nan die Oberfläche und die Teilchen die GIeiengewichtetenperatur annehmen. Infolge de» anfänglichen Temperaturunterschiedes werden die Teilchen hierbei in der Oberfläche, durch Festeitz eingeklemmt. Mit anderen Worten: die Teilchen dehnen sich in den Poren oder Rissen aus, und die Poren oder Risse ziehen sich zusammen und klemmen dadurch die Teilchen an Ort und Stelle ein.

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Die Erfindung bezieht eich auf gewisse Metalle und Metallverbindungen, wie Carbide und Nitride« Insbesondere können in Rahmen der Erfindung die kostspieligen und schwer legierbaren Metalle* wie Titan, Zirkonium, Molybdän, Hafnium und Selen, eowie auch die übrigen, nachstehend aufgeführten Stoffe verwendet werden·

Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Behandlung von Metallen, die zwar für einen Verwendungszweck vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, die jedoch, wenn man eine feste Legierung aus ihnen herstellt, dieser Legierung Sprödigkeit» schnelle Ermüdung, ungünstige thermische Eigenschaften oder sonstige unerwünschte Eigenschaften verleihen» Beispielsweise können bei dem erfindungsgemässen Verfahren Teilchen aus den folgenden Metallen oder Metallverbindungen verwendet werden: Antimon, Bariumoxyd, Bariumcarbid, Beryllium, Berylllumoxyd, Bornitrid, Cer, Chrom, Kobalt, Kupfer, Graphit, Hafnium, Hafniumearbid, Iridium, Mangan, Molybdändieulfid, Nickel, Fiatin, Rhodium, Selen, Siliciumcarbid, Tantal, Titan, Wolfram, Wolframcarbid und Vanadium.

Graphit und Molybdändisulfid haben bekanntlich ein ausgezeichnetes Trockenfilm-Schmiervermö.gen. Gemäsa der Erfindung wird eine Stahloberfläche mit Säure geätzt, so dass sich in ihr viele winzige Foren und Risse bilden. Dann wird die Oberfläche

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auf 177° O erhitzt. Dann werden Teilchen aus Graphit od*r Molybdändisulfid mit einer mittleren Teilchengrösse von weniger als 30 μ, die sich auf Baum temperatur oder vorzugsweise unter Raumtemperatur befinden, auf der Oberfläche bo verteilt, dass sie in die erweiterten Hisse eintreten. Beim Abkühlen werden die Graphit- oder Molybdändieulf idteil ohen in der Oberfläche durch. Festsitz eingeklemmt. Sie so erhaltene Oberfläche hat ein bedeutend verbessertem Schmiervermigen und kann für Kugellager-Laufringe oder andere Anwendungs wecke verwendet werden, bei denen es auf ein gutes Schmiervermogen ankommt.

Rhodium wird in Form einer Legierung f ir Federspitzen verwendet. Srfindungsgemäss wird eine Pederspitze hergestellt, die nicht aus einer Legierung besteht, sondern in der Rhodiumteilohen nach dem erfindungsgemässen Terfaiiren verteilt sind. Dadurch wird Rhodium eingespart, und man erhält-eine Federspitze, die einer solchen aus reinem Rhodium gleichwertig 1st.

Für viele chemische Umsetzungen wird Platin als Katalysator verwendet. Erfindungsgemäss werden Flatinteilchen in der porösen Oberfläche von geeinterton Glaskugeln oder -zylindern angeordnet, um ein preiswertes Katalysatcrmaterial zu erhalten* Die in der Oberfläche sitzenden Teilchen"wirken als Katalysator. Die Hauptmasse des Materials besteht jedooh aus billigem Werkstoff und nioht aus massivem Kataljsatoraetall, wie ee zur

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Zeit erforderlich ist.

