DE19931829A1 - Galvanische Hartchromschicht - Google Patents
Galvanische HartchromschichtInfo
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Abstract
Bei einer galvanischen Hartchromschicht, insbesondere für einen Kolbenring, die im wesentlichen aus einem sechswertigen Chrom enthaltenden Elektrolyten gebildet ist, wobei sich in der Schicht Risse befinden und in diese Risse Diamantpartikel eingelagert sind, weisen die Diamantpartikel eine Größe von 0,25 bis 0,5 _m auf.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine galvanische Hartchromschicht, insbesondere für einen
Kolbenring, die im wesentlichen aus einem sechswertiges Chrom enthaltenden Elektrolyten
gebildet ist, wobei sich an der Schicht Risse befinden und in diese Risse Diamantpartikel
eingelagert sind.
Galvanische Hartchromschichten sind aus dem Stand der Technik schon seit längerer Zeit
bekannt und werden beispielsweise als Oberflächenbeschichtung bei Stoßdämpferkolben,
Hydraulikteilen, Kolbenringen und Druckwalzen verwendet.
Obwohl für galvanisches Chromabscheiden immer noch relativ viel Energie benötigt wird, ist die
galvanische Chromabscheidung hinsichtlich der Verwertung von Resourcen sehr ökonomisch,
da nahezu 100% des Chromelektrolyten auch als Chromschicht abgeschieden werden kann,
weshalb galvanische Chromschichten auch heute noch häufig verwendet werden.
So wird in der europäischen Patentschrift EP 0 217 126 eine galvanische Hartchromschicht der
eingangs genannten Art mit einem durch die gesamte Schichtdicke sich erstreckenden
Rißnetzwerk beschrieben, in deren Risse Feststoffpartikel eingelagert sind. Die Herstellung
einer solchen Chromschicht erfolgt dabei durch an sich bekannte mikrorißbildende
Verchromungsbäder, wie bevorzugt saure Chromsäurebäder, mit darin dispergierten
Feststoffteilchen. Während des Verchromens wird dann das zu verchromende Werkstück
zunächst kathodisch geschaltet, so daß sich eine mikrorissige Chromschicht bildet, danach wird
das Werkstück anodisch geschaltet, so daß sich die Mikrorisse auf die gewünschte Spaltbreite
aufweiten und die Risse sich mit Feststoffpartikeln füllen, und anschließend erfolgt wiederum
eine kathodische Schaltung, so daß die Feststoffteilchen durch Schließen der Risse
eingekapselt und eingeschlossen werden. Diese periodische Stromumkehr kann
gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden, wobei die Verchromungsparameter entsprechend
dem Anwendungsfall so variiert werden können, daß die gewünschte Rißbreite, Rißdichte und
Rißfüllung mit gegebenenfalls unterschiedlichen Feststoffpartikelfüllungen entstehen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Hartchrom-Kompositüberzuges auf einem Substrat, der
eine disperse Phase umfaßt und besonders für mechanische Komponenten geeignet ist, die
einer Hochtemperatur-Reibung unterworfen sind, wird in der europäischen Patentschrift
EP 0668 375 B1 angegeben. Dieses Verfahren umfaßt dabei den Schritt der galvanischen
Abscheidung wenigstens einer Hartchromschicht in einem Chromplattierungsbad des Typs, der
Mikrorisse bildet und in dem eine vorbestimmte Konzentration von Partikeln einer gegebenen
Größe eines in dem Bad unlöslichen Nichtmetalls in Suspension dispergiert wird, wobei
gemeinsam im Verlauf des besagten Abscheidungsschrittes das Substrat permanent bei
Kathodenpotential gehalten und ein pulsierender Kathodenstrom, der sich zyklisch mit der Zeit
zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert verändert, zugeführt wird, um eine
Chromschicht zu erzielen, die eine Matrix mit Mikrorissen einer gegebenen Verteilung und eine
disperse Phase umfaßt, die aus besagten Nichtmetallpartikeln besteht, von denen einige in den
Mikrorissen eingeschlossen und einige direkt in die Matrix eingebettet sind, wobei das
Chromplattierungsbad ein auf Chromsäure basierendes Bad ist, das in Lösung vorherrschend
sechswertiges Chrom enthält. Auch ein mit diesem Verfahren hergestellter Überzug, der einen
relativ geringen Wasserstoffgehalt aufweist, wird in dieser Europäischen Patentschrift
beschrieben.
