DE1771955A1 - Verfahren zur Oberflaechenbehandlung von insbesondere metallischen Teilen,sowie nach diesem Verfahren behandelte Teile - Google Patents

Verfahren zur Oberflaechenbehandlung von insbesondere metallischen Teilen,sowie nach diesem Verfahren behandelte Teile

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Description

DR. MÖLLER-BORi DIPL-PHYS. DU MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEl
DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW 1771955 PATENTANWÄLTE
-5. JU* «71
p 17 71 955.0-45 Dr.M/ck - C 933
CENTRE STEPHANOIS DE RECHERCHES MECANIQUES HYDROMECANIQUE
ET FROTTEMENT
79, rue Neyron, 42 Saint Etienne, Frankreich
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von insbesondere metallischen Teilen, sowie nach diesem Verfahren behandelte Teil·
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung insbesondere metallischer Teile, das dazu bestimmt ist, die Widerstandsfähigkeit dieser Teile bezüglich Reibung und Verschleiß zu verbessern.
Die Schmiereigenschaften von lamellenförmigen Verbindungen mit geschichtetem Aufbau, wie der Diaulfide von Molydan HoS2, Wolfram WS2* Niobium NbS3, sowie der Diselenide von Molybdän Mo Se2, Wolfram W Se2 und Niobium Nb Se2 sind bekannt. Die bisher bekannten Verfahren zum mehr oder weniger festen Aufbringen von Filmen derartiger fester Schmierstoffe auf mechanische Teile sind unzufriedenstellend, und derartige Filme überdauern im allgemeinen nicht einmal die für ein einfaches Einschleifen oder Läppen erforderliche Zeit.
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109886/U91
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das es ermöglicht, auf einer metallischen Fläche in dauerhafter Weise einen dünnen Film zu befestigen, welcher einen geeigneten Anteil von durch ein Sulfid oder ein Selenid gebundenen lamellenförmigen Schmiermitteln aufweist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die metallische Fläche einer Elektrolyse in einer geeigneten wässrigen Lösung unterworfen.
Es 1st selbstverständlich, daß diese metallische Fläche sowohl zu einem Teil aus massivem Metall als auch zu einem nichtmetallischen Teil, z.B. einem Teil aus Kunststoff, gehören kann, das vorher durch beliebige Mittel mit einer Oberflächenmetallsehicht überzogen wurde.
Gegenstand der Erfindung sind ferner die mittels des vorstehenden Verfahrens erhaltenen mechanischen Teile, die sich durch bisher unerreichte Eigenschaften hinsichtlich der Reib- und Verschleißfestigkeit auszeichnen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu behandelnde Teil in eine wässrige Lösung eines Salzes oder eines Gemisches von alkalischen oder erdalkalischen Salzen wie Thioraolybdat oder Molybdänselenid, Thiowolframat oder Wolframselenid, Thioniobat oder Niobiumselenid, usw. eingetaucht. Je nach der Art der gewählten Substanz handelt es sich bei dem lamellenförmigen
BAD ORIGINAL
109886/U91
Schmiermitteln, das in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Film eingeschlossen bzw. enthalten ist, entweder um ein Molybdänßiilfid, oder ein Molybdändiselenld, ein Wolframdisulfid, ein Wolframdiselenid, ein Niobiumdisulfid oder ein Niobiumdiselenid.
Es ist selbstverständlich, daß die gemäß der Erfindung zu elektrclysierende wässrige Lösung auf der Basis eines oder mehrerer der vorstehend definierten Substanzen entweder durch direkte Auflösung der Substanz oder der Substanzen oder - wie dies in einem noch anzuführenden speziellen Beispiel im einzelnen erläutert wird - durch Rekonstitution der gewünschten Substanz oder der gewünschten Substanzen in Lösung erhalten werden kann.
Das zu behandelnde Teil wird vorzugsweise mit der Kathode, d.h. dem negativen Pol einer Gleichstromquelle oder einer Quelle mit gleichgerichtetem Strom verbunden, wobei die Anode aus einem Teil aus leitendem Material besteht? die
2 2
Stromdichte liegt dabei zwischen 2,5 A/dm und 75 A/dm .
Mittels einer Elektrolyse mit einer Dauer zwischen 1 und 6o Minuten in einem Bad gemäß der Erfindung wird auf der Oberfläche des behandelten Teiles eine Schicht mit einer Dicke zwischen 0,1 und 9 Mikron erhalten, welche am Grundmetall vollkommen haftet und den Teilen Eigenschaften hinsichtlich der Reib- und Verschleißfestigkeit verleiht, die bisher nicht bekannt sind.
