DE2138523A1

DE2138523A1 - Improved Means of Obtaining Wear Resistance

Info

Publication number: DE2138523A1
Application number: DE19712138523
Authority: DE
Inventors: Robert Keith Cincinnati Ohio Betts (V.St.A.). P
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1971-08-02
Publication date: 1972-05-04
Also published as: JPS529607B1; FR2112375A1; GB1295612A; BE770735A; FR2112375B1; CA940991A

Description

Dr. rer. nat. Horst SchülerDr. rer. nat. Horst pupil PATENTANWALTPATENT ADVOCATE

6 Frankfurt/Main 1, den 30. Juli 1971 Niddastraße 52 Dr. Mo. /di6 Frankfurt / Main 1, July 30, 1971 Niddastraße 52 Dr. Mon / Tue

Telefon (0611)23 72 20 Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.Telephone (0611) 23 72 20 Postal check account: 282420 Frankfurt / M. Bank account: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt / M.

I8O8-I3D-5IO3I8O8-I3D-5IO3

GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Verbesserte Mittel zur Erzielung von VerschleißbeständigkeitImproved Means of Obtaining Wear Resistance

Im allgemeinen kann Verschleiß als fortgesetzter Verlust von Material aus reibenden Oberflächen definiert werden. Die Geschwindigkeit und der Wirkungsgrad einer solchen Abtragung hängt von vielen Paktoren ab, die sich auf Materialeigenschaften der reibenden Oberflächen, Umgebungsbedingungen und die Toleranz der, einen Materialverlust ihres Bauteils erfahrenden mechanischen Geräte, die solche Oberflächen enthalten, beziehen. DaIn general, wear can be defined as the continued loss of material from rubbing surfaces. The speed and the efficiency of such a removal depends on many factors that affect the material properties of the material rubbing surfaces, environmental conditions and the tolerance of the mechanical that experiences a loss of material in their component Devices that contain such surfaces. There

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der Verschleiß zu einem Ermüdungsbruch des Bauteils führen kann, der dadurch ausgelöst wird, daß sich die Oberflächen nicht mehr berühren, erfordert der Verschleiß an den Berührungsflächen zwischen Bauteilen eines zusammengesetzten Strahltriebwerks, besonders jener Teile, die mit hoher Geschwindigkeit rotieren, besondere Aufmerksamkeit.the wear can lead to a fatigue fracture of the component, which is triggered by the fact that the surfaces no longer touch, requires the wear and tear on the contact surfaces between components of a composite Special attention should be paid to the jet engine, especially those parts that rotate at high speed.

Eine Möglichkeit zur Verhinderung des Verschleißes an der Berührungsfläche zwischen solchen Bauteilen ist im US-Patent 3 143 383 beschrieben. Dieses Patent behandelt im einzelnen die Verbesserung des Abriebes zwischen sich berührenden Oberflächen von Eisen, Nickel, Kobalt, den hitzebeständigen Metallen oder ihren Legierungen. Mit dem Portschritt der Strahltriebwerke und der metallurgischen Technologie wurden Titanlegierungen in gewisse Bauteile von Strahltriebwerken eingeführt. Nun gibt es da nicht nur hohe Leistungsanforderungen an die Superlegierungen und Legierungen mit hitzebeständigen Metallen, sondern es tritt auch das spezielle Problem des Verschleißes von Titanteilen auf.One way of preventing wear at the interface between such components is in the US patent 3 143 383. This patent deals in detail the improvement of the abrasion between touching surfaces of iron, nickel, cobalt, the heat-resistant metals or their alloys. With the advance of jet engines and metallurgical technology, titanium alloys became introduced into certain components of jet engines. Now there are not only high performance requirements to the superalloys and alloys with heat-resistant metals, but there is also the special problem of wear of titanium parts.

Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist das Anbringen eines verbesserten Überzugssystems an einander gegenüberliegenden Oberflächen von Bauteilen, die aufeinander liegen, wobei dieses Überzugssystem die Oberfläche des Bauteils vor Verschleiß und folgendem Verlust der Dauerfestigkeit bewahrt, während zur gleichen Zeit eine niedrige Reibungsbewegung zwischen den Oberflächen auftritt.The primary purpose of the present invention is to apply an improved coating system to each other Surfaces of components that lie on top of one another, this coating system protecting the surface of the component from wear and subsequent loss of fatigue strength while at the same time there is a low frictional movement between the surfaces.