3tahloberflachen werden mitunter mit a-Heesing überzogen, um das Haftvermögen von Kautschuk an solchen Oberflächen zu verbessern. Erfindungsgemäss wird eine Oberfläche mit einer Vielzahl von a-Messingteilohen hergirtrsallt, die in den Oberfläohenporen durch Pestsitz eingeklemmt sind, und an diese Oberfläche wird Kautschuk angeklebt, wodurch man die meisten, wenn nicht gar sämtliche Torteile des a-Mesgings ohne umständliche " Beschiohtungsarbeit erzielt.

Kupfer ist heute verhältnismäasig kostspielig. Stahlblech wird mit einer dünnen Kupferauflage plattiert, die dann unter hohem Druck aufgewalzt wird«, Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden in die Stahloberfläehe zunächst Kupferteilchen eingelagert, um die Bindung zwischen der Kupferauflage und dem Stahl zu verbessern rmd die Flattierarbeit zu erleichtern.

Pur elektrische Kontakte werden Oberflächen aus Silber oder anderen Metallen verwendet. Hach dem erfindungsgemässen Verfahren werden in eine Oberfläche aus Kupfer oder einea anderen Metall Silberteilchen eingelagert, wobei nan eine elektrische Kontaktfläche erhält, die sich wie reines Silber verhält.

Oft werden legierungen aus verschiedenen schwer legierbaren Metallen zur Verwendung als Katalysatoren verlangt, da diese

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Metalle besonders gute Wirkungen haben. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine legierung an Ort und Stelle hergestellt, indem man zunächst eine Oberfläche mit vielen winzigen Rissen versieht, dann Metallteilchen in die Risse einlagert und hierauf die Oberfläche so hoch erhitzt, dass die Teilchen, in die Oberfläche unter Bildung einer legierung einschmelzen. Da die Teilchen in der Oberfläche durch Pestsitz eingeklemmt sind, ist die Oberfläche widerstandsfähig gegen unsanft© Behandlung oder sogar gegen Ziehen oder sonstige Verformungsvorgänge, bis sich die Legierung an Ort und Stelle durch Schmelzen bildet. Hierbei braucht der Temperaturunterschied nur auszureichen, um die Teilchen in die Risse einzulagern, bevor die Legierung an Ort und Stelle hergestellt wird. Bei dem erfindungsgeraässen Verfahren werden die Teilchen Jedoeh nicht geschmolzen; bevor sie in die Risse eingebracht werden, weil hierdurch der Pestsitz nicht erzielt werden würde. Mit anderen Worten: Die Erzielung eines Pestsitzes beruht auf den Ausdehnungskoeffizienten fester Stoffe. Geschmolzene Stoffe oder auch nur erweichte Stoffe haben nicht die gleichen Eigenschaften, und daher muss bei dem erfindungsgemässen Verfahren das Schmelzen oder Erweichen der Teilchen vermieden werden.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Herstellung von Schleifoberflachen in dei? Art von Schmirgeltuch oder harten Arbeitsflächen, indea man Wolframcarbid-oder Siliciumoarbidteilchesi

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gemäss der Erfindung durch Festsitz in Oberflächenrisse lagert.

Nach einer weiteren AusfÜnrungsform der Erfindung werden feine Kupferteilchen in eine Oberfläche aus Stahl, Aluminium oder rostfreiem Stahl oder feine Eisenteilchen in eine Oberfläche aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder Kupfer eingebracht, um ungewöhnliche Zierwirkungen zu erreichen. Z.B. wird die Aus-βenseite von Bürogebäuden mitunter mit rostfreiem Stahl oder Aluminium verkleidet. Feine Eisen- oder Kupferteilchen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren auf solchen Oberflächen verteilt worden sind, verwittern zu einer rostbraunen Farbe und liefern eine eigenartige Wirkung» wobei sämtliche vorteilhaften Eigenschaften dee rostfreien Stahle erhalten bleiben. Ebenso können feine Kupferteilchen auch so behandelt werden, dass sie eine blaugrüne Farbe oder andere Farben annehmena Dieses Verfahren ist besonders auf Aluminiumoberflächen anwendbar, für die gegenwärtig nur wenige, durch Eloxieren erzeugte permanente Farben zur Verfügung stehen.

