DE2204737C3

DE2204737C3 - Elektrolytisches Verfahren zum Aufbringen eines Chrom-Molybdän-Überzugs auf Reibungsteilen von Verbrennungskraftmaschi-

Info

Publication number: DE2204737C3
Application number: DE19722204737
Authority: DE
Inventors: Andre Nicolas Lisle- Sur-Tarn Kaichinger (Frankreich)
Original assignee: Pont-A-Mousson Sa Nancy (frankreich)
Current assignee: Pont-A-Mousson Sa Nancy (frankreich)
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1975-03-13
Also published as: IT948888B; DE2204737B2; ES398989A1; DE2204737A1; GB1347581A; FR2124120A1; FR2124120B1; BE776919A; CH548455A; NL7118124A

Description

Die Erfindung betrifft das elektrolytische Über ziehen bzw. Ausfüttern von Reibung unterworfenen Bauteilen wie Zylindern, Laufbuchsen und Kolben von Verbrennungskraftmaschinen, die mit Benzin, Diesel, Gas od. dgl. betrieben sind, sowie Kompressoren, Wasser- und Luftfahrzeugen od. dgl. mittels eines Chrom-Molybdän-Übcrzugs.

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 Verdichtung, 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 Überzug aus Chrom-Molybdan eine Widerslandsfähigkeit gegenüber Abnutzung und Verschleiß hat, die spürbar über derjenigen einer Chromschicht allein liegt, und daher eine vollkommene Eignung für diesen Zweck besitzt.

Galvanische Verfahren zur Herstellung von Molybdän-Chromlegierungen sind durch die USA.-Patentschrift 2 516 227 bekannt. Die Badkonzentrationen an Molybdän, Chrom und Schwefelsäure sind hier unspezifisch breit 'und die Stromdichte und die Temperatur liegen bedeutend niedriger als im erfindungsgemäßen Verfahren. Ähnlich liegt der Fall bei den Angaben in »Metall Finishing« (1965), Nr. 5, S. 56 bis 59 u. Nr. 6, S. 94 bis 97, die unter anderem weite Tempeiatur- und Stromdichte-Bereich mitteilen.

W. Roggendorf, »Praktische Galvanotechnik« (1958) S. 203 bis 204, berichtet über Harlchrjrnbäder mit Schwefelsäure- und Fluorkiesclsäurekonzentrationen, die in der Nähe der erfindungsgemüß verwendeten Werte liegen. Es wird aber kein Natriummolybdat benutzt, das für die erfindungsgemLiße Herstellung von Chrom-Molybdän-Überzügen absolut notwendig ist.

Der vorstehende Stand der Technik gibt nur breite theoretische Mengenbereiche und Ein/ehverte. die auch zum Teil an der Grenze oder oberhalb oder unterhalb der für das Verfahren nach der Erfindung angegebenen Werte liegen. Daraus ergibt sich eine äußerst große und mannigfaltige Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten für die /u verwendenden Elektrolytbäder, und die Wahl eines Elektrolythads wird umso mehr erschwert, je spezifischer die Aufgabe ist. Und eine solche spezifische Aufgabe liegt bei der vorliegenden Anmeldung vor: Es sollen Bauteile wie Zylinder, Laufbuchsen und Kolben von Verbrennungskraftmaschinen, die mit Ben/in, Diesel, Gas oder ähnlichen Brennstoffen betrieben werden, mit einem vorteilhaften Chrom-Molybdän-Über/ug verschen werden, der der chemischen und elektrochemischen Korrosion, Temperaturunregelinäßigkoitcn und einer ungenügenden Schmierung in vorteilhafter Weise widerstehen soll. In diesem Zusammenhange soll auch darauf hingewiesen werden, daß es sich hier um größere Bauteile handelt, während bei der oben zitierten Literatur lediglich kleine viereckige Platten verwendet werden.

Das elektrolytische Aufbringen von Chrom-Molybdän-Überzügen ist schwierig durchzuführen auf Grund zahlreicher Parameter, die zu beachten sind. Unter diesen befinden sich die Badzusammensetzung der Elektrolytc, Ort und Lage der Elektroden, die Charakteristiken des elektrischen Stroms. Bisher haben die Versuche das Stadium von Laboratoriumsversuchen noch nicht überschritten.

D^e vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanischen Abscheidung eines Chrom-Molybdän-Überzugs mit 0,4 bis 1,5 "Ό Molybdän (bezogen auf den Gesamtinhalt von Chrom und Molybdän) auf den Reibungsteilen von Zylindern, l.aufbuehscn. Kolben u. dgl. aus einem Chromsäureanhydrid, Schwefelsäure, Fluorkieselsäure und Natriummolybdat enthaltenden wäßrigen Bad, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Überzug aus einem 250 bis 400 g/l Chromsäurcanhydrid. 1 bis 2 g/l Schwefelsäure, 3 bis 15 g/l Fluorkieselsäure und 45 bis 75 g/l Natriummolybdat enthaltenden Bad bei einer Badtemperatur von 45 bis 55° C und einer Stromdichte von 32 bis 45 A/dm² abgeschieden wird.

Es wird vorzugsweise eine starke Zirkulation des Elektrolyten vorgesehen.

Bei den Versuchsarbeiten konnte man feststellen, daß eine Temperatur des Bads und des Werkstücks in der Größenordnung von 45 bis 50° C ausschlaggebend für den Erfolg des Auftrags ist. Oberhalb einer Temperatur von 55° C findet keine Abschei-

Chromsäureanhydrid
Schwefelsäure
Fluorkieselsäure
Natriummolybdat

dung von Molybdän statt. Das gleiche gilt für eine unterhalb der unteren Grenze gelegene Temperatur.

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

An Hand eines Beispiels wird die Erfindung näher erläutert

Im Ausführungsbeispiel dient ein rohrförmiges Teil, das innen zu überziehen bzw. auszufüttern ist, nach Art einer Laufbuchse eines Schiffsmotors aus perlitischcm Guß in unlegierter Ausführung als Wanne oder Behälter für einen Elektrolyten oder ein elektrolytisches Auftragsbad. Im Inneren dieses als Wanne dienenden Teils ist eine zylindrische Anode eingetaucht und über einen Leiter mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die Anode aus einer Bleilegierung, vorzugsweise aus Blei-Zinn mit 12°/e Zinngehalt, soll gegenüber der als Wanne dienenden Kathode zentriert sein. Eine fortgesetzte Zirkulation des Elektrolyten ist vorgesehen.

Die Zusammensetzung dieses Bads ist beispielsweise wie folgt:

250 g/l

2 g/l

3 g/l
75 g/l

Das zu überziehende Teil und das Bad hat eine Temperatur in der Größenordnung von 50¹ C, insbesondere beträgt die Temperatur 53 bis 55° C.

Die Stromdichte liegt zwischen 32 bis 35 A dm². Die Spannung beträgt zwischen 4 und 12 V. Die Zirkulationsgeschwindigkeit des Elektrolyten liegt in der Größenordnung von 25 cms. Die erreichbare Abschcidungsgeschwindigkeit ist nahezu gleich derjenigen der klassischen elektrolytischcn Verchromung.

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

Die Überzugsschichtdicke schwankt entsprechend den jeweiligen Durchmessern zwischen ¹Z₁₀ 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 Chrom-Molybdän beschichtetem Guß, die in einer korrosierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur einer Reibung unterworfen sind.

Während die genannten Laboratoriumsversuche nur an Probekörpern von einigen Quadratzentimetern Oberfläche ausgeführt wurden, ist bereits eine industrielle Anwendung an einer Laufbüchse eines Schiffsdieselmotors eines öltankers erfolgt. Die Bohrung des zu überziehenden Teils hatte einen Durchmesser von 840 mm bei einer Oberfläche von 590 dm². Bei einem anfänglichen Überzug aus Chrom mit einer radialen Dicke von 1,4 mm betrug ίο die radiale Dicke des Chrom-Molybdän-Überzugs 0,60 mm.

Während zürn Vergleich zwei Laufbüchsen vom gleichen Durchmesser aus verchromtem Guß während 6000 Betriebsstunden um jeweils 150/100 mm im Durchmesser je 1000 Betriebsstunden abgenutzt wurden und während eine Laufbüchse aus Vanadium-Titan-Guß um jeweils 400/100 mm im Durchmesser je 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 derartig überzogene Laufbüchse zeigt keinerlei milchige oder schwarze Flecken von chemischer und elektrolytischer Korrosion, wie man es gewöhnlich siebt. Der Abnutzungsgrad liegt unter 2/100 mm im Durchmesser je 1000 Betriebsstunden.

Auf Grund dieser Versuchsergebnisse kann man annehmen, daß mit einem Verschleiß oder einer Abnutzung bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überzogenen Laufbüchsen zu rechnen ist, die zehnmal 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 Eiektrolysebad 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 Bads und des Teils beträgt 45 bis 55° C. Die Stromdichte liegt im Bereich von 32 bis 45 A/dm².

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.

Beim elektrolytischen Überziehen von Kolben dreht sich die Anode, und der Elektrolyt zirkuliert.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur galvanischen Abscheidung eines Chrom-Molybdän-Überzugs mit 0,4 bis 1,5 Ve Molybdän (bezogen auf den Gcsamtgehait von Chrom und Molybdän) auf den Reibungsteilen von Zylindern, Laufbuchsen, Kolben

u. dgl. aus einem Chromsäurcanhydrid, Schwefelsäure, Fluorkieselsäure und Natriummolybdat enthaltenden wäßrigen Bad, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einem 250 bis 400 g/l Chromsäureanhydrid, 1 bis 2 g/I Schwefelsäure, 3 bis 15 g/l Fluorkieselsäure und 45 bis 75 g/l Natriummolybdat enthaltenden Bad bei einer Badtemperatur von 45 bis 55° C und einer Stromdichte von 32 bis 45 A/dm² abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein 250 g/l Chromsäureanhydrid, 2 g/l Schwefelsäure, 3 g/l Fluorkieselsäure und 75 g/l Natriummolybdat enthaltendes Bad verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein 325 bis 375 g/l Chrom- »5 Säureanhydrid, 1,2 g/l Schwefelsäure, 10 bis 15 g/l Fluorkieselsäure und 45 bis 75 g/l Nalriummolybdat enthaltendes Bad verwendet wird.