Kurz gesagt sieht die vorliegende Erfindung bei einer Vielzahl von Bauteilen, die an gegenüberliegenden, tragenden Teilen miteinander in Berührung stehen, die Kombination eines Basisüberzuges und eines Überzuges mit niedriger Reibung vor, wobei der Basisüberzug auf mindestens einem oder vorzugsweise auf beiden dieser tragenden Teile aufgetragen ist und eine die Seheerbewegung fördernde Legierung umfaßt, z. B. eine solche, die auf Kupfer und Nickel basiert und ein metallisches Element wie Indium einschließt, dessen Oxid innere SchmiereigenschaftenIn short, the present invention provides for a plurality of structural members attached to opposing structural members to one another are in contact, the combination of a base coat and a low friction coat, the Base coating is applied to at least one or preferably to both of these load-bearing parts and one of the seheer movement promotional alloy includes e.g. B. one based on copper and nickel and a metallic element like Indium includes, the oxide of which has internal lubricating properties

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aufweist. Der überzug mit niedriger Reibung ist als obere Schicht auf jedem der tragenden Teile angebracht und schließt ein Dichalcogenid der chemisch verwandten Elemente der Gruppe Zr₉ Nb, Mo, Hf, Ta, W und Re ein. Die Glieder tragen sich gegenseitig in dem überzug mit der niedrigen Reibung.having. The low friction coating is applied as a top layer on each of the structural members and includes a dichalcogenide of the chemically related elements of the group Zr ₉ Nb, Mo, Hf, Ta, W and Re. The links are mutually supported in the low-friction coating.

Es ist bekannt, daß die Dauerfestigkeit von Gegenständen aus Titan beträchtlich vermindert wird, wenn sie ohne einen geeigneten Schutz unter hohen Druck-Gleit-Verschleißbedingungen in Kontakt miteinander stehen. Z. B. kann diese Erscheinung an der Berührungsstelle zwischen schwalbenschwanzartigen Schaufeln und den Radschlitzen eines Strahltriebwerkskompressors " auftreten. Obgleich einige überzüge solche Gegenstände für relativ kurze Zeit schützen, wird die Dauerfestigkeit des Gegenstandes im Bereich des Verschleißes rasch verringert, sobald die Schutzschicht durchgerieben ist.It is known that the fatigue strength of titanium articles is considerably reduced when used in high pressure, sliding wear conditions without proper protection To be in contact with each other. For example, this phenomenon can occur at the point of contact between dovetail blades and the wheel slots of a jet engine compressor " appear. Although some coatings protect such objects for a relatively short time, the fatigue strength of the object is rapidly reduced in the area of wear once the protective layer is rubbed through.

Ein Überzugsmaterial, das bisher verwendet wurde, um auf einer Vielzahl solcher tragenden Oberflächen derartigen Verschleiß zu verhindern, ist eine auf Kupfer/Nickel basierende Legierung mit Zusätzen von Indium, das mindestens teilweise als ein inneres Schmiermittel der Legierung dient. In einer Ausführungsform besteht dieses Material aus etwa 20 bis 40 Gew.i Nickel, etwa 2 bis 10 Gew.? Indium mit einem im wesent- ä One coating material that has heretofore been used to prevent such wear on a variety of such bearing surfaces is a copper / nickel based alloy with additions of indium which serves at least in part as an internal lubricant of the alloy. In one embodiment, this material consists of about 20 to 40 percent by weight nickel, about 2 to 10 percent by weight. Indium with an essentially Ä

liehen aus Kupfer bestehenden Rest.borrowed remainder made of copper.

Wie aus den später aufgeführten Verschleißdaten zu ersehen ist, zeigt ein solcher überzug allein einen unzulänglichen Schutz, wenn er nur auf einer Oberfläche von tragendem Titan oder Titanlegierungen angewandt wird. Die Beschädigung der Oberfläche durch Verschleiß führt zu einem 25 bis 30 iigen Verlust von alteÄerender Belastbarkeit. Weiterhin erwies sich ein solches überziehen, das auf beiden wechselseitig in Berührung stehenden Oberflächen angewandt wurde, als ebenfalls unzulänglich wegen eines starken adhäsiven Verschleißes, ausgelöst durch die wechselseitige Löslichkeit der ähnlichen Metalle.As can be seen from the wear data listed later, such a coating alone exhibits inadequate protection when applied only to a surface of supporting titanium or titanium alloys. The damage to the surface Wear leads to a 25 to 30 igen loss of old load capacity. Furthermore, such a thing turned out to be coating applied to both mutually contacting surfaces as also inadequate because of strong adhesive wear, triggered by the mutual solubility of similar metals.

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Bei einer Auswertung des durch überzüge gewährten Schutzes vor Pestfressen bei hohem Pressdruck und Verschiebung von der Art, wie sie in dem Gebläseteil von modernen Düsentriebwerken auftreten, wurde eine geschmiedete Legierung auf Titanbasis mit etwa 6 % Aluminium und 4 % Vanadium geprüft.When evaluating the protection against plague eating at high pressure and displacement of the type that occurs in the fan section of modern jet engines, a forged titanium-based alloy with about 6 % aluminum and 4 % vanadium was tested.