Es ist ferner aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 841 413 A1 ein Kolbenring mit einer
nitrierten Schicht über seiner gesamten Oberfläche bekannt, auf dessen Oberflächen eine
Chrom-Verbund-Schicht ausgebildet ist. Diese Schicht weist ein Rißnetzwerk auf, das an ihrer
Außenoberfläche und innen gebildet ist. Si3N4-Partikel sind in diesen Rissen eingeschlossen,
wobei die durchschnittliche Größe der Si3N4-Partikel 0,8 bis 3 µm und das Dispersionsverhältnis
dieser Partikel im Elektrolyten 3 bis 15 Vol.-% beträgt. Mit einer solchen
Oberflächenbeschichtung soll eine verbesserte Abrieb- und Freßbeständigkeit erreicht werden.
Ein weiterer bekannter Kolbenring, der in der europäischen Patentanmeldung EP 0 841 414 A1
beschrieben wird, unterscheidet sich von dem aus der EP 0 841 413 A1 dadurch, daß in den
Rissen runde Aluminium-Partikel eingeschlossen sind, wobei die durchschnittliche
Partikelgröße zwischen 0,7 und 10 µm liegt und das Dispersionsverhältnis der runden
Aluminium-Partikel im Elektrolyten 3 bis 15 Vol.% beträgt.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 197 45 811 A1 beschreibt schließlich eine galvanische
Hartchromschicht mit einem sich teilweise oder ganz durch die Schichtdicke erstreckenden
Rißnetzwerk und in den Rissen eingelagerten und eingekapselten Feststoffpartikeln, die aus
mindestens zwei Lagen Hartchrom besteht, wobei mindestens eine Lage unter pulsierendem
Gleichstrom abgeschieden wird, so daß das Chrom in unterschiedlicher Kristallisationsform
vorliegt. Das Hartchrom kann dabei zusätzlich mit den Metallen Wolfram, Vanadium und/oder
Molybdän legiert sein.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine galvanische Hartchromschicht bereitzustellen, die verbesserte physikalische
Eigenschaften, wie insbesondere eine verbesserte Verschleißbeständigkeit und
Freßbeständigkeit, aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen galvanischen Hartchromschicht gelöst, bei der
die Diamantpartikel eine Größe im Bereich von 0,25 bis 0,5 µm besitzen.
Die angegebene Diamantpartikelgröße bedeutet jedoch nicht, daß alle Partikel unbedingt eine
gleiche Größe aufweisen müssen, vielmehr können sie durchaus eine unterschiedliche Größe
besitzen, die lediglich im Bereich von 0,25 bis 0,5 µm liegen soll.
Die erfindungsgemäße galvanische Chromschicht wird dabei im wesentlichen aus einem
sechswertiges Chrom enthaltenden Elektrolyten gebildet, wobei das aus dem sechswertigen
Elektrolyten gebildete Chrom im Gegensatz zum einem aus dreiwertigem Elektrolyten
gebildeten Chrom mehr Gitterdefekte aufweist, da das aus einem sechswertigen Elektrolyten
gebildete Chrom neben dem kubisch raumzentrierten Chrom mehr hexagonales Chromhydrid
enthält, was auf die starke Wasserstoffbildung bei der galvanischen Abscheidung
zurückzuführen ist. Dies resultiert in einer größeren Anzahl von Gitterdefekten und somit auch
in einer noch größeren Härte des abgeschiedenen Chroms.
Bei der erfindungsgemäßen Hartchromschicht muß es sich nicht notwendigerweise um reines
Chrom handeln. Ganz im Gegenteil kann für bestimmte Anwendungsfälle das Legieren des
Chroms, vor allem mit den Metallen Molybdän, Vanadium und Wolfram, vorteilhaft sein.
Durch die Verwendung von Diamantpartikeln einer Größe im Bereich von 0,25 bis 0,5 µm wurde
überraschenderweise erreicht, daß im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten,
eingesetzten Partikelgrößen Schichten mit noch besseren Eigenschaften erreicht werden
können.
Bisher werden üblicherweise für Kolbenringe Beschichtungen aus galvanischen
Hartchromschichten mit im Rißnetzwerk eingelagerten Al2O3-Partikel der Partikelgröße 2 bis
5 µm eingesetzt. Diese Schichten haben bisher die besten Eigenschaften bezüglich der
Verschleiß- und der Freßbeständigkeit gezeigt.
Versuche mit Diamantpartikeln waren bisher wenig erfolgreich, da sich bei Verwendung von
Diamantpartikeln einer Größe von 2 bis 5 µm, wie sie für Aluminiumoxidpartikel üblicherweise
eingesetzt werden, nur galvanische Hartchromschichten erzielen ließen, die im Vergleich zu
den mit Aluminiumoxidpartikeln gebildeten Schichten schlechtere Eigenschaften aufweisen und
zudem auch noch wesentlich teurer sind.
Bei einem Versuch unter motorischen Bedingungen wurden mit einer erfindungsgemäßen
Beschichtung versehenen Kolbenringe in einem 6-Zylinder Turbodieselmotor unter Vollast 85
Stunden lang eingesetzt. Als Ergebnis zeigt sich, daß bei einem im Vergleich zu bisher
verwendeten galvanischem Chromschichten mit Aluminiumoxidpartikeln im wesentlichen etwa
gleichen Zylinderverschleiß von ca. 0,17 µm/1000 km auch bei ansonsten gleichen
Bedingungen mit der erfindungsgemäßen galvanischen Hartchromschicht ein um über die
Hälfte verringerter Ringverschleiß auftrat, nämlich nur 0,2 µm/1000 km im Vergleich zu
0,5 µm/1000 km bei Verwendung einer üblichen galvanischen Hartchrombeschichtung mit
Aluminiumoxidpartikeln als Kolbenringbeschichtung.
Daneben konnte in einem Simulationstest zur Freßbeständigkeit gezeigt werden, daß eine
Chromschicht mit Diamanteinlagerungen mit einer Partikelgröße zwischen 0,25 und 0,5 µm (wie
erfindungsgemäß gefordert) im Vergleich zu bisher verwendeten Chromschichten mit
Aluminiumoxideinlagerungen einer Größe 2 bis 5 µm eine um über 20% verbesserte
Freßbeständigkeit (nämlich von 160%) im Vergleich zu 130% bei der Chromschicht mit
Aluminiumoxidpartikeln eintrat.
Auch bezüglich der Brandspurfestigkeit konnten mit der erfindungsgemäßen galvanischen
Hartchromschicht deutlich bessere Ergebnisse erzielt werden als mit den Beschichtungen, wie
sie bisher Anwendung fanden.
Eine erfindungsgemäße galvanische Hartchromschicht mit Diamanteinlagerungen zeigt
außerdem bei hohen thermischen Belastungen, unter denen die bisher verwendeten Schichten
mit Aluminiumoxidpartikeln an ihre Einsatzgrenzen kommen können, weitaus verbesserte
Eigenschaften. Diamant wandelt sich bei höheren Temperaturen zu Graphit um. Beim
Zusammentreffen von hohen Drücken und Mangelschmierung, kann die Temperatur der
Schicht, die z. B. auf einer Kolbenringlauffläche aufgebracht wird, so hoch werden, daß eine
Brandspurbildung auftritt. In dieser Situation wandeln sich die Diamantpartikel jedoch
vorteilhafterweise in Graphit um, der dann Schmierungsaufgaben übernimmt und damit die
Brandspurbildung verhindert. Somit besitzt die erfindungsgemäße Schicht auch noch sehr gute
Notlaufeigenschaften, insbesondere aufgrund der Umwandlung von Diamant zu Graphit bei
Temperaturen von ca. 700°C oder höher.
Die erfindungsgemäße Hartchromschicht kann bevorzugt hergestellt werden, indem an und für
sich bekannte Verchromungsbäder mit darin dispergierten Feststoffteilchen verwendet werden,
wie sie aus dem Stand der Technik seit längerer Zeit bekannt sind. Während des Verchromens
wird das zu verchromende Werkstück zunächst kathodisch geschaltet, so daß sich eine
mikrorissige Hartchromschicht bildet, danach wird das Werkstück anodisch geschaltet, so daß
sich die Mikrorisse auf die gewünschte Spaltbreite aufweiten und die Risse sich mit den
Diamantpartikeln füllen.
