DE2206698A1

DE2206698A1 - Gegen Abrieb bestandiger Gegenstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2206698A1
Application number: DE19722206698
Authority: DE
Inventors: Robert Glen Indianapolis Ind Rudness (V St A)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-02-17
Filing date: 1972-02-12
Publication date: 1972-08-31
Also published as: DE2206698B2; IT948601B; CH563316A5; JPS5238068B1; CA983792A; NL7201964A; DE2206698C3; BE779403A; FR2127020A1; GB1389244A; AU3898072A; FR2127020B1; BR7200804D0; US3787229A; AU475122B2

Description

11. Februar 1972 Gzy/goe

Gegen Abrieb beständiger Gegenstand und Verfahren zu seiner

Herstellung.

Die Erfindung betrifft ein gegen Abrieb beständiges Material mit geringer Reibung, und aus solchem Material hergestellte Gegenstände. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materials und solcher Gegenstände.

In der Textilindustrie werden in weitem Umfange Materialien mit einer Beständigkeit gegen Abrieb und einer geringen Reibung gebraucht. Aus solchem Material bestehen verschiedene Teile der Apparaturen, z.B. Rollen, Stif t,e, Führungen und dergleichen, die oberflächlich in Berührung mit laufenden Fasern stehen. Die Oberfläche dieser Teile soll häufig einen geringen Reibungsvrert haben. Wenn eine Faser sich über die Oberfläche bewegt, so soll der Reibungskoeffizient zwischen den beiden Oberflächen so klein wie möglich sein. Weil die Faser in der Rege], bei Berührung mit diesen Teilen unter Spannung steht, so führt eine unnötige Erhöhung oder Änderung des Reibungskoeffizienten zwischen den Oberflächen nicht nur zu einem ungleichmäßigen Verhalten oder Arbeiten der Vorrichtung, sondern auch zu einem Brechen oder Zerreißen der Faser.

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Keramische Stoffe sind gegen Abrieb beständig und werden daher in der Textilindustrie zu Teilen von Vorrichtungen verwendet. Keramische Stoffe brechen aber leicht und führen die Warme, die durch Reibung zwischen den sich bewegenden Fasern und der Oberfläche des keramischen Teiles besteht, schlecht ab. Es ist ferner sehr schwierig, auf keramischen Teilen eine Oberfläche mit einer geringen Reibung herzustellen. Um diese Nachteile der geringen mechanischen Festigkeit und der geringen Wärmeleitung von keramischen Stoffen zu beseitigen, sind in der Textilindustrie Teile verwendet worden, die aus metallischen Trägern bestehen, welche mit einer Außenschicht eines keramischen Materials überzogen sind. Solche Teile brechen zwar nicht leicht und können auch bei längerem Betriebe die Wärme gut ableiten, sie haben den Nachteil aber, daß die Außenschicht aus keramischen Material gewöhnlich zu rauh oder zerklüftet für die Anwendung in der Textilindustrie ist. Durch Abschleifen kann man zwar eine Oberfläche mit einer geringen Reibung erzielen, aber beim Dauerbetrieb wird die Oberflachenschicht abgerieben, wodurch der Reibungskoeffizient zwischen ihr und den sich bewegenden Fasern erhöht wird. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, aus der keramischen Schicht die hervorragenden scharfen Spitzen abzuschleifen. Ein solches Verfahren könnte zum Erfolge führen, es gibt aber keine handelsüblichen Mittel, die sicherstellen, daß nur die hervorra-

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genden Spitzen abgeschliffen werden, und daß hierbei die hervorragenden Teilchen eine gerundete Oberfläche haben. In der Kegel wird hierbei nur eine glatte Oberfläche erzielt.

Weitere Portschritte in der Textilindustrie wurden erreicht durch Herstellung von mit Chrom plattierten metallischen Teilen mit einer mattcnförmigen Oberfläche, die etwa das Aussehen der Oberfläche einer Orange hat. Solche mit Chrom plattierten Oberflächen können sehr gut verwendet werden als Oberflächen mit geringer Reibung, die das Textilmaterial nicht angreifen. Es ist aber schwierig und teuer, solche Materialien herzustellen, die überdies nicht sehr beständig gegen Abrieb sind.

In der Textilindustrie werden auch Gegenstände mit einem gegen Abrieb beständigen Überzug verwendet, der durch verschiedene Verfahren bei hoher Temperatur hergestellt ist, z.B. durch Plattieren mit einer Detonationspistole oder durch Aufsprühen mit einem Plasmabogen. Solche Überzüge sind im allgemeinen gut brauchbar in der Textilindustrie, es ist aber schwierig, einen gleichmäßigen Überzug auf Gegenständen mit einer komplizierten Oberfläche herzustellen. Bei den meisten dieser Verfahren können die Überzüge nur gei'adlinig von der Austrittsstelle des Materials aus aufgebracht werden. Das Aufsprühen mittels einer

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Flamme erfordert ferner verschiedene Verfahrensschritte bei seiner Anwendung, so daß derart hergestellte Überzüge noch teurer sind, als Chrom-Plattierungen.