Bei diesem Test wurdeh Proben verwendet, die verminderten Querschnitt aufwiesen und bei Raumtemperatur und einem Kontaktdruck von 3 520 kg/cm (50 000 psi) durch Hin- und Herbewegung des Probestücks gegen einen Druckverschleißschuh gerieben wurden. Nachdem eine vorgewählte Anzahl von Reibungszyklen durchgeführt war, wurde das Probestück auf seine Ermüdungsfestigkeit untersucht, um eine Abnahme zu bestimmen. Die Probestücke hatten die Form einer flachen Platte mit sich verjüngendem Querschnitt von 5,Ix 15,2x0,6 cm (2 inch χ 6 inch χ 1/4 inch), die unter geringer Belastung grundiert und gekörnt und gehämmert wurden, bevor sie in irgendeiner Weise überzogen wurden. Wie sich aus den Daten der nachfolgenden Tabelle I ergibt, wurde keine der in verschiedenen Kombinationen mit einer Vielzahl von Überzugsmaterialien, und zwar auf dem Druckverschleißschuh und der Probe oder nur auf einer von beiden getesteten Proben, zufriedenstellend vor Verschleiß geschützt.In this test, samples were used that had reduced cross-section and were at room temperature and contact pressure of 3,520 kg / cm (50,000 psi) by reciprocating motion of the specimen were rubbed against a pressure wear shoe. After a preselected number of rubbing cycles, the specimen was tested for fatigue strength examined to determine a decrease. The specimens were in the shape of a flat plate with tapered cross-section of 5.1 x 15.2 x 0.6 cm (2 inch χ 6 inch χ 1/4 inch) that have been primed and grained and hammered under light load before being put into were coated in some way. As can be seen from the data in Table I below, none of the various Combinations with a variety of coating materials on the pressure wear shoe and the sample or only on one of the two samples tested, satisfactorily protected from wear.

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Beispielexample am Schuhon the shoe überzugcoating TabelleTabel II. - 5 -- 5 - 21382138 11 keinno auf der
Probeon the
sample cn
K) cn
K) 22 keinno keinno Dicke
(^um)thickness
(^ um) Abnutzung nach
10·⁵ ZyklenWear and tear after
10 x ⁵ cycles Bemerkungen zum VerschleißComments on wear and tear COCO 3.3. keinno Cu 35 Ni 5 InCu 35 Ni 5 In 1010 stark, Metallflockenbildungstrong, metal flaking 44th keinno 75 Ni 25 Graphit75 Ni 25 graphite 18 (7)18 (7) 2525th am Schuh stark, überzug be
schädigtstrong on the shoe, cover be
harms OO 55 keinno 75 Ni 25 Ag75 Ni 25 Ag 15 (6)15 (6) 2424 am Schuh stark, überzug be
schädigtstrong on the shoe, cover be
harms 1.8 61.8 6 66th keinno Graphitgraphite 15 (6)15 (6) 1313th am Schuh stark, überzug be
schädigtstrong on the shoe, cover be
harms coco 77th keinno I₂ SchmiereI ₂ dope 5 (2)5 (2) 33 stark an Schuh und Probestrong on shoe and sample OO 88th keinno PolyurethanPolyurethane 66th stark an Schuh und Probestrong on shoe and sample CJi
ro CJi
ro 99 keinno WC-12CO / MoS₂ WC-12CO / MoS ₂ 18 (7)18 (7) 77th mäßig, überzug abgetragenmoderate, coating worn off σ>σ> 1010 80 Ni 2080 Ni 20 PTFE(a)PTFE (a) 8 (3)8 (3) 55 am Schuh starkstrong on the shoe 1111 Cu 35 Ni 5Cu 35 Ni 5 Ag 80 Ni 20 AgAg 80 Ni 20 Ag 8 (3)8 (3) 1010 stark, überzug verschlissenstrong, coating worn 1212th PTFE(a)PTFE (a) In Cu 35 Ni 5 InIn Cu 35 Ni 5 In 15 (6)15 (6) 44th stark, überzug geflocktstrong, flocked coating 1313th 60 Cu 4060 Cu 40 PTFE (a)PTFE (a) 15 (6)15 (6) 2525th stellenweise - starkin places - strong 1414th Cu 35 Ni 5Cu 35 Ni 5 Ni 60 Cu 40 NiNi 60 Cu 40 Ni 8 (3)8 (3) 2525th stellenweise - starkin places - strong In WC-12CO i MoSIn WC-12CO i MoS 8 (3)8 (3) 1818th überzug rauh, Fressen an
einem EndeCoating rough, seizure
an end (a) Polytetrafluoräthylen(a) polytetrafluoroethylene 5 (2)5 (2) 3838 1 Ende:WC flockig, überzug
rauh1 end: toilet flaky, plating
rough