Der Temperaturunterschied zwischen den Teilchen und der Oberfläche soll ausreichen, um unter Berücksichtigung der Ausdehnungskoeffizianten der Teilchen und der Oberfläche einen Pestsitz herbeizuführen. Minimale Festsitze haben die Gröseenord- * nung von etwa 0,076 mm, vorzugsweise mehr. Um solche Unter- · schiede zu erzielen, kann man die Teilchen bei fiaumtemperatur

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(etwa 15° O) oder vorzugsweise bei einer noch niedrigeren Temperatur auf die Metalloberfläche aufbringen. Die Teilchen können mit festem Kohlendioxyd auf -73° C gekühlt werden, um ihre Auedehnung so lange zu verzögern, bis sie in die Risse der Oberfläche eingelagert worden sind. MLt flüssigem Stickstoff oder'anderen verflüssigten Oasen erzielt nan Teilchentemperaturen unter -240° C, die ebenfalls angewandt werden können, um den gewünschten Temperaturunterschied zu erzeugen. Ebenso können die Teilchen im Gefrierfach eines Kühlschrankes oder in einer Tiefgefriervorrichtung aufbewahrt werden.

Die Oberfläche, auf die die Teilchen aufgetragen werden, kann auf verschiedene Weise porös gemacht oder mit Rissen oder Zwischenräumen versehen werden, in die die Teilchen sich einlagern können. So kann die Oberfläche z.B. auf elektrolyt!schein Wege durch anodische oder kathodisohe Behandlung in einer sauren oder alkalischen Lösung geätzt werden, die dem betreffenden Metall angepasst 1st. Auch nicht-elektrolytische chemische Behandlungen mit Säuren oder Alkalien auf kaltem oder heissem Wege eignen sich zur Erzeugung gleichm&ssiger Oberflächenriese, wobei die Wirkung verschiedener Stromdlchten auf die verarbeiteten Erzeugnisse vermieden wird.

Ebenso kann die Oberfläche durch Behandeln in einem Phosphaticrungsbad mit einem zusammenhängenden Phosphatüberzug versehen werden, der eine Vielzahl winziger Rlsee enthält.

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Die Oberfläche kann mit Nickel, Hartchrom oder anderen an eich bekannten Überzügen beschichtet werden, und man kann die Überzüge dann ao behandeln, dass sich eine poröse Oberfläche bildet. Aluminiumoberflächen können eloxiert oder harteloxiert werden.

Gegebenenfalls kann die Oberfläche noch in heissen Zustande mit einer rotierenden Stahlbürste, einem Pilzbausch, einer Paserbürste oder auf andere Weise poliert werden, um die Teil- " chen noch weiter in die Risse hineinzutreiben und lose Teilchen, die nicht in die Risse eingetreten sind, zu entfernen, so dass abwechselnde, regellos verteilte Oberflächenteile aus reinem Metall und mit Teilchen versehener Oberfläche übrigbleiben, was als diskontinuierliche Oberfläche bezeichnet werden kann«. Die Teilchen können auch durch Gebläseluft auf die Oberfläche aufgetragen und in die Oberflächenriese eingetrieben werden. Ebenso können Vibratoren verwendet werden, um die Teilchen £n die Poren oder Risse der Oberfläche einzuarbeiten. (

Beim Aufbringen der Teilchen auf die zu behandelnde Oberfläche und beim Eintreiben der Teilchen in die Oberflächenrisse muss darauf geachtet werden, dass diese Yerfahrensatufen beendet sind, bevor die Oberfläche sich in nennenswertem Ausmasse abkühlt, und bevor die Teilchen sich erhitzen, Mit anderen Worten: der Temperaturunterschied soll während der Behandlung erhalten bleiben und die Behandlung möglichst schnell durohge-

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führt werden»