Trotz der durch das Aufsprühen von Überzügen mittels Flammen bei hoher Temperatur erreichten Fortschritte bei der Herstellung von Teilen für die Textilindustrie, besteht nach wie vor ein Bedarf an Teilen mit komp3.i ziert er ObErf lache, die eine geringe Reibung haben und gegen Abrieb beständig sind. Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Bedarf zu decken.

Die Erfindung betrifft ein gegen Abrieb beständiges Material

mit niedriger Reibung

/in verschiedenen Formen, wobei wenigstens eine seiner Oberflächen aus stark verdichteten gleichmäßig verteilten, gegen Abrieb beständigen, sphärischen oder sphäroiden Teilchen besteht, die derart teilweise in eine Matrix eingebettet sind, daß ihre hervorragenden Teile eine gleichmäßig wellenförmige Oberfläche bilden. Ini Querschnitt bildet die mattenförmige Oberfläche eine polyre sinosoide Welle. Wenn der Träger ebenfalls aus den gleichen gleichmäßig verteilten Teilchen besteht, so ist es nur erforderlich, daß die äußere Oberfläche mattenfö'rmig ist.

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Die sphärischen oder sphäroidalen Teilchen müssen gegen Abrieb beständig sein und einen Schmelzpunkt über derjenigen Temperatur haben, die bei der beabsichtigten Verwendung entstehen kann, d.h. einen Schmelzpunkt von in der Regel über 200°C. Sie müssen ferner verträglich sein mit dem Material, mit welchem sie bei der Verwendung in Berührung kommen. Die gegen Abrieb beständigen Teilchen müssen zu einer sphärischen oder sphäroidalen Form gebracht sein, so daß sie bei der gleichmäßigen Verteilung und teilweisen Einbettung in eine Matrix aus einem Kunststoff oder dergleichen mit ihren hervorragenden Abschnitten einen tnattenartigen Überzug bilden. Wenn ein langer dünner Film oder ein Fasermaterial unter Zug über eine solche Oberfläche gezogen wird, so berühren der" Film oder das Faserrnatex*ial nur die abgerundeten hervorragenden Teile der gegen Abrieb beständigen Teilchen, so daß die tatsächliche Berührung zwischen diesem Material und der Oberfläche nur sehr gering ist. Solche geringen Berührungsgebiete zwischen dem Fasermaterial und der Oberfläche sind zur Erzielung einer geringen Reibung sehr erwünscht.

Die gegen Abrieb beständigen Teilchen können aus Metalloxyden, Metallcarbiden, Metallboriden, ^etallnitriden oder Metallsiliciden für sich oder in Kombination miteinander bestehen. Zu

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den erfindungsgemäß verwendbaren Metalloxyden gehören beispielsweise Aluminiumoxyd (Al O), Siliziumdioxyd (SiO ), Chromsequioxyd (Cr_oQ_), Hafniumoxyd (HfO ), Berylliumoxyd (BeO), Zirconiumoxyd (Zr0_), Zinnoxyd (SnO₀),"Magnesiumoxyd

£j lit

(MgO), Yttriumoxyd (Y_o0 ), Oxyde von seltenen Erden, Titandioxyd (TiO₀) für sich oder in Gemischen. Geeignete Metallcarbide sind beispielsweise Siliziumcarbid (SiC), Borcarbid (B.C), Hafniumcarbid (HfC), Niobiumcarbid (NbC), Tantalcarbid (TaC), Titancarbid (TiC), Zirconcarbid (ZrC), Molybdäncarbid (Mo C), Chromcarbid (CrC ) und Wolframcarbid (WC). Zu den geeigneten Metallboriden gehören Titanborid (TiB ), Zirconborid (ZrB ), Niobiumborid (NbB ), Molybdänborid (MoB ), l/olfram-

i~t Gt tL

borid (WB ), Tantalborid (TaB ) und Chromborid (CrB). Geeig-

Cl (L

nete Metallnitride sind beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (Si-N,), Titannitrid ( TiN), Zirconnitrid (ZrN), Hafniumnitrid (HfN), Vanadiumnitrid (VN)₁ Niobiumnitrid (NbN)₁ Tantalnitrid (TaJN) und Chrornnitrid (CrN). Geeignete Silicide sind beispielsweise Molybdänsilicid (MoSi ), Tantalsilicid (TaSi ), Wolframsilicid (WSi ), Titansilicid (TiSi ),

Ci L* Ci

Zirconsilizid (ZrSi₀), Vanadiurnsilicid (VSi ), Niobiumsilicid (NbSi ), Chromsilicid (CrSi ) und Borsilicid (B.Si ). i-Jach-

t-t C* Ί S-*

stehend sollen in erster Linie Gegenstände beschrieben werden, die gegen Abrieb beständige Teilchen aus Aiuminiumoxyd enthai-

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ten. Die Erfindung soll aber nicht hierauf beschreinkt sein.