■- 6 -■ - 6 -

Eine hauptsächliche Verschleißerscheinung, mit der man bei der Benutzung solcher auf Titan basierenden Legierungen bei einem Bauteil großer Masse zu tun hat, wie z. B. bei dem Gebläse eines Strahltriebwerkes, ist der Verschleiß der schwalbenschwanz förmigen Druckflächen, wo die Gebläseschaufeln in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl aufliegen oder abheben. Spezifische Bandkräfte (hoop stresses) bewirken eine Vergrößerung des Radumfangs und eine Expansion der Schwalbenschwanzschlitze und später eine Kontraktion, wodurch der Schwalbenschwanz eine relative Bewegung von ungefähr 127 ,um (0,005 inch) über die Druckfläche ausführen kann. Dies geschieht im allgemeinen zweimal während eines Fluges: einmal beim Start und einmal während der Schubumkehr bei der Landung. Deshalb wurde eine weitere Serie von Tests durchgeführt, um Ermüdungseffekte an Proben zu untersuchen, die steigendem, vorausgehendem Verschleiß mit bis zu 10 000 Zyklen unterworfen wur.den. Proben, die einen überzug erhalten sollten, wurden zuerst mit Sandstrahl behandelt, dann mit einer Kupfer-Legierung mit 35 % Nickel und 5 % Indium flammgespritzt und danach wurde bei ausgewählten Proben ein überzug für niedrige Reibung, bestehend aus dem Dichalcogenid MoS-, aufgebracht. Beim überziehen wurden die Probe und die zugehörigen Verschleißschuhe in der gleichen Weise vorbe-A major wear and tear with which one has to do with the use of such titanium-based alloys in a component with a large mass, such as e.g. B. in the fan of a jet engine, the wear and tear of the dovetail-shaped pressure surfaces where the fan blades rest or lift off depending on the engine speed. Specific hoop stresses cause the circumference of the wheel to increase and the dovetail slots to expand and later contract, allowing the dovetail to move approximately 127 µm (0.005 inches) relative to the printing surface. This generally happens twice during a flight: once at takeoff and once during thrust reversal during landing. A further series of tests was therefore carried out to investigate the effects of fatigue on specimens that were subjected to increasing, previous wear with up to 10,000 cycles. Samples to be coated were first sandblasted, then flame-sprayed with a copper alloy containing 35 % nickel and 5 % indium, and then a low-friction coating consisting of the dichalcogenide MoS- was applied to selected samples. When covering, the specimen and the associated wear shoes were passed in the same way.

2 reitet. Die Proben wurden unter einem Druck von 3520 kg/cm (50 000 psi) mit einer Bewegung von 152,um (0,006 inch) und 60 Zyklen pro Minute gerieben.2 rides. The samples were under a pressure of 3520 kg / cm (50,000 psi) with a movement of 152 µm (0.006 inches) and Rubbed 60 cycles per minute.

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' - 7 -Tabelle II '- 7 - Table II

Durchschnittliche Testergebnisse - vorverschlisserie Proben überzugsdicke etwa 152yUm (0,006 inch)Average test results - pre-wear series samples Plating thickness about 152yum (0.006 inch)

überzugcoating frühereearlier Re i-Re i- Aussehen derAppearance of . fläche. area Ver-Ver InIn 1010 keinno VerVer bungs- Verschleiß-exercise wear mäßig abgenutztmoderately worn kittungs-puttying ZyklenCycles IAIA schleißwear koeffcoefficient überzug flockig;coating flaky; festig-consolidate bis zumuntil zyklencycles 0,620.62 speziell abgenutztspecially worn keit ρspeed ρ Versagenfail Beiat 2AB2AB 10001000 0,580.58 leicht streifigslightly streaky kg/ cmkg / cm 6565 spielgame keinno 10001000 mäßig gefressenmoderately eaten (103psi)(103psi) 3939 1515th IAIA 0,020.02 überzug fleckig;coating stained; 2460(35)2460 (35) 1616 10001000 0,680.68 speziell gefressenspecially eaten 3160(45)3160 (45) 47004700 2AB2AB 50005000 0,590.59 leicht streifigslightly streaky 3434 1717th 2AB2AB 50005000 leicht streifigslightly streaky 3160(45)3160 (45) 2121st 1818th ^Schlüssel; 1^ Key; 1 0,040.04 2810(40)2810 (40) 1919th 50005000 0,040.04 3160(45)3160 (45) 65006500 1000010,000 = Probe allein;= Sample alone; 60906090 2020th AA. = überzug= coating 3160(45)3160 (45) 2121st BB. = Deckübej= Deckübej 3160(45)3160 (45) 2 s Schuh und Probe2 s shoe and sample auf der Basis Cu 39 Mi 5based on Cu 39 Mi 5 ?zue aus Mo S«? zue from Mo S «