Die rait den Teilchen zu behandelnde 01;ar£läcfe@/ fcsxm 2uB< Ofen erhitzt werden. Besonders■geeignet ißt die Hoohfr©c Induktionserhitzung. Bieg© Art des Erhitzens @:ot£ glicht es, nur die Oberfläche "bis su d@r jeweils gewünschten 2?±©f@ tmd auf die gewünschten f@iaperatiir©n su ©raitzen. So kaum die rait Riesen versehene Oberfläche erhitzt \f©x^:d©n, uu ©inen grosser*. Teraperaturunterschied herbeizuführen$ ohne dass der Hauptteil des au bearbeitenden Srseugiiisses übosiiitst \iird. Ss liegt es— gar im Rahmen der Irfiaäung, isich äer :ϊοοΜ2^ι®ίτίΐ3Ε.Η-ϊ:ια·κ.ίν1;1«ι.;ί" heizung eu b@die'nen₉ ras die mit Riesen ύφτβ&Ιλ^ώ.β ' ti^Xhehe und die Sexlohen schmelzen su lassen ui:.cl₉ wi© obsr - fcet an Ort und Stell© Isegierungen h

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Claims (1)

1. Clearance Walter Forestek 13. Januar 1967

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   tentans-prüch

   Verfahren sum Behandeln τοη Oberflächen, dadurch gekennzeich net^ dass Teilchen aus Metallen oder Metallverbindungen mit einer mittleren -iüeilehengrösse- von weniger als 50 μ in ©ine Oberfläche eingelagert werfen, die .viele winsige Poren oder aufweist, ■ indem die Teilchen 'bei einea? Temperatur, die

   ssiadsötens-1β?° G uatar der. Serapersvöiir dex¹· Oberfläohe-

   2lagt, in dl·© Poren oder Eise© der Oberfläche eingebracht w®r~ Ot⁴Jj₃ worauf lE-an die Teilern mid die Oberfläche die

   X' erreichen lässt»

   nach Ansprach 1₉ dadurch gekonnzeichnet, dass die T®±'j ihQTi Tor d©Bi Einlagern auf mindestens -73° C gekühlt werden-

   Ve:^fÄlr-'f,«a n.a^Ii Anspruch f₉ dadui-ch gQi:aiiinseicsbnet_? dass man

   eheii. Soilolien und Oberflä(3he

   222° C arboitot

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   4· Verfahren nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass als Teilchen Metallearbidteilehen verwendet werden. ., .

   5. Verfahren nash Anspruch 1γ dadurch gekennzeichnet, dass Seilchan aus schwer legierbaren Metallen verwendet werden.

   6. Erzeugnis, gekennzeichnet durch ein© Oberfläeh© mit vielen winzigen Poren oder Hissen, in denen sich, durch Pestsitz festgeklemmte Teilchen aus Metallen oder Metallverbindungen befinden, die etwa 5 bis 75 # der Oberfläche einnehmen und ein© mittlere Teilchengrösss τοη weniger als 50 μ aufweisen, woTbei der Festsitz der Teilchen in den Pos?©n te. Bissen der Ofee^™ fläch® dadurch zustande gekoiüisen 1st, dass zum Zeitpunkt das Einlagerns der Teilchen in die Poren oder Eiess der G"ber£lache zwischen den Teilchen und der Oberfläche ein Temperatunintsrsohied geherrscht hat.

   7« Verfahren zur Herstellung τοη legiarungaa in einer metallischen Oberfläch©, dadurch gekennzeichnet» dass man in dar Oberfläche viele Poren ©rzeugt, die Oberfläühe "auf 100° 0-erhitzt, die zu legierenden. MetallteiXelaen in die Poren der Oberfläche einlagert,- die Oberfläehs naoh Wunsch Terformt und durch Erhitzen der Oberfläche bis suib Sohm8l2sen der Teilchen an Ort und Stelle eine Legierung dar Teilchen mit ä@m Metall, der Oberfläche erzeugt. ■ " . - - ■

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   Terfaimen ^naeli ÄnsprüLöto Ii dadurcli gekeianseiclmet;, dass die. Ofterfläcli© nlclii; rertutmt; vrird imcl cLiö Teilclien trotzdem dursli ^estgits ia äer Obeicfläclie festgehalten werden..-

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