DE2204737A1

DE2204737A1 - Elektrolytisches Verfahren zum Auf bringen von Chrom Molybdän auf Reibungs teile fur Verbrennungskraftmaschinen und andere so überzogene Teile

Info

Publication number: DE2204737A1
Application number: DE19722204737
Authority: DE
Inventors: Andre Nicolas Lisle sur Tarn Kaichinger (Frankreich) P
Original assignee: Founderies de Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1972-08-24
Also published as: DE2204737B2; BE776919A; NL7118124A; FR2124120A1; IT948888B; ES398989A1; FR2124120B1; CH548455A; GB1347581A; DE2204737C3

Description

PONT-A-MOUSSON S.A., 91 Avenue de la Liberation, 54 Nancy (Frankreich)

Elektrolytisches Verfahren zum Aufbringen von Chrom-Molybdän auf Reibungsteile für Verbrennungskraftmaschinen und andere so überzogene Teile

Die Erfindung betrifft das elektrolytische Überziehen bzw. Ausfüttern von Reibung unterworfenen Bauteilen wie Zylindern, Laufbüchsen und Kolben von Verbrennungskraftmaschinen, die mit Benzin,

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■Diesel, Gas oder dergleichen betrieben sind, sowie Kompressoren, Wasser- und Luftfahrzeugen oder dergleichen mit Hilfe von Chrom-Molybdän.

Die Automation hat insbesondere im Betrieb von Motoren und Kompressoren die Notwendigkeit offenbar werden lassen, daß Reibungsteile nicht nur Verschleiß durch Reibung aushalten müssen, sondern auch die Einwirkungen der folgenden drei aggressiven Faktoren: Chemische und elektrochemische Korrosion, Temperaturunregelmässigkeiten und ungenügende Schmierung.

Das elektrolytische Überziehen oder Ausfüttern mit Chrom in klassischer Weise entspricht nur noch teilweise den heutigen Erfordernissen. Denn daß verchromte Zylinder aller Abmessungen nur einem normalen Verschleiß unterworfen sind, trifft heute nicht mehr zu, insbesondere nicht mehr bei modernen Fahrzeugmotoren mit hoher Aufladung, deren Verschleiß erhöht und deren Lebensdauer folglich relativ kurz ist.

Es hat sich nach mehrere Jahre währenden Laboratoriumsversuchen mit Probekörpern kleiner Abmessungen, nämlich in der Größenordnung von einigen QuadratZentimetern, gezeigt, daß der Auftrag aus Chrom-Molybdän eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung und Verschleiß hat,

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die spürbar über derjenigen von Chrom allein liegt, und daher, zumindest vom theoretischen Standpunkt her eine vollkommene Eignung für diesen Zweck besitzt.

Aber das elektrolytische Auftragen von Chrom-Molybdän ist schwierig durchzuführen aufgrund zahlreicher Parameter, die zu beachten sind. Unter diesen befinden sich die Badzusammensetzung der Elektrolyse, die Ort und Lage der Elektroden, die Charakteristiken des elektrischen Stroms. Bisher haben die Versuche das Stadium von Laboratoriumsversuchen noch nicht überschritten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum elektrolytischen Auftragen von Chrom-Molybdän zugrunde, das ein Überziehen, Ausfüttern, Panzern oder dergleichen von Reibungsteilen großer Oberflächen im industriellen Rahmen gestattet. Dieses erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß man einen Elektrolyten oder ein Bad der folgenden Zusammensetzung verwendet:

Chromsäureanhydrid 250 bis AOO g/l

Schwefelsäure 1 bis 2 g/l

Fluorkieselsäure 3 bis 15 g/l

Natriummolybdat 45 bis 75 g/l

bei.einer Temperatur in der Größenordnung von 45 bis 55°C, die gleich derjenigen des zu überziehenden Teils ist, unter Verwendung einer Anode aus legiertem Blei, während die Kathode aus dem zu überziehenden Teil besteht, sowie bei einer elektrischen Stromdichte von 32 bis 45 Ampere pro Quadratdezimeter.

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Es wird vorzugsweise eine starke Zirkulation des Elektrolyten vorgesehen,

Bei den Versuchsarbeiten konnte man feststellen, daß eine Temperatur des Bades und des Teils in der Größenordnung von 45 bis 50⁰C ausschlaggebend für den Erfolg des Auftrags ist. Jenseits einer Temperatur von 55°C findet kein Auftrag von Molybdän statt. Das gleiche gilt für eine unterhalb der unteren Grenze gelegene Temperatur.

Die Erfindung betrifft gleichermassen die Reibungsteile selbst, die durch dieses Verfahren zürn Auftragen herstellbar sind, das im Aufbringen von Chrom-Molybdän besteht, bei dem das Molybdän einen Anteil von 0,4 bis 1,5 % der gesammten aufgetragenen Menge aus Chrom und Molybdän ausmacht.

Andere Merkmale und Vorteile ergeben sich im Laufe der nachfolgenden Beschreibung.

Die einzige Figur der beigefügten Zeichnung erläutert schematisch ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren, ohne daß dieses hierauf beschränkt ist.

Entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient ein rohrförmiges Teil 1, das innen zu überziehen bzw. auszufüttern ist, nach Art einer Laufbüchse eines Schiffsmotors aus perlitischem Guß in legierter oder unlegierter Ausführung als Wanne oder Behälter für einen Elektrolyten 2 oder ein elektrolytisches Auftragsbad infolge des Um-

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stands, daß dieses Teil in vertikaler Lage auf einem Sockel 3 steht. Dieses Teil 1 ist über einen Leiter mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle 5 verbunden. Es dient als Kathode. Im Inneren dieses als Wanne dienenden Teils ist eine zylindrische Anode 6 eingetaucht und über einen Leiter 7 mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die Anode 6, bestehend aus einer Bleilegierung, vorzugsweise aus Blei-Zinn mit 12 % Zinngehalt, soll gegenüber dem als Wanne dienenden Teil 1 in vollkommener Weise zentriert sein. Sie ruht beispielsweise auf dem Sockel 3 unter Zwischenschaltung eines isolierenden Zentrieruntersatzes 8, wobei eine Pumpe 9 bei 10 die Badflüssigkeit durch den Sockel 3 hindurch ansaugt sowie bei 11 wieder zuführt und so eine fortgesetzte Zirkulation des Bades 2 des Elektrolyten gestattet.

Die Zusammensetzung dieses Bades 2 ist beispielsweise

wie folgt:

Chromsäureanhydrid ■ 250 g/l ungefähr

Schwefelsäure 2 g/l ungefähr

Fluorkieselsäure 3 g/l ungefähr

Natriummolybdat 75 g/l ungefähr

Das Teil 1 hat eine Temperatur in der Größenordnung von 50°C. Das Bad 2 hat ebenfalls diese Temperatur in der Größenordnung von 50⁰C, in genauerer Weise beträgt seine Temperatur zwischen 53 und 55°C.

Die Stromdichte liegt zwischen 32 bis 35 Ampere pro Quadratdezimeter. Die Spannung beträgt zwischen 4 und

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Volt. Die Zirkulationsgeschwindigkeit des Elektrolyten und der Wirkung der Pumpe 9 liegt in der Größenordnung von 25 c/m/s. Die erreichbare Auftragsgeschwindigkeit ist nahezu gleich derjenigen der klassischen Chromauftragsverfahren.

Man erhält einen Auftrag 12 aus Chrom-Molybdän mit einem Gehalt von ungefähr 1,5, % Molybdän, wobei der Rest aus Chrom besteht. Dieser Auftrag, dessen Struktur noch nicht bestimmt werden konnte, hat eine gräuliche Färbung anstatt glänzend zu sein wie ein klassischer Chromauftrag. Aber nach einer Reinigung und nach dem Polieren ist es nicht m.ehr möglich, diesen Auftrag von einem klassischen nur aus Chrom bestehenden Auftrag zu unterscheiden.

Die Dicke des Auftrags schwankt entsprechend den jeweiligen Durchmessern zwischen 1/10 bis 2 mm.

Man kann in dieser Weise verfahren, und zwar sowohl bei Laufbüchsen aus lediglich normalem oder perlitischem Guß legierter oder nicht legierter Art als auch bei Laufbüchsen aus verchromtem Guß oder auch bei Laufbüchsen aus bereits mit Chom-Molybdän überzogenem Guß und schließlich auch bei allen anderen mechanischen Teilen aus Chrom oder Chrom-Molybdän, die in einer korrosierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur einer Reibung unterworfen sind.

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Während die genannten Laboratoriumsversuche nur an Probekörpern von einigen Quadratzentimetern Oberfläche ausgeführt wurden, ist bereits eine bedeutende industrielle Anwendung an einer Laufbüchse eines Schiffsdieselmotores eines Öltankers erfolgt. Die Bohrung des zu überziehenden Teils hatte einen Durchmesser von 840 mm bei einer Ober-

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fläche von 590 dm . Bei einem anfänglichen Auftrag aus Chrom mit einer radialen Dicke von 1,4 mm betrug die radiale Dicke des Chrom-Molybdän-Auftrags 0,60 mm.

Während zum Vergleich zwei Laufbüchsen vom gleichen Durchmesser aus verchromtem Guß während einer Zeit von 6000 Betriebsstunden um jeweils 150/100 mm im Durchmesser pro 1000 Betriebsstunden abgenutzt wurden und während eine Laufbüchse aus Vanadium-Titan-Guß um jeweils 400/100 mm im Durchmesser pro 1000 Betriebsstunden abgenutzt wurde , wurde diejenige Laufbüchse, die den Überzug aus Chrom-Molybdän erhalten hatte, nach mehr als 24 Monaten, das sind 14.000 Betriebsstunden unter den gleichen Bedingungen wie die anderen Laufbüchsen (praktisch) überhaupt nicht abgenutzt. Die in erfindungsgemäßer Weise überzogene Laufbüchse zeigt keinerlei milchige Flächen (genannt "milky spots") oder schwarze Flecken von chemischer und elektrolytischer Korrosion wie man es gewöhnlich sieht. Der Abnutzungsgrad liegt unter 2/100 mm im Durchmesser pro 1000 Betriebsstunden.

Aufgrund dieser Versuchsergebnisse kann man annehmen, daß mit einem Verschleiß oder einer Abnutzung bei nach

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dem erfindungsgemäßen Verfahren überzogenen Lauchbüchsen zu rechnen ist, die zehn mal niedriger liegt als die Abnutzung, die sich bei nach dem herkömmlichen elektrolytischen Verfahren verchromten Laufbüchsen ergibt.

Nach einem abgewandelten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt man ein Elektrolysebad mit folgender Zusammensetzung:

Chromsäureanhydrid 325 bis 375 g/l

Schwefelsäure 1,2 g/l

Fluorkieselsäure 10 bis 15 g/l

Natriummolybdat 45 bis 75 g/l

Die Temperatur des Bades und des Teils beträgt 45 bis 55°C.

Die Stromdichte hat einen Wert von 32 bis 45 Adm .

Für den Fall, wo man eine Nut oder einen Boden eines Kolbens überziehen will, wird eine Wanne benutzt, und das zu überziehende Teil übernimmt die Rolle der Kathode.Diejenigen Abschnitte des Teils, die nicht überzogen werden sollen, sind in geeigneter Weise durch einen Anstrich oder eine Kunststoffhaftfolie geschützt. Ein derartiger Auftrag auf Kolbenboden ist besonders vorteilhaft wegen der Wirkungen der thermochemischen Korrosion und der Wirkungen der Reglerverstellung der Einspritzung von brennbaren Flüssigkeiten.

Im Falle von Kolben dreht sich die Anode, und der Elektrolyt zirkuliert.

- Patentansprüche 20983S/ 1 Ö92~

Claims

Pat e η t a η s ρ r ü c h e

1. Verfahren zum Überziehen von Reibungsbauteilen auf elektrolytischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt der Zusammensetzung

Chromsäureanhydrid " 250 bis 400 g/l

Schwefelsäure 1 bis 2 g/l

Fluorkieselsäure 3 bis 15 g/l

Natriummolybdat 45 bis 75 g/l

bei einer Temperatur in der Größenordnung von 45, bis 55⁰C, die derjenigen des zu überziehenden Teils entspricht, eine Anode aus legiertem Blei, eine aus dem zu überziehenden Teil bestehende Kathode und eine elektrische Stromdichte von 32 bis 45 Ampere pro Quadratdezimeter verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt der folgenden Zusammensetzung verwendet wird.

Chromsäureanhydrid 250 g/l ungefähr

Schwefelsäure . 2 g/l ungefähr

Fluorkieselsäure 3 g/l ungefähr

Natriummolybdat 75 g/l ungefähr

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt der folgenden Zusammensetzung verwendet wird:

Chromsäureahhydrid 325 bis 375 g/l

Schwefelsäure 1,2g/l

Fluorkieselsäure ^{10 bis 15} ß/¹

Natriummolybdat · ^5 bis 75 g/l

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine verstärkte Zirkulation des Elektrolyten bewirkt wird.

5. R_eibungsteil mit einem Überzug aus Chrom-Molybdän, der nach dem Verfahren entsprechend einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist und dessen Molybdängehalt 0,4 bis 1,5 % des Gesamtauftrags aus Chrom und Molybdän beträgt.

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