Das Aussehen der Verschleißfläche in Tabelle II beschreibt die Proben als "gestreift", "abgenutzt" oder "gefressen". Dies sind Ausdrücke, die sich auf wachsende Stärke der sichtbaren oberflächlichen Verschleißzerstör- ng beziehen. Gestreifte Proben scheinen die am wenigsten verschlissenen zu sein, sie habenThe appearance of the wear surface in Table II describes the samples as "streaked", "worn" or "seized". these are Expressions that focus on growing strength of the visible superficial Relate wear destruction. Striped samples seem to be the least worn out they have

die nur eine oberflächliche Maserung der Oberfläche, die/relative Bewegung anzeigt. Die Bezeichnung "abgenutzt" vermittelt den Eindruck eines geringen Metallverlustes im Anschluß an die Verschleißstreifenbildung. Das Fressen kann als eine Form des Verschleißes beschrieben werden, die zum Schruppen, Losreißen und übertragen von Oberflächenmaterial bei der Hin- und Herbewegung führt. Der Grundverschleißmechanismus, die Adhäsion, ist beim Entstehen des beschriebenen Effektes deutlich wirksam, wenn auch die anderen Mechanismen, die Abtragung, die Korrosion und die Oberflächenermüdung zu einem geringeren Anteil beteiligt sind.the only a superficial grain of the surface that indicates / relative movement. The term "worn out" conveys that Impression of a small loss of metal following the formation of wear marks. The fretting can be used as a form the wear and tear, which are associated with roughing, tearing away and transferring surface material during the and float leads. The basic mechanism of wear and tear, adhesion, is clear when the effect described occurs effective, albeit the other mechanisms, erosion, corrosion and surface fatigue to a lesser extent Share are involved.

2 0 98 19/05262 0 98 19/0526

Die Reibungsangaben der Tabelle II zeigen klar den Nutzen der Schmierung durch das Dichalcogenid MoS_. Die unüberzogenen Proben, dargestellt durch die Beispiele 15 und 18, zeigen einen durchschnittlichen Reibungskoeffizient von 0,65» wobei der Durchschnitt für 1000 Zyklen bei 0,62 und für 5000 Zyklen bei 0,68 liegt. Wegen des Fressens und wegen der Abnutzung dieser nicht überzogenen Proben wurden keine weiteren nicht überzogene Proben bis zu 10 000 Zyklen getestet.The friction data in Table II clearly show the benefits of the Lubrication by the dichalcogenide MoS_. The unexpressed Samples represented by Examples 15 and 18 show an average coefficient of friction of 0.65 »where the mean for 1000 cycles is 0.62 and for 5000 cycles is 0.68. Because of the seizure and because of the wear and tear of these uncoated samples, no additional uncoated samples were tested up to 10,000 cycles.

Der überzug auf der Basis Kupfer-35 % Nickel-5 % Indium, der nicht mit dem wenig Reibung verursachenden MoSp-überzug geschmiert war, führte zu einem Reibungskoeffizient τοη etwa 0,6, wenn gegen eine nicht überzogene Titanlegierung gerieben wurde, wie es durch Beispiele 16 und 19 veranschaulicht ist. Im Vergleich dazu ergaben die Proben und Reibschuhe, die beide mit einem überzug aus der Kupfer/Nickel/Indium-Legierung und dann mit dem eine niedrige Reibung verursachenden MoSpüberzug überzogen waren, wie durch die Beispiele 17» 20 und 21 veranschaulicht, während 10 000 Reibungszyklen einen Reibungskoeffizient von nur 0,02 bis 0,04. Die durch die BeispieleThe copper-35 % nickel-5 % indium-based coating that was not lubricated with the low-friction MoSp coating resulted in a coefficient of friction τοη of about 0.6 when rubbed against an uncoated titanium alloy as by Examples 16 and 19 are illustrated. In comparison, the samples and friction shoes, both coated with a copper / nickel / indium alloy coating and then coated with the low friction MoSp coating, as illustrated by Examples 17, 20 and 21, gave 10,000 cycles of friction a coefficient of friction of only 0.02 to 0.04. The by the examples

15 und 18 verkörperten Proben, die einem Verschleiß ohne irgendwelche Oberflächenüberzüge ausgesetzt wurden, zeigten ein Fressen mit einem starken Anstieg zwischen 1000 und 5000 Verschleißzyklen. Fotomikrographische Untersuchungen zeigten Oberflächenrisse, die an allen solchen Verschleißproben von den durch-Fressen zerstörten Bereichen herrührten. Entsprechend zeigten die Proben, die in den Beispielen 15 und 18 und in den Beispielen15 and 18 embodied samples that were subject to wear and tear without any Surface coatings were exposed, showed seizure with a sharp increase between 1000 and 5000 wear cycles. Photomicrographic examinations showed surface cracks on all such wear samples from the seizure damaged areas. Accordingly, the samples shown in Examples 15 and 18 and Examples

16 und 19 beschrieben sind und die einen überzug der Kupfer/ Niekel/Indium-Legierung nur auf der Probe, nicht dagegen auf den Schuhen, aufwiesen und die keinen niedrig reibenden überzug erhielten, sehr bald einen Ermüdungsbruch.16 and 19 are described and the one coating of the copper / Niekel / indium alloy only on the sample, not against it The shoes, which did not have a low-friction coating, soon developed a fatigue fracture.

Dagegen zeigten Proben mit einem MoS„-Schmiermittel auf dem Kupfer/Nickel/Indium-überzug eine gleichförmig leicht gestreifte Verschleißfläche mit keinem sichtbaren Hinweis einer Substratschädigung unbeachtet der Tatsache, daß sie mindestens 10 000 Verschleißzyklen ausgesetzt waren. Wenn solche Titanober-In contrast, samples with a MoS "lubricant on the Copper / nickel / indium plating a uniformly lightly striped Wear surface with no visible evidence of substrate damage regardless of the fact that it is at least Were exposed to 10,000 cycles of wear. When such titanium tops

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oberflächen untersucht wurden, nachdem der überzug chemisch entfernt worden war, erwiesen sie sich während mindestens 10 000 Verschleißzyklen als vollständig vor Zerstörung geschützt. Surfaces were examined after the coating was chemically had been removed, they were found to be completely protected from destruction for at least 10,000 wear cycles.

Wenn kein MoS_ auf dem Grundüberzug angebracht wurde, fraß sich der überzug fest, haftete auf dem nicht geschmierten Schuh und wurde von der Probe in weniger als 10 000 Zyklen abgerieben. Deutlicher Verschleiß der Titanlegierungsoberfläche wurde beobachtet, nachdem der überzug von den Proben abgestreift war. Dies ist für die ErmüdungsVerluste verantwortlich, die ebenso ernst waren wie bei den absichtlich nicht überzogenen Titanproben.If MoS_ was not applied to the base coat, eat the coating set, adhered to the unlubricated shoe, and was removed from the sample in less than 10,000 cycles rubbed off. Significant wear on the titanium alloy surface was observed after coating the samples was stripped. This is responsible for the fatigue losses, which were as serious as the deliberately uncoated titanium samples.

Der in Tabelle II wiedergegebene Viel-Zyklen-Ermüdungstest wurde unter 2810 kg/cm (40 000 psi) mittlerer Zugspannung mit abwechselnder Biegespannung bis zum Versagen durchgeführt. Diese Daten offenbaren, daß das Sandstrahlblasen und das nachfolgende überziehen die grundlegende Dauerfestigkeit der Legierung unter den Testbedingungen nicht beeinflußt. Es wurde weiterhin gefunden, daß die Kombination eines ersten Überzuges aus einer Kupfer/Nickel/Indium-Legierung der mit beiden tragenden Flächen verbunden ist, zusammen mit dem niedrig- ä The multi-cycle fatigue test shown in Table II was run under 2810 kg / cm (40,000 psi) mean tensile stress with alternating flexural stress to failure. These data reveal that sandblasting and subsequent overcoating did not affect the basic fatigue strength of the alloy under the test conditions. It has also been found that the combination of a first coating made of a copper / nickel / indium alloy is bonded to both load-bearing surfaces, together with the low- e

reibenden Dichalcogenid, vertreten durch MoS₂, einen vollständigen Oberflächenschutz für mindestens 10 000 vorheriger Verschleißzyklen, basierend auf Erhaltung der Dauerfestigkeit, gewährt. Es ergab sich weiterhin, daß die durch Verschleiß verursachte Zerstörung von Titanoberflächen beim Reiben mit Titan, bei nicht geschmierten Grundüberzügen des getesteten Typs, die Fähigkeit zum überstehen vieler Zyklen stark vermindert wurde. So sieht die getestete Kombination, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, ein sehr wirkungsvolles Verschleißschutzsystem vor. Es geht eine geeignete Bindung mit dem Titanträger ein, um eine Reibung der Titanoberflächen zu verhindern. Weiterhin scheint es in dem Grundüberzug aus einer scheerfordernden Legierung eine relativ weiche, lamellar-strukturierte Zwischenschicht zu bil-rubbing dichalcogenide, represented by MoS ₂ , guarantees complete surface protection for at least 10,000 previous wear cycles, based on maintenance of fatigue strength. It was also found that the deterioration of titanium surfaces caused by wear when rubbing with titanium, in the case of non-lubricated base coats of the type tested, greatly reduced the ability to withstand many cycles. Thus, the tested combination, which represents a preferred embodiment of the invention, provides a very effective wear protection system. It forms a suitable bond with the titanium carrier in order to prevent the titanium surfaces from rubbing. Furthermore, a relatively soft, lamellar-structured intermediate layer appears to be formed in the base coat made of a shear alloy.

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den, die dazu beiträgt, den Berührungsdruck quer über die Druckfläche auszugleichen. Weiterhin können solche Grundüberzüge dazu führen, daß die inneren zyklischen Scheerkräfte unter einer niedrigen Amplitude die relative Bewegung an der Überzugsoberfläche klein halten. Die Gegenwart eines schmierenden Oxids, verkörpert durch das niedrigschmelzende Indium, scheint zu diesen Eigenschaften beizutragen.the one that helps to equalize the contact pressure across the printing surface. Furthermore, such base coats cause the internal cyclical shear forces under a low amplitude to reduce the relative movement at the Keep the coating surface small. The presence of a lubricating oxide, embodied by the low melting point indium, seems to contribute to these properties.

In einer Reihe weiterer Untersuchungen wurden weitere Grundüberzugsmaterialien, wie auch andere überzüge vom niedrigreibenden Typ, bewertet. Bei diesen Tests wurde der Grundüberzug bei nicht mehr als einer der beiden reibenden Komponenten angewandt und der gleiche niedrigreibende überzug wurde angewandt an beiden reibenden Teilen, so daß die beiden Bauteile auf dem niedrigreibenden überzug glitten.In a series of further studies, additional base coating materials, as well as other low friction type coatings. In these tests, the base coat applied to no more than one of the two abrasive components and the same low friction coating was applied on both rubbing parts so that the two components slid on the low-friction coating.

Table III

ρ Biegespannung 3 160 kg/cm (45 000 psi)ρ bending stress 3 160 kg / cm (45,000 psi)

überzugsdicke etwa 152,um (0,006 inch)coating thickness about 152 µm (0.006 inch)

Durch-By-

Aussehen schnittIiehe der Ver- Zyklenzahl bisAppearance cut the number of cycles to

Bei- Durchschn.Reibungskoeff. überzug(l) schleiß- zum Versagen spiel 5000 Zyklen 10000 Zyklen Probe Schuh fläche (in 1q3 Zyklen) At- Average coefficient of friction. coating (l) wear to failure play 5000 cycles 10000 cycles sample shoe surface (in 1q3 cycles)

' - - - 1116'- - - 1116

0,3 B B gefressen 590.3 B B eaten 59

0,01 B⁺ AB dünne Stellen 35000.01 B ⁺ AB thin spots 3500

C⁺ AC starkes Pressen 166C ⁺ AC strong pressing 166

B⁺ DB einige gefresse- 188 ne StellenB ⁺ DB a few eroded spots

0,18 - B⁺ EB starkes Pressen 1050.18 - B ⁺ EB strong pressing 105

⁺Dampfgehont, um den überzug zu erhalten ⁺ Steam honed to preserve the coating

(1) Schlüssel: A = Basisüberzug auf Gu-35 Ni-5 In basierend B = MoSp-Decküberzug; C = Graphitdecküberzug D = Basisüberzug auf 60 Cu-¹JO Ni basierend E = Basisüberzug aus Ni-l8AL(1) Key: A = base coating based on Gu-35 Ni-5 In B = MoSp top coating; C = graphite top coat D = base coat based on 60 Cu- ¹ JO Ni E = base coat made of Ni-18AL

2098 1 9/05262098 1 9/0526

2222nd —- 2323 0,250.25 2k2k 0,010.01 2525th 0,230.23 2626th 0,020.02

2Ί385232Ί38523

- li -- li -

Obgleich die durch die Beispiele 17, 20 und 21 der Tabelle II wiedergegebene doppelte Oberflächenkombination aus Kupfer mit 35 % Nickel und 5 % Indium, zusammen mit dem MoS_, die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, weil es der ursprünglichen Oberfläche einen vollen Schutz zukommen läßt, zeigen die zusammengefaßten Daten der Tabelle III eine andere Form der vorliegenden Erfindung für gewisse Anwendungen, wie sie in Beispiel 24 gezeigt werden. In diesem Beispiel schützten die durch MoS₂ überzogenen Oberflächen die Probe bis zu 10 000 Zyklen bei der Reibung mit einem Reibschuh, der mit der Grundschicht aus der Kupfer/Niekel/Indium-Legierung überzogen war, wie es aus der Dauerfestigkeit folgt. Von besonderem Interesse in Zusammenhang mit diesen Testserien ist die Tatsache, daß, wie durch Beispiel 25 gezeigt, ein niedriger Reibungskoeffizient nicht notwendigerweise bedeutet, daß das darunter liegende Grundmetall nicht zerstört wird. In Beispiel 26 wird eine bedeutsame Verminderung der Dauerfestigkeit der Probe festgestellt, obgleich der Reibungskoeffizient sehr gering ist. Although the double surface combination of copper with 35% nickel and 5 % indium shown by Examples 17, 20 and 21 of Table II, together with the MoS_, represents the preferred embodiment of the invention because it gives the original surface full protection, The summarized data of Table III shows another form of the present invention for certain applications, as shown in Example 24. In this example, the MoS ₂ coated surfaces protected the sample for up to 10,000 cycles of friction with a friction shoe coated with the copper / nickel / indium alloy base layer, as follows from fatigue strength. Of particular interest in connection with these series of tests is the fact that, as shown by Example 25, a low coefficient of friction does not necessarily mean that the underlying base metal will not be destroyed. In Example 26, a significant reduction in the fatigue strength of the sample is observed, although the coefficient of friction is very low.

Bei den durch die Werte in Tabelle III wiedergegebenen Testserien wurden drei Grundüberzüge in Verbindung mit dem niedrigreibenden überzug vom Dichalcogenidtyp, vertreten durch MoS und dem häufig in Form eines festen Films benutzten Schmiermittel Graphit verglichen. Beim übertragen dieser Erfahrungen auf die Verbindungsstelle zwischen Gebläseschwalbenschwanz und Rad in einem Düsentriebwerk, sollte beachtet werden, daß unter diesen Testbedingungen nicht nur der Reibungskoeffizient, wie in Beispiel 25 gezeigt, relativ hoch ist, sondern daß hierbei auch ein starkes Fressen der Verschleißflächen beobachtet wird. Zusätzlich zeigt das Testen der Proben nach dem Verschleißzyklus eine starke Verminderung ihrer Dauerfestigkeit.In the series of tests represented by the values in Table III, three basecoats were used in conjunction with the low friction coating of the dichalcogenide type represented by MoS and compared to graphite, a lubricant often used in the form of a solid film. When transferring these experiences to the Junction between the tern tail and the wheel in a jet engine, it should be noted that under these test conditions not only the coefficient of friction, as in example 25 shown, is relatively high, but that a severe galling of the wear surfaces is observed here. Additionally testing the samples after the wear cycle shows a large reduction in their fatigue strength.

Häufig wird der Reibungskoeffizient zwischen reibenden Oberflächen als Maß für den Wert des Überzuges oder des Überzugssystems zum Schutz der Oberfläche des darunter liegenden Gegenstandes vor Verschleiß und entsprechender Abnahme der Ermüdungsfestigkeit benutzt. Es wurde jedoch erkannt, daß solche DatenOften the coefficient of friction between rubbing surfaces as a measure of the value of the coating or the coating system to protect the surface of the underlying object used before wear and a corresponding decrease in fatigue strength. However, it was recognized that such data

20ay ι 9/052620ay ι 9/0526

2T385232T38523

manchmal mißverständlich sein können und daß tatsächlich Dauerfestigkeitsdaten verwendet werden müssen, um solche Überzüge oder Überzugssysteme richtig zu beurteilen. Bei der vorliegenden Erfindung ergab sich, daß reibendei Flächen dadurch ein Schutz gewährt werden kann, daß eine auf Kupfer/Nickel basierende Legierung, die ein weiteres legierendes Element enthält, welches wie Indium wirkt, auf wenigstens eine der Flächen und vorzugsweise auf beide Flächen aufgebracht wird. Jede reibende Fläche wird schließlich mit einem ausgewählten Dichalcogenid, wie z. B. MoS₂, bedeckt. Auf diese Weise reiben die Dichalcogenidoberflachen aufeinander und die Oberfläche des Gegenstandes ist gegen die Zerstörung durch relative Bewegung mit einer die Scheerbewegung fördernden Legierung auf Kupfer/Nickel-Basis gepolstert.can at times be ambiguous and that fatigue strength data must indeed be used to properly assess such coatings or coating systems. In the present invention it has been found that rubbing surfaces can be protected by applying a copper / nickel based alloy containing another alloying element which acts as indium to at least one of the surfaces, and preferably to both surfaces . Each rubbing surface is finally coated with a selected dichalcogenide, such as. B. MoS ₂ , covered. In this way, the dichalcogenide surfaces rub against one another and the surface of the object is padded against destruction by relative movement with a copper / nickel-based alloy which promotes shear movement.

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Claims

lj means for improving the wear resistance of metal parts in wear contact with one another, characterized by a base coat of an alloy with a low shear strength applied to at least one of the parts bearing one another, as well as a coating with low friction properties applied to each of the metal parts as an outer layer, the contains a dichalcogenide from the group of the elements Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W and Re.

2. The combination according to claim 1, characterized that the base coat is applied to each of the supporting parts.

3. The combination according to claim 1, characterized in that the dichalcogenide is MoSp.

M. The combination according to claim 1, characterized that the base coat is a copper / nickel based alloy and a metallic one Contains element whose oxide gives the alloy an internal lubricating effect.

5. Combination according to claim 4, characterized in that the base film is an alloy which consists essentially of about 20 to ¹ IO wt. * Nickel, about 2 to 10 composed Gew.J indium and consisting essentially of copper remaining.

6. Combination according to claim 5, characterized in that the dichalcogenide is MoSp.

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