DE1621792C3 - Mit Metall und einem Fluorkohlenstoff-Polymerisat beschichteter Gegenstand - Google Patents

Mit Metall und einem Fluorkohlenstoff-Polymerisat beschichteter Gegenstand

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Description

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Die Erfindung betrifft mit Metall und einem Fluorkohlenstoff-Polymerisat beschichtete Gegenstände, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Beschichtung aus abwechselnden Schichten von elektrophoretisch niedergeschlagenem Fluorkohlenstoff-Polymerisat und elektrolytisch niedergeschlagenem Metall besteht.
Aus der FR-PS 14 16 292 ist es bekannt, kathodisch auf einem Metall sowie gleichzeitig auch Polytetrafluoräthylen-Schmiermittelpartikel abzuscheiden.
Diese Schmiermittelpartikel werden zusammen mit den Metallionen niedergeschlagen und in die sich bildende Metallschicht eingelagert.
Im Gegensatz hierzu werden gemäß der vorliegenden Erfindung gezielt diskrete Schichten von Metall und Fluorkohlenstoff-Polymerisat nacheinander auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß diese erfindungsgemäß aufgebrachten Metallschichten sich ausgezeichnet sowohl als Lagerflächen als auch als Trägerflächen für das als Schmiermittel dienende Fluorkohlenstoff-Polymerisat eignen. Weiferhin war es überraschend, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung relativ geringe Fluorkohlenstoff-Polymerisatmengen als Schmiermittel so ausreichend sind.
Gemäß der Erfindung werden somit getrennte Partikel eines festen Fluorkohlenstoff-Polymerisats, insbesondere mit einer Abmessung der kolloidalen oder feinen Partikeln von 0,05 bis 0,5 μΐη Durchmesser, als Schicht elektrophoretisch abwechselnd mit elektrolytisch abgeschiedenen Schichten eines Metalls, z. B. Kupfer, Gold, Nickel oder Silber, niedergeschlagen.
Die Fluor-Kohlenstoff-Polymerisate haben Schmiereigenschaften, wobei die vollständige fluorierten Poly- wi merisate die besten Eigenschaften aufweisen. Geeignete Fluor-Kohlenstoff-Polymerisatesind
Polytetrafluorethylen,
Polyhexafluorpropylen,
Polychlortrifluoräthylen, "'
Polyvinylidenfluorid, Polyvinyl-Fluorid,
Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-Copolymerisat,
Vinyliden-Fluorid-Hexafluorpropylen-
Copolymerisat,
Polyfluoranilin und Copolymere des
Tetrafluoräthylen und
Trifluor-Nitrosomethan.
Das bevorzugte, vollständige fluorierte Fluor-Kohlenstoff-Polymerisat vom Gesichtspunkt des Reibungskoeffizienten und der ähnlichen Werte ist Polytetrafluorethylen. Dieses Material ist im Handel als negativ geladene kolloidale Partikel, die in einer wäßrigen Lösung dispergiert sind, erhältlich.
Die Verbindung kann auf eine Fläche, z. B. aus Keramik und Metall, aufgebracht werden.
Die behandelte Fläche kann für Lager, einschließlich Uhrenlager, elektrische Kontakte, Hartbelag-Gesenkflächen und trockene Schmierung von Gehäusen für militärische und Raumfahrtzwecke verwendet werden.
Die behandelten Teile zeigen eine geringe Reibung und eine vergrößerte Abnutzungszeit.
Die Beläge ergeben bei elektrischen Kontakten mit geringem elektrischen Widerstand konstante Einfügungs- und Abzugskräfte, und die Kontakte zeigen eine vergrößerte Verschleißzeit.
Die Beläge werden durch elektrolytischen und elektrophoretischen Niederschlag aufgebracht, wobei ein Elektrolyt, der eine Lösung aus einem Metallsalz, um Metallionen zu ergeben, und ein anderer Elektrolyt verwendet werden, der eine Dispersion von Partikeln des Fluor-Kohlenstoff-Polymerisats enthält.
Unter Verwendung der beiden Elektrolyte wird eine Beschichtung mit abwechselnden Schichten aus trockenem Fluor-Kohlenstoff-Schmiermittel und galvanisch abgeschiedenem Metall erhalten. Die fertige Beschichtung zeigt unter einem Mikroskop eine definierte Lamellenstruktur, die Schichten aus Fluor-Kohlenstoff-Polymerisat mit einer Dicke von z. B. 3 bis 5 μΐη enthält, die mit Schichten aus Metall derselben Dicke abwechseln, was insgesamt eine Schichtdicke von z. B. 25 μπι ergibt.
Das nachfolgend beschriebene Beispiel gibt ein Verfahren zur Ausführung der Erfindung im einzelnen, an:
Als Substrat oder Schichtträger dienten polierte Messingplatten (10 cm χ 6,3 cm) mit einer Fläche von 63 cm2. Stahlplatten wurden nach Aufbringen einer 5 μηι dicken Kupferschicht verwendet.
Der Schichtträger sollte vor der Behandlung frei von Fremdmaterialien, von Schmutz, von Fett und Oxiden sein. Eine von Wassertropfen freie Fläche ist ein gutes Anzeichen für eine angemessene Reinigung. Das folgende Verfahren wurde zum Reinigen der Messingplatten angewendet:
(a) Entfetten in Perchloräthylen-Dampf für zwei Minuten, nachfolgend Ultraschallreinigung in Perchloräthylen 5 Minuten lang.
(b) 5minütiges Eintauchen bei Raumtemperatur in eine Lösung von Natriumcarbonat (44,9 g/l), Natriumcyanid (3,7 g/l) und vorzugsweise einem Prozent eines Benetzungsmittels, worauf eine Spülung mit kaltem laufendem Wasser erfolgt.
(c) elektrolytische Reinigung in einer Lösung von Natriumcarbonat (22,5 g/I), Trinatriumphosphat (15 g/I), Natriumcyanid (7,5 g/l) und Natriumhydroxid (3,7 g/l) bei 71°C für 40 Sekunden direkt und 5 Sekunden in umgekehrter Richtung bei 6 V, worauf zwei Spülungen mit kaltem laufendem Wasser 30 Sekunden lang folgen, während der
Rechen, der die Platte hält, lebhaft auf und nieder und in wirbelnder Bewegung von Hand bewegt wurde, um vollständig durchzuspülen.
(d) Neutralisierungsbad in 5%iger H2SO4-Lösung mit Wirbelbewegung des Werkstücks von Hand für 10 Sekunden, woraufhin zwei laufende Spülungen von je 30 Sekunden folgen.
(e) Elektrolysieren in einer Lösung der folgenden Zusammensetzung bei 1,6 bis 2,15 A/dm2 und 52° C für eine Minute, wobei die Bewegung des Werkstückes von Hand aufrechterhalten wird:
Kupfercyanid 26,2 g/l
Natriumcyanid 34,4 g/l
Natriumcarbonat 29,9 g/l
Rochellesalz 44,9 g/l
freies NaCN 5,6-7,5 g/l
Dem folgten zwei Spülungen und eine Neutralisierung in 5%iger H2S(VLösung, woraufhin eine weitere Spülung erfolgte. Das Werkstück wurde dann in den Elektrolysetrog übergeführt
Das Verfahren für den Niederschlag des Kupfers und des Fluor-Kohlenstoff-Polymerisats besteht aus dem elektrolytischen Aufbringen einer dünnen Kupferschicht, worauf eine dünne Schicht von elektrophoretisch niedergeschlagenem Polytetrafluorethylen folgt, wobei die beiden nachstehenden Elektrolyte benutzt werden:
Elektrolyt für die Kupferabscheidung
CuSO4 · 5 H2O 134,8 g/l
H2SO4 37,4 g/l
Temperatur 54 bis 60° C
Elektrolyt für die Fluorkohlenstoffabscheidung
Eine wäßrige Suspension von Polytetrafluoräthylen mit 0,5 Gew.-% festen Bestandteilen unter Verwendung einer Suspension von Polytetrafluoräthylen mit einer Teilchengröße von 0,05 bis 0,5 μπι, die mit Zitronensäure auf einen pH-Wert von 4 eingestellt ist
Angelegte Spannung:
Kathoden:
Raumtemperatur
15V
2 Kupferplatten
15 cm χ 7,5 cm χ 0,63 cm,
im Abstand von
15 cm angeordnet.
Das Werkstück wurde als Anode verwendet und unter angelegtem Potential in den Elektrolyten ίο eingebracht und aus demselben entnommen.
Die Aufeinanderfolge der Elektrolyseschnitte war wie folgt:
(a) Kupfer wurde zuerst auf der Prüfplatte, die vorher in Kupfercyanid elektrolysiert war, aus dem obengenannten ersten Elektrolyten 4 Minuten lang bei einer Stromdichte von 2,7 A/dm2 niedergeschlagen, wobei die Kupferplatten als Anode dienten.
(b) Das Werkstück wurde in laufendem kaltem Leitungswasser gespült, und zwar heftig für 5 bis 10 Sekunden.
(c) Das Werkstück wurde mit dem anodischen Anschluß der Gleichstromquelle verbunden und in den zweiten der beiden obengenannten Elektrolyten bei 15 V für 3 Sekunden eingebracht. Das Werkstück wurde bei eingeschaltetem Strom entfernt.
(d) Das Werkstück wurde in laufendem kaltem Leitungswasser kräftig 5 bis 10 Sekunden lang gespült und in den vorstehend genannten ersten Elektrolyten übergeführt und bei einer Stromdichte von 2,7 A/dm2 1 Minute lang elektrolysiert. Die Stufen (b), (c) und (d) wurden in dieser Reihenfolge wiederholt, bis die gewünschte Dicke erhalten wurde, und zwar in diesem Falle 25 μπι.
Das Verfahren des Beispiels kann in geeigneter Weise mit anderen Fluor-Kohlenstoff-Polymerisaten an Stelle von Polytetrafluoräthylen ausgeführt werden, wobei keine Änderungen der Bedingungen erforderlich sind, abgesehen von solchen, wie sie in der elektrolytischen Technik üblich sind.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Mit Metall und einem Fluorkohlenstoff-Polymerisat beschichteter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus abwechselnden Schichten von elektrophoretisch niedergeschlagenem Fluorkohlenstoff-Polymerisat und elektrolytisch niedergeschlagenem Metall besteht.
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorkohlenstoff-Polymerisat Polytetrafluorethylen ist.
3. Gegenstand nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorkohlen- is stoff-Polymerisatschicht aus Partikeln mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,5 μπι besteht.
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