Die Matrix oder die Schicht des Bindemittels kann aus einem beliebigen Material bestehen, das an dem metallischen oder nichtmetallischen Träger haftet und das die teilweise eingebetteten abgerundeten, gegen Abrieb beständigen Teilchen festhält. Solche Materialien sind beispielsweise thermoplastische oder durch Wärme härtbare Harze, Kautschuk, keramische Stoffe, Glas oder Metall oder Gemische hiervon. Die Dicke der Bindeschicht sollte wenigstens die Hälfte des Durchmessers der größten Teilchen betragen, oder d'ie Hälfte des Mittelwertes der Teilchendurchmesser, um damit ein Festhalten der Teilchen zu sichern. Eine Mindestdicke der äußeren Schicht ist nicht erforderlich, wenn das gegen Abrieb beständige Material durch Formen oder Gießen aus einem homogenischen Verbundstoff aus Teilchen und Bindemittel besteht. In diesem letzteren Falls ist es nur notwendig, daß die Teilchen wenigstens 35 Vol.-Jo, vorzugsweise mehr als etwa 50 VoI ♦-Ji, des gesamten Verbundstoffes ausmachen.

Als Träger kann entweder ein reines Metall, eine Metall-Legierung oder ein Kunststoff dienen. Wenn die Wärme gut abgeleitet

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werden soll, vrie z.B. bei der Anwendung in der Textilindustrie, ist ein metallischer Träger vorzuziehen. Metalle, wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze, Titaix und Hone1-Metall sind für diesen Zweck gut geeignet. Monel-Metall ist eine Legierung, die in der Regel 67 % Nickel, 28 % Kupfer, 1 bis 2 % Mangan und 1,9 bis 2,5 % Eisen enthält.

Außer beim Gießen und beim Formen sollte die Schicht des Bindemittels, z.B. aus einem thermoplastischen oder durch Wärme härtbaren Harz, eine Dicke zwischen etwa 2,5 und 2p Mikron haben, vorzugsweise eine Dicke von etwa 7 bis 10 Mikron. Diese Schicht kann anfänglich auf einen Träger aufgebracht werden, und zwar durch übliche Maßnahmen, wie durch Aufsprühen, Aufstreichen, Eintauchen und dergleichen. Erforderlichenfalles kann der überzogene Träger dann erwärmt werden, so daß das Bindemittel klebrig wird. Beim Aufbringen der gegen Abrieb beständigen Teilchen auf die so behandelte klebrige Oberfläche werden die Teilchen teilweise in das Bindemittel eingebettet. Sie werden von dem Bindemittel so festgehalten, daß sie durch Schwerkraft nicht abfallen. Die Teilchen sollten eine sphäroidale oder sphärische Form haben, vorzugsweise eine sphärische Form. Ein Verfahren zur Herstellung solcher sphärischer Teilchen besteht darin, daß man Boule-Pulver in einem Verneuil-

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Brenner für Kristallwachstum schmilzt. Die so hergestellten Teilchen sind praktisch sphärisch und enthalten im Inneren keine durch Schrumpfen entstandenen Lunker. Die genaue Größe der Teilchen kann durch übliche Mittel geregelt werden, z.B. durch Regelung der Teilchengrößen des als Ausgangsstoff verwendeten Pulvers, oder durch Aussieben der gewünschten sphäroidalen oder sphärischen Teilchen.

Die größten Teilchen sollten vorzugsweise nicht mehr als etwa 10-mal größer als die kleinsten Teilchen in einschichtigen und mehrschichtigen Materialien sein. Für homogenes Material, das durch Gießen oder Formen hergestellt ist, kann dieses Verhältnis der Teilchengrößen bis auf 50 erhöht werden. Durch Regelung der Teilchengröße füi/die äußere Schicht kann die Dichte der in die Matrix eingebetteten Teilchen geregelt werden, wodurch man eine gleichmäßige Verteilung von Teilchen bestimmter Größe auf der Oberfläche erholt. Man erhält dadurch eine Oberfläche, deren Querschnitt einer polaren sinusoidalen Welle gleicht, und die besonders gut geeignet ist, für die Anwendung in der Textilindustrie.

