DE19726363A1

DE19726363A1 - Verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE19726363A1
Application number: DE19726363A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Dipl Ing Grell
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Grell Karl-Ludwig Dipl-Ing 91086 Aurachtal D
Priority date: 1997-06-21
Filing date: 1997-06-21
Publication date: 1998-12-24

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, insbesondere ein plattiertes Metallband mit einem Grundkörper aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl, der ein- oder beidseitig mit einem Auflagematerial aus einem Nichteisenmetall versehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Bei derartigen Verbundwerkstoffen werden deren Gebrauchseigenschaften neben den bewährten Eigenschaften des Trägerwerkstoffes Stahl wie Festigkeit und Umformbarkeit durch die speziellen Eigenschaften der Überzugsmetalle bestimmt.

So ist beispielsweise elektrolytisch verkupfertes Kaltband für Bremsleitungsrohre bekannt, das sich extrem tiefziehen, stanzen, rollprofilieren und löten läßt. Ein anderes Anwendungsbeispiel ist kupferwalzplattiertes Kaltband, das sich ins besondere für hochbelastete Motordichtungen sehr bewährt hat. Kupferplattier tes Band ermöglicht durch seine speziellen Eigenschaften neue Lösungen bei komplexen Problemstellungen, wie Festigkeit - elektrische Leit- und Kontaktfähig keit, Festigkeit - dekorative Oberfläche, Festigkeit-Lötfähigkeit.

Eine wichtige Rolle spielt auch aluminiumwalzplattiertes Kaltband. Dieser Verbundwerkstoff verbindet in idealer Form die Eigenschaften des Stahles wie Festigkeit und Umformbarkeit mit den spezifischen Eigenschaften des Alumini ums wie hohe Korrosionsbeständigkeit bei vielen aggressiven Medien und eine gute Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturbelastungen. Dieser Verbund wird daher insbesondere für Abgasanlagen im Kraftfahrzeugbau eingesetzt.

Aber auch eine Vielzahl anderer Verbundwerkstoffe mit Überzügen aus Nichtei senmetallen wie Zinn, Zink, Nickel und Chrom, die durch spezielle Auftragsver fahren wie Schmelztauchen, elektrolytisches Abscheiden, Walzplattieren, Gieß- plattieren mit dem Grundkörper verbunden werden, sind für die unterschied lichsten Anwendungsfälle bekannt (Zeitschrift "Der Zulieferermarkt" Carl Hanser Verlag, April 1994).

Nachteilig dabei ist, daß derartige Verbundwerkstoffe unter extremen Höchst belastungen nicht allen Anforderungen gerecht werden können, die an sie gestellt sind. So ist beispielsweise die Oberflächenhärte verschiedener metalli scher Werkstoffe, besonders bei extremer Beanspruchung in vielen Fällen nicht ausreichend, um das Material vor raschem Verschleiß zu schützen.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Eigenschaften des Auflagematerials so zu verändern, daß es auch unter Extrembedingungen den gestellten Anforderungen gerecht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der Verbundwerkstoff zur Erzeugung von Hartstoffschichten einer thermochemischen oder chemischen Behandlung unterworfen ist.

Dabei soll durch chemische oder durch thermische und chemische Einwirkung die chemische Zusammensetzung und das Gefüge vorzugsweise in der Rand schicht verändert werden, um bestimmte verbesserte Gebrauchseigenschaften zu erreichen. Der positive Einfluß dieser Verfahren auf die Gebrauchseigenschaften des Verbundwerkstoffes betrifft im weitesten Sinne im wesentlichen die mecha nische, thermische und korrosive Ermüdungsfestigkeit, den Verschleißwider stand, die Korrosions- und Erosionsbeständigkeit, die Beständigkeit gegen Metallangriff, die Hitze- und Zunderbeständigkeit, die Warmfestigkeit und die Standzeit.

Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß das Auflagematerial aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht und der Verbundwerkstoff einer Nitrier behandlung unterworfen ist.

Beim Nitrieren wird in bekannter Weise die Randschicht mit Stickstoff angerei chert, so daß durch den in die Oberfläche eindiffundierenden Stickstoff Nitride gebildet werden, die sich in winziger Form ausscheiden und eine hohe Ober flächenhärte bewirken. Im vorliegenden Fall werden bei beidseitiger Plattierung mit Aluminium ausschließlich Aluminiumnitride oder bei einseitiger Plattierung neben den Aluminiumnitriden auf der unbedeckten Stahlseite die entsprechen den härtesteigernden Eisennitride gebildet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 soll das Auflagematerial als Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen und der Verbundwerkstoff einer Oxidationsbehandlung unterworfen sein.

Diese künstlich erzeugte, gegenüber der natürlichen als Al₂O₃-Schicht wesentli che verstärkte Oxidschicht wird beim Aluminium durch anodische Oxidation erzeugt, d. h. der Aluminiumverbundwerkstoff wird als Anode geschaltet und zusammen mit einer Gegenelektrode in einem Elektrolyten unter Gleichspan nung gesetzt. Der sich anodisch abscheidende Sauerstoff geht bereits im Stadi um des Entstehens eine Verbindung mit der Aluminiumoberfläche ein. Aufbau und Dicke der Schicht hängen dabei in bekannter Weise im wesentlichen von der Zeit und der Strombelastung ab. Die Oxidschichten können durch eine spezielle Nachbehandlung auch verdichtet werden. Durch das Anodisieren werden die Korrosionsbeständigkeit und der Widerstand gegenüber Abrasion und Adhäsion erhöht, wobei unter Abrasion Verschleißmechanismen zu ver stellen sind, die durch harte Partikel oder Rauhheitsbügel hervorgerufen werden und unter Adhäsion Verschleißmechanismen, bei denen in der Kontaktfläche der sich berührenden Körper atomare Bindungen (Mikroverschweißungen) gebildet und wieder getrennt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 4 und 5 ist vorgesehen, daß die Al₂O₃-Schicht Spuren anderer Oxide, beispielsweise TiO₂, enthält und daß die Al₂O₃-Schicht eingefärbt ist.

Eine Al₂O₃-Modifikation, die Ti-Oxid und Spuren anderer Oxide enthält, die die Zähigkeit erhöhen sollen, besitzt eine bessere Verschleißfestigkeit und Stoßfe stigkeit als herkömmliches, weißes Aluminiumoxyd. Frisch erzeugte Oxidschich ten lassen sich durch Eintauchen in wäßrige Lösungen organischer Farbstoffe oder anorganischer Salze färben, wobei die Färbung auf den speziellen Anwen dungszweck eingestellt werden kann.

Nach einem anderen weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist nach Anspruch 6 vorgesehen, daß die Oxidationsbehandlung eine hartanodische Oxidation ist. Sowohl die nach herkömmlichen, als auch die nach Hartanodis ierverfahren hergestellten Überzüge bestehen aus Aluminiumoxyd und haben daher die gleiche Härte. Die "harten" Überzüge weisen jedoch eine beträchtlich höhere Verschleißfestigkeit und auch eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf, da sie dicker und dichter sind. Hartanodische Überzüge werden nach einer Vielzahl unterschiedlicher Industrieverfahren in bekannter Weise hergestellt.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 7 soll die Dicke des Auflagematerials 10 bis 15% der Gesamtdicke des Grundkörpers betragen.

Durch diese Dickenabstimmung ist sichergestellt, daß einerseits die vorteilhaften Eigenschaften des Grundkörpers Stahl voll zum Tragen kommen und anderer seits die gewünschten Gebrauchseigenschaften des Verbundmaterials durch das Auflagematerial sichergestellt sind.

Nach Anspruch 8 soll die Aluminiumnitridschicht oder die Aluminiumoxyd schicht eine Stärke von 2 bis 50 µm aufweisen. Die gewünschte Stärke richtet sich nach den vorliegenden Anwendungsfall und stellt eine Mindestüberzugs dicke dar, welche einen ausreichenden Schutz vor Verschleiß bewirkt.

Schließlich geht aus Anspruch 9 hervor, daß der Verbundwerkstoff als Dich tungsgleitfläche für schleifende Dichtungen im Hydraulikbereich, insbesondere bei zentral hydraulischen Kupplungsausrücksystemen für Kraftfahrzeuge ver wendet werden soll. Dabei wirkt sich insbesondere die erhöhte Verschleißfestig keit und Korrosionsbeständigkeit positiv auf das hydraulische Ausrücksystem aus, so daß dieses durch die wirksame Dichtung störungsfrei und mit einer hohen Standzeit arbeiten kann.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein hydraulisches Ausrücksys tem.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Das in der Figur dargestellte hydraulische betätigbare Ausrücksystem für eine Reibungskupplung besteht im wesentlichen aus den beiden rohrförmigen Blechteilen 1 und 2, die einen Zylinder bilden. Die Blechteile 1 und 2 weisen jeweils einen radial nach außen verlaufenden Flansch 3 bzw. 4 auf, wobei diese Flansche 3 und 4 über eine Schweißverbindung 12 miteinander verbun den sind. Zwischen den Flanschen 4 und 5 ist eine Dichtung 5 angeordnet. Der aus den rohrförmigen Blechteilen 1 und 2 hergestellte Zylinder wird durch einen als Blechteil 7 ausgebildeten Kolben beaufschlagt. An der Stirnseite des Blechteiles 7 ist eine Dichtung 8 in Form eines Nutringes vorhanden, wobei ein Abstreifring 9 zwischen der Stirnseite des Blechteils 7 und der Dichtung 8 angeordnet ist. Das Blechteil 7 dient gleichzeitig als Träger für ein Lager 13. Das radial nach außen angeordnete rohrförmige Blechteil 2 ist mit einem Anschlußstutzen 6 versehen, der entsprechend eingelötet und für die Zufuhr von Hydraulikfluid in den Zylinderinnenraum dient. Zur Erzielung einer axial kurzbauenden Ausführung ist die Innenfläche des rohrförmigen Blechteiles 2 mit einer Zwischenhülse 10 ausgerüstet, die zwischen dem Flansch 3 und ihrer Stirnseite eine Ausnehmung 11 bildet, durch das Hydraulikfluid vom Anschluß stutzen 6 an der Stirnseite der Zwischenhülse 10 vorbei in den Zylinderinnen raum gelangen kann. Die für die Dichtung 8 maßgebenden Laufflächen sind die Zwischenhülse 10 und das rohrförmige Blechteil 1.

In erfindungsgemäßer Weise sind das rohrförmige Blechteil 1 und die Zwischen hülse 10 aus einem kaltverfestigten Tiefziehband gefertigt, das einseitig mit einer Schicht aus 99,5% Aluminium durch walzplattierten verbunden ist. Die plattierte Aluminiumschicht hat dabei eine Dicke von 10% des Stahlbandes. Dieser Verbundwerkstoff ist nun einer Nitrierbehandlung unterworfen, so daß auf Aluminiumseite eine nitrierte Oberfläche von 20 µm Stärke mit einer Härte von 1.100 HV gebildet ist. Die so erzeugte Oberfläche des plattierten Alumini ums zeigt eine hohe Verschleißfestigkeit gegen abrasiven und adhäsiven Ver schleiß bei der Beanspruchung durch die Dichtlippen der Dichtung 8. Sie zeigt aber auch ein besonders gutes Gleitverhalten, so daß die Reibbedingungen bei tribologischer Belastung bedeutend günstiger gestaltet werden können.

Bezugszeichenliste

1

rohrförmiges Blechteil

2

rohrförmiges Blechteil

3

Flansch

4

Flansch

5

Dichtung

6

Anschlußstutzen

7

Blechteil

8

Dichtung

9

Abstreifring

10

Zwischenhülse

11

Ausnehmung

12

Schweißverbindung

13

Lager

Claims

1. Verbundwerkstoff, insbesondere plattiertes Metallband mit einem Grundkör per aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl, der ein- oder beidseitig mit einem Auflagematerial aus einem Nichteisenmetall versehen ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Verbundwerkstoff zur Erzeugung von Hartstoffschichten einer thermochemischen oder chemischen Behandlung unterworfen ist.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflagematerial aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht und der Verbundwerkstoff einer Nitrierbehandlung unterworfen ist.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflagematerial aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht und der Verbundwerkstoff einer Oxidationsbehandlung unterworfen ist.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Al₂O₃-Schicht Spuren anderer Oxide, beispielsweise TiO₂, enthält.

5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Al₂O₃-Schicht eingefärbt ist.

6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidationsbehandlung eine hartanodische Oxidation ist.

7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Auflagematerials 10 bis 15% der Gesamtdicke des Grundkörpers beträgt.

8. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumnitridschicht oder die Aluminiumoxydschicht eine Stärke von 2 bis 50 µm aufweist.

9. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Dichtungsgleitfläche für schleifende Dichtungen im Hydraulikbereich, insbeson dere bei zentralhydraulischen Kupplungsausrücksystemen für Kraftfahrzeuge verwendet wird.