Bei der Prüfung werden diese Schichten u.a. von dem festen Schmiermittel entsprechend der elektrolysierten Substanz
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oder den elektrolysierten Substanzen und Metallsulfiden oder JMetailselenlden entsprechend dem Grundmetall gebildet.
Im folgenden werden nicht einschränkende Beispiele von Behandlungen gemäß der Erfindung angeführt.
BEISPIEL
200 g Ammoniumthiomolybdat der Formel F(NHh)2 - MoShI gelöst in 800 ecm Wasser bilden das Bad, dessen Temperatur 35°C beträgt.
Das zu behandelnde Teil ist ein Faville-Levally-Reibprüfkörper aus zementiertem, gehärtetem und geschliffenem Stahl 16 NC β von 6,5 mm Durchmesser und 40 mm Höhe.
Dieses Teil ist mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden.
Die Anode besteht aus einem zur Kathode konzentrischen Zylinder mit einer Höhe von W mm und einem Innendurchmesser von 50 mm.
Die Elektrolysenparameter sind folgende:
- die Kathoden-Stromdichte beträgt 6 A/dm ,
- die Potentialdifferenz Anode-Kathode beträgt 7,5 Volt,
- die Behandlungsdauer beträgt I5 Minuten.
109886/U91 BAD ORIGINAL
Nach dieser Elektrolyse wird das Teil aus dem Bad genommen, mit klarem Wasser zwei Stunden lang gewaschen und metallisch gebürstet.
Nach der Behandlung ist das Teil gemäß der Erfindung mit einer feinen grauen Haut überzogen, deren Dicke 2 Mikron beträgt. Es wird dann zwischen zwei entsprechend dem Faville-Levally-Versuch ausgebildeten unbehandelten Backen aus zementiertem, gehärtetem Stahl 16 NC 6 in Drehung versetzt.
Der Versuch in der Faville-Levally-Maschine dauert 6 Minuten bei einer Belastung von 15.000 N bei einer Drehgeschwindigkeit des Prüfkörpers von 550 Umdrehungen pro Minute mit einem mittleren Trockenreibungskoeffizienten von 0,02I-.
Zum Vergleich sei darauf hingewiesen, daß ein zementierter und gehärteter Prüfkörper aus 16 NC 6, der mittels bekannter Verfahren mit Molybdärisulfid überzogen, dann während zweier Stunden gewaschen und anschließend metallisch gebürstet wurde, bei einer Belastung von 4.000 N nach einigen Sekunden des Versuchs sich bereits festfrißt.
BEISPIEL 2
Die Lösung gemäß dem folgenden Beispiel der Erfindung wird nicht ausgehend von den Grundsubstanzen, sondern durch geeignete Mischung der verschiedenen Substanzen er-
109886/1A91
halten, die geeignet sind, zur Rekonstitutlon des Stoffes des Beispiels 1 zu führen.
150 g Molybdänoxyd MoO, werden in 700 ecm 20 #igem Ammoniak NH^OH gelöst.
Eine derartige Mischung besitzt bei einer Temperatur von 35°C einen pH-Wert von 10,3.
Dieser Lösung werden I6OO ecm an 20 #igem Ammoniumsulfid (NHh)2S zugefügt; der pH-Wert bleibt zwischen 10,1 und 10,5.
Wird eine bestimmte Anzahl von Elektrolysen entsprechend 4 dm an behandelter Oberfläche für ein derartiges Bad durchgeführt, so fällt der pH-Wert auf den Wert 9,1, und der pH-Wert wird dadurch wieder hergestellt, daß der Mischung Molybdänoxyd und Ammoniak zugeführt wird, um sie auf einem Wert von 10,5 zu halten.
Die hinsichtlich der Reibung erhaltenen Ergebnisse sind für Teile, die in der vorstehend angeführten und auf einem pH-Wert von 10,5 gehaltenen Lösung mit denselben elektrolytischen Parametern wie in Beispiel 1 angegeben behandelt wurden, gleich den vorstehend bereits angeführten Ergebnissen.
BEISPIEL
Das Bad und die elektrolytischen Parameter entsprechen dem Beispiel 2. Das zu behandelnde Teil ist ein Faville-
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Levally-Prüfkörper aus rostfreiem Stahl ZJ CN l8-8. Die Badtemperatur beträgt 5J5°C; die elektrolytischen Parameter sind 20 Minuten 10 A/dm .
Nach der Behandlung wird der Prüfkörper in strömendem Wasser während zweier Stunden gewaschen und anschließend metallisch gebürstet. Die Dauer des Faville-Levally-Tests eines derart behandelten Prüfkörpers, der sich zwischen zwei ebenfalls aus Stahl ZJ CN I8-8 bestehenden Backen dreht, beträgt 1 Minute und j50 Sekunden unter einer Belastung von 8.000 N mit einem Reibungskoeffizienten, der 0,05 nicht überschreitet.
BEISPIEL
Das Bad setzt sich zu Beginn aus 100 g Wolframoxyd WO, und 700 ecm Ammoniak NHhOH von 20 # zusammen. Nach Auflösung des Oxyds im Ammoniak wird in das Bad Schwefelwasserstoff HpS eingeblasen, um Ammoniumthiowolframat zu erzeugen.
Die Temperatur der Lösung liegt zwischen 25 und 70°Cj der pH-Wert der Lösung liegt bei der Temperatur von 4o°C zwischen 7 und 8,5· Die elektrolytischen Parameter sind 50 A/dm2 und 30 Minuten.
Wenn ein Faville-Levally-PrUfkörper aus zementiertem, gehärtetem Stahl 16 NC 6 bei derartigen Bedingungen behandelt wird, so kann nach der Behandlung und nach dem zwei Stunden
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dauernden Waschen in strömendem Wasser und metallischem Bürsten festgestellt werden, daß auf dem Teil eine Schicht von 1 Mikron Dicke verbleibt, welche vollkommen an dem Metall haftet.
Der Faville-Reibungstest eines derartigen Prüfkörpers aus zementiertem, gehärtetem und in der vorstehend beschriebenen Weise behandelten Stahl 16 NC6, welcher sich zwischen zwei Backen aus zementiertem, gehärtetem und unbehandeltem Stahl 16 NC6 dreht, dauert bei einer Belastung von 20.000 N und einer Gleitgeschwindigkeit von 0,075 m/ Sekunden mit einem Reibungskoeffizienten, der 0,06 nicht überschreitet, zwei Minuten.
BEISPIEL
Die Zusammensetzung des Bades ist identisch zu der in Beispiel 2. Die Temperatur des Bades beträgt 43°C, ur der pH-Wert beträgt bei dieser Temperatur 10,8.
Der zu behandelnde Prüfkörper besteht aus einer geglühten bzw. angelassenen Titanlegierung TA 6V. Die Anode ist identisch zu der in Beispiel 1 angegebenen Anode. Die
elektrolytischen Parameter sind 10 Minuten und 10 A/dm .
Wenn nach einer derartigen Behandlung der Prüfkörper während zweier Stunden in strömendem Wasser gewaschen und metallisch gebürstet wird und wenn dieser Prüfkörper dem
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Faville-Levally-Test zwischen 2 V-förmig ausgeschnittenen Backen aus angelassenem und ungehärtetem Titan TA 6V unterzogen wird, so beträgt die Dauer des Tests 2 Minuten bei einer Belastung von 2.500 N mit einem mittleren Reibungskoeffizienten, der 0,05 nicht überschreitet.
-Q-
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Behandlung von Oberflächen, insbesondere metallischer Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche einer Elektrolyse unterzogen wird, und zwar in eher wässrigen Lösung eines Salzes oder eines Gemisches von Salzen wie Thiomolybdat oder Molydänselenid, Thiowolframat oder Wolframselenid, Thioniobiat oder Niobiumseienid, oder einer oder mehreren Substanzen mit analogen Eigenschaften, oder einem Oetnlsch von Grundprodukten, die zur Rekonstitutlon der Substanz oder der Substanzen erforderlich sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte zwischen 2,5 und 75 A/dm2 beträgt.
  3. J5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsdauer zwischen 1 Minute und 60 Minuten liegt.
  4. 4. Teile, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 behandelt sind.
  5. 5. Teile naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Oberfläche mit einem dünnen
    - Io Neue
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    •η
    und vollkommen haftenden Film überzogen ist, der durch ein Sulfid oder Selenid des Grundmetalls gebunden ist, wobei ein geeigneter Anteil der lamellenformigen Schmiermittel den elektrolysierten Substanzen MoSg* MoSe2, WS2, WSe2, NbSg, NbSe2 entspricht.
  6. 6. Teil nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß es aus massivem Metall besteht.
    7· Teil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem beliebigen Material besteht, das mit einer metallischen Schicht überzogen ist.
    - 11 -
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