Soll die erfindungsgemäße Hartchromschicht nicht aus reinem Chrom, sondern aus einer
Legierung gebildet sein, werden die Legierungselemente in dem Verchromungselektrolyten als
Salze gelöst und zusammen mit dem Chrom galvanisch abgeschieden. Dabei sind die
Legierungselemente bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 30 Gewichtsprozente in der
Chromschicht vorhanden. Solche Schichten sind gegenüber reinen Chromschichten noch
verschleißfester und duktiler.
Die gesamte Dicke der erfindungsgemäßen galvanischen Hartchromschicht sollte vorzugsweise
um ein Mehrfaches größer sein als die Korngröße der Teilchen. Dies ist erwünscht, damit sich
die Partikel vollständig in das in der Hartchromschicht gebildete Rißnetzwerk einlagern können
und nicht nur einzelne Partikel nur teilweise in die Chromschicht eingelagert sind. Meist ist es
durchaus auch erwünscht, daß die Risse mit vielen Diamantpartikeln ausgefüllt sind.
Besonders vorteilhafte Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn die Dicke der
erfindungsgemäßen Hartchromschicht bevorzugt zwischen 0,0005 und 1,0 mm beträgt.
Die Spaltbreite der Risse in der erfindungsgemäßen galvanischen Chromschicht sollten größer
als die einzulagernden Partikel sein. Eine bevorzugte Spaltbreite der Risse der
erfindungsgemäßen galvanischen Hartchromschicht liegt oberhalb 0,3 µm, insbesondere
oberhalb 0,5 µm ist, damit sich überhaupt Feststoffpartikel in die Risse einlagern können und
nicht die Risse für die Diamantpartikel zu klein sind.
Es hat sich gezeigt, daß besonders hervorragende Eigenschaften bei der erfindungsgemäßen
Hartchromschicht erzielt werden können, wenn sie aus mindestens zwei Chromschichtlagen
besteht. Es wurde beobachtet, daß die Risse in der Chromschicht nicht immer durchgehend
gebildet werden. Werden dünnere Schichten aufgetragen und die Partikel jeweils in die Risse
der einzelnen Schichten eingebracht, so kann eine Beschichtung erreicht werden, die eine
bessere Verteilung der Diamantpartikel in der Beschichtung sowohl in deren gesamter Dicke,
als auch über deren Fläche hinweg, aufweist, da die Risse nicht immer an den selben Stellen
gebildet werden.
Die Dicke der einzelnen Lagen beträgt dabei bevorzugt etwa 0,0005 bis 0,5 mm.
Besteht die erfindungsgemäße Hartchromschicht aus mindestens zwei Schichten, so können
die einzelnen Schichten z. B. auch verschieden hohe oder völlig unterschiedliche
Legierungsbestandteile aufweisen. Dies kann je nach Anforderung an die Schicht
beziehungsweise an den zu beschichtenden Werkstoff geeignet gewählt werden.
Wird die galvanische Chromschicht nun derart gebildet, daß die mindestens zwei
Chromschichtlagen eine unterschiedliche Kristallstruktur aufweisen, so können die
Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Schicht noch weiter verbessert werden.
Hierbei wird zur Herstellung mindestens einer Lage Hartchrom das Chrom aus dem Elektrolyten
am kathodisch geschalteten Werkstück mit pulsierendem Gleichstrom mit Stromdichten
zwischen 5 und 250 A/dm2 abgeschieden, so daß in der Chromlage entsprechend der
Stromdichte mehrere Lagen Hartchrom mit unterschiedlicher Kristallisationsform abgeschieden
werden. Nach jeweils einer Abscheidungsphase einer Lage wird das Werkstück anodisch
geschaltet, so daß sich das Rißnetzwerk im Hartchrom aufweitet und mit den Feststoffpartikeln
füllt.
Hierbei werden die Schichten unterschiedlicher Kristallstruktur bevorzugt abwechselnd
übereinander abgeschieden.
Eine solche erfindungsgemäße galvanische Hartchromschicht zeigte noch weiter verbesserte
Eigenschaften, wie beispielsweise eine höhere Lebensdauer bei extremen Temperatur- und
Verschleißbelastungen. Dies ist vielleicht darauf zurückzuführen, daß durch die
unterschiedlichen Kristallstrukturen der beiden Schichten hohe Gitterspannungen, insbesondere
an den Grenzflächen entstehen, wodurch die Schicht insgesamt nicht nur härter wird, sondern
auch andere mechanische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Hartchromschicht verbessert
werden.
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße galvanische Hartchromschicht insbesondere
dann hervorragende Eigenschaften, vorzugsweise sehr gute Freß- und der Verschleißfestigkeit,
aufweist, wenn der Anteil der Diamantpartikel in der Chromschicht nicht zu hoch gewählt wird.
Dabei zeigt die erfindungsgemäße Schicht besonders gute Eigenschaften, wenn der Anteil der
Diamantpartikel in der Chromschicht 0,1 bis 10 Gew.-% beträgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der galvanischen Chromschicht
neben den Diamantpartikeln weitere Hartstoffpartikel in die Risse eingelagert. Diese anderen
Hartstoffpartikel können hierbei alle den Fachmann geläufigen Partikel aus Hartstoffen
umfassen, insbesondere kommen dabei aber Wolframkarbid, Chromcarbid, Aluminiumoxid,
Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Borkarbid und/oder kubisches Bornitrid in Frage.
Die Einlagerung weiterer Hartstoffpartikel kann unter anderem beim Zusammentreffen von
hohen Drücken und Mangelschmierung vorteilhaft sein, wenn die Temperatur z. B. auf der
Kolbenringlauffläche, für die die erfindungsgemäßen Schichten z. B. verwendet werden
können, so hoch ist, daß sich die Diamantpartikel in Graphit umwandeln und
Schmierungsaufgaben übernehmen. Zu diesem Zeitpunkt kann der Diamant alleine dann aber
nicht mehr dazu dienen, die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Hier setzen sich dann die
hervorragenden Eigenschaften der neben dem Diamant anwesenden Hartstoffteilchen durch
und verhindern einen unnötig hohen Verschleiß der erfindungsgemäßen galvanischen
Hartchromschicht.
Vorteilhafterweise können in der erfindungsgemäßen galvanischen Hartchromschicht in den
Rissen weiterhin Festschmierstoffpartikel, Feststoffpartikel zur Erhöhung der Duktilität, der
Korrosionsfestigkeit und/oder Feststoffpartikel als Farbstoffe enthalten sind. Durch die
Einlagerung weiterer Partikel neben den Hartstoffpartikeln kann die erfindungsgemäße Schicht
für die jeweilige Anwendung geeignet noch angepaßt werden. So können als
Festschmierstoffteilchen beispielsweise hexagonales Bornitrid, Graphit und/oder
Polymerteilchen, insbesondere aus Polyethylen und/oder Polytetrafluorethylen, zusätzlich in die
Risse eingebracht werden.
Zur Erhöhung der Duktilität der erfindungsgemäßen Hartchromschicht können duktile Metalle
oder Metalllegierungen aus Zinn, Titan oder Aluminium eingelagert sein.
Zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit können die Risse beispielsweise mit Polyethylen
gefüllt und diese anschließend in den Rissen aufgeschmolzen werden, so daß die Risse damit
versiegelt und gegenüber korrosiven Angriffen geschützt sind.
Es können auch unterschiedliche Teilchen neben den Diamantpartikeln zur Füllung der Risse
eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise sind die in der galvanischen Chromschicht eingelagerten Diamantpartikel aus
mono- und/oder polykristallinem Diamant gebildet. Polykristalliner Diamant, der nur synthetisch
hergestellt werden kann, ist zwar derzeit noch teurer als monokristalliner Diamant, jedoch
werden mit polykristallinem Diamant die besseren Ergebnisse erzielt, da ein polykristalliner
Diamant aufgrund der vielen verschiedenen Kristalle viele Gleitebenen aufweist.
Die hohe Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäßen galvanischen Chromschicht bewirkt
jedoch, daß das Einlaufen dieser Schicht relativ langsam erfolgt. Dies ist insbesondere bei der
Verwendung der Schicht auf Kolbenringen nicht so wünschenswert, da negative Auswirkungen
beim Ölverbrauch und der Emissionen in dieser Phase eintreten. Verbesserungen lassen sich
hier mit speziellen Oberflächentopographien, wie sie bespielsweise mit einer Sonderläppung
realisiert werden, und/oder mit der Entwicklung einlaufverbessernder Kolbenringbeschichtungen
erreichen, die auf die verschleißbeständigen Basisschichten galvanisch, mittels PVD oder CVD
oder anderen dem Fachmann geläufigen Verfahren aufzubringen sind.
Hierfür kann insbesondere eine Dispersionsschicht auf Nickel-Cobalt-Phosphor-Basis mit
Siliziumnitrid als Dispersanten verwendet werden, die bei hoher Brandspursicherheit den
geforderten schnellen Einlauf sicherstellt.
Eine weitere Möglichkeit, das Einlaufverhalten der erfindungsgemäßen galvanischen
Chromschicht mit Diamanteinlagerungen zu verbessern besteht darin, daß die Schicht gradiert
ist. Die Gradierung kann dabei beispielsweise derart gewählt sein, daß sie auf der Lauffläche
reduzierte Feststoffanteile aufweist. Die Feststoffanteile können dabei nach außen hin
abnehmen und im äußersten Schichtbereich sogar überhaupt nicht mehr in der
erfindungsgemäßen Schicht vorhanden sein.
Jedoch kann auch der Feststoffanteil in Richtung zur freien Oberfläche der Hartchromschicht
hin zunehmen. Ferner kann die erfindungsgemäß Schicht aber auch eine Gradierung der
Schmierstoffe und/oder der anderen in der Schicht enthaltenen Partikel aufweisen.
Je nach Einsatz der erfindungsgemäßen galvanischen Hartchromschicht, kann es auch
vorteilhaft sein, wenn zusätzlich eine Oberflächenhärtung durchgeführt wird. Hierbei ist
bevorzugt das Nitrieren zu nennen, da es sehr gut definiert durchgeführt werden kann, d. h. es
kann entweder die gesamte Oberfläche nitriert werden oder auch nur bestimmte, genau
definierte Bereiche. Üblicherweise wird das Nitrieren von Oberflächen mittels Plasma-Nitrieren
durchgeführt. Jedoch kann die erfindungsgemäße galvanische Chromschicht ebenso einer
Oberflächenhärtung mittels Ionenimplantieren, beispielsweise mit Stickstoff, unterzogen
werden.
Wie schon erwähnt, läßt sich die erfindungsgemäße galvanische Chromschicht
vorteilhafterweise als Laufflächenbeschichtung von temperatur- und verschleißbelasteten
Maschinenteilen und dabei besonders bevorzugt für Kolbenringe verwenden, da sie sich bei
reibendem Verschleiß und beim Einsatz in hohen Temperaturen besonders bewährt hat.
Im folgenden soll die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert
werden:
Zur Verchromung wird ein rißbildender Elektrolyt eingesetzt, der folgende Bestandteile enthält:
250 g/l CrO3 Chromsäure
1,5 g/l H2SO4 Schwefelsäure
10 g/l K2SiF6 Kaliumhexafluorosilikat
250 g/l CrO3 Chromsäure
1,5 g/l H2SO4 Schwefelsäure
10 g/l K2SiF6 Kaliumhexafluorosilikat
In ihm werden durch Rühren 50 g/l monokristalline Diamantpartikel mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 0,3 bis 0,4 µm dispergiert und während des Verchromens in Schwebe gehalten.
Das Verchromen erfolgt bei einer Temperatur von 60°C.
Dabei wird das zu verchromende Werkstück zunächst in einer ersten Stufe kathodisch
geschaltet und während 8 Minuten bei einer Stromdichte von 65 A/dm3 verchromt. In einer
zweiten Stufe wird umgepolt und durch anodische Schaltung des Werkstückes während einer
Minute bei einer Stromdichte von 60 A/dm3 das Rißnetzwerk der vorher abgeschiedenen
Chromschicht aufgeweitet und mit Diamantpartikeln gefüllt. Dieser Zyklus, nämlich 8 min lang
"kathodisches Verchromen" und 1 min lang "anodisches Ätzen", wird insgesamt 20 mal
wiederholt, wodurch eine Schicht mit einer Schichtdicke von ca. 140 µm entsteht, die einen
Diamantanteil von 3-5 Gew.-% der gesamten Schicht aufweist.
Hier wird zur Verchromung ein rißbildender Elektrolyt mit
250 g/l CrO3 Chromsäure
2,5 g/l H2SO4 Schwefelsäure
eingesetzt, in dem durch Rühren 35 g/l polykristalline Diamantpartikel mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,3 bis 0,4 µm und 15 g/l Aluminiumoxidpartikel mit einer durchschnittlichen Korngröße von 3 µm dispergiert und während des Verchromens in Schwebe gehalten werden.
250 g/l CrO3 Chromsäure
2,5 g/l H2SO4 Schwefelsäure
eingesetzt, in dem durch Rühren 35 g/l polykristalline Diamantpartikel mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,3 bis 0,4 µm und 15 g/l Aluminiumoxidpartikel mit einer durchschnittlichen Korngröße von 3 µm dispergiert und während des Verchromens in Schwebe gehalten werden.
Das Verchromen erfolgt insgesamt während 5 Stunden bei 55°C unter Bildung einer
Chromschicht von insgesamt 0,2 mm Dicke. Dabei wird das zu verchromende Werkstück
zunächst in einer ersten Stufe kathodisch geschaltet und während 30 Minuten bei einer
Stromdichte von 65 A/dm3 verchromt. In einer zweiten Stufe wird umgepolt und durch
anodische Schaltung des Werkstückes während 30 Sekunden bei einer Stromdichte von
150 A/dm3 das Rißnetzwerk der vorher abgeschiedenen Chromschicht aufgeweitet und mit
Diamant- und Aluminiumoxidpartikeln gefüllt. Dieser Zyklus wird insgesamt 10 mal wiederholt,
wodurch eine Schicht mit einer Schichtdicke von ca. 145 µm entsteht, die einen
Diamantenanteil von 1-3 Gew.-% der gesamten Schicht aufweist.
Claims (15)
1. Galvanische Hartchromschicht, insbesondere für einen Kolbenring, die im wesentlichen
aus einem sechswertiges Chrom enthaltenden Elektrolyten gebildet ist, wobei sich in
der Schicht Risse befinden und in diese Risse Diamantpartikel eingelagert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel eine Größe im Bereich von 0,25 bis
0,5 µm besitzen.
2. Galvanische Hartchromschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hartchromschicht Legierungselemente aufweist.
3. Galvanische Hartchromschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Chromschicht eine Dicke zwischen 0,0005 und 1,0 mm beträgt.
4. Galvanische Hartchromschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spaltbreite der Risse größer als 0,001 mm ist.
5. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chromschicht aus mindestens zwei Chromschichtlagen
besteht.
6. Galvanische Hartchromschicht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
mindestens zwei Chromschichtlagen eine unterschiedliche Kristallstruktur aufweisen.
7. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anteil der Diamantpartikel in der Chromschicht 0,1 bis
10 Gew.-% beträgt.
8. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß neben den Diamantpartikeln weitere Hartstoffpartikel in den
Rissen eingelagert sind.
9. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hartstoffpartikel Wolframkarbid, Chromcarbid, Aluminiumoxid,
Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Borkarbid und/oder kubisches Bornitrid enthalten.
10. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Rissen weiterhin Festschmierstoffpartikel, Feststoffpartikel
zur Erhöhung der Duktilität, der Korrosionsfestigkeit und/oder Feststoffpartikel als
Farbstoffe enthalten sind.
11. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel aus mono- und/oder polykristallinem Diamant
gebildet sind.
12. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß über ihr noch eine Einlaufschicht aufgebracht ist.
13. Galvanische Hartchromschicht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einlaufschicht eine galvanisch abgeschiedene Ni-Co-P-Legierungsschicht mit
Siliziumnitrid-Einlagerungen ist.
14. Galvanische Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie gradiert ist.
15. Verwendung der galvanischen Hartchromschicht nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, für einen Kolbenring.
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