Die gegen Abrieb beständigen Teilchen ausgesuchter Größe können auf dem klebrigen Bindemittel abgelagert und in dieses eingebettet werden mittels verschiedener Verfahren. Man kann

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beispielsweise die Teilchen auf die mit dem Bindemittel überzogene Oberfläche aufstreuen, oder man kann den mit dem Bindemittel überzogenen Gegenstand in ein Gefiiß mit den Teilchen eintauchen. Wenn die Teilchen gleichmäßig in der Matrix eingebettet sind, so kann der Gegenstand leicht geschüttelt werden, um lose Teilchen zu entfernen. Dannkann der Gegenstand mit den Teilchen, die im klebrigen Überzug eingebettet sind, ausgehärtet werden, damit die Teilchen in ihrer eingebetteten Stellung festgehalten werden, und damit das Bindemittel fest an dem Träger haftet. Hierdurch entsteht eine mattenartige Oberfläche mit geringer Reibung und Beständigkeit gegen Abrieb, die besonders gut für die Anwendung in der Textilindustrie geeignet ist.

Um die gegen Abrieb beständigen Teilchen noch fester mit der Matrix au verbinden, kann ein zweites oder weiteres Bindemittel auf die Oberfläche des Materials aufgebracht werden. Hierdurch werden die Zwischenräume zwischen benachbarten Teilchen praktisch gefüllt. Als zweites Bindemittel verwendet man vorzugsweise ein verdünntes Harz oder dergleichen mit einer niedrigen Viskosität, um mit ihm die Zwischnnräume durch Kapillaraktion praktisch ganz auszufüllen, ohne hierdurch gleichzeitig eine überschüssige Schicht auf die Oberfläche der vorstehenden Teilchen zu bringen. Das erste und/oder

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das zweite Bindemittel sollten vorzugsweise die Zwischenräume zwischen benachbarten Teilchen soweit füllen, daß eine Oberfläche durch die Mittelpunkte der Teilchen entsteht, und daß unterhalb dieser Überfläche alle Mittelpunkte der benachbarten Teilchen liegen. Dadurch wird ein festes Einbetten der Teilchen in dem Bindemittel gewährleistet.

Die erfindungsgemäßen Materialien und Gegenstände können eine beliebige gewünschte Form haben, von verhältnismäßig geraden Abschnitten bis au Abschnitten mit kompliziert gebogenen Oberflächen, z.B. bei Führungen und anderen Teilen für die Textilindustrie. Der Reibungskoeffizient dieser Verbundstoffe soll bei Verwendung in der Textilindustrie bei der Herstellung von Fasern zwischen et\-.^ra 0,17 und etwa 0,35 ι vorzugsweise bei etwa 0,21 liegen. Der Reibungskoeffizient wird nach einem Verfahren bestimmt, das von Ilowell in dem Buch "Friction in Textiles'¹
Textile Book Publishers, Inc., New York, 1959, Seite 'i2 , beschrieben ist. Die gleichmäßige Verteilung der Teilchen in
der Schicht des Bindemittels ergibt eine sinusoidale polarisierte Wellenform auf der Oberfläche des Trägers, durch welche, die Berührungsfläche mit einem Faden oder tier gleichen, die über die Oberflächen geführt werden, sehr weitgehend verringert wird. Die gleichmäßige Verteilung der Teilchen auf der Ober-

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- 12 fläche des Trägers geht aus den Figuren hervor.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in stark vergrößertem Maßstabe Querschnitte durch Oberflächen, die nach dem Stande der Technik mit Chrom plattiert oder durch Flarnniensprühen hergestellt waren.

Fig. 3 zeigt ebenfalls in vergrößertem Maßstabe die Oberflächen eines Materials nach der Erfindung.

Die zwischen den Pfeilen befindlichen Gebiete sind Schrammen, die bei Fig. 1 durch einen Abrieb von 5 Minuten, bei Fig. 2 durch einen Abrieb von 6OO Minuten und bei Fig. 3 durch einen Abrieb von 900 Minuten erzeugt waren.

Die Fig. k und 5 sind mit dem Elektronenmikroskop durch Abtasten hergestellte Photographien von nicht dem Abrieb unterworfenen und von dem Abrieb unterworfenen oberflächen gemäß Fig. 1 nach dem Stande der Technik.

Die Fig. 6 und 7 sind durch Abtasten erhaltene Photographien im Elektronenmikroskop von dem Abrieb unterworfenen und dem Abrieb nicht unterworfenen Oberflächen nach Fig. 2 gemäß dem Stande der Technik.

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Fig. 8 und 9 sind optische Mikrophotographien von dem Abrieb nicht unterworfenen und dem Abrieb unterworfenen Oberflächen nach Fig. 3.

Das bevorzugte Verfahren zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Überzuges mit einer geringen Reibung und einer hohen Beständigkeit gegen Abrieb auf ein^m Träger aus einem Metall oder einem Nichtmetall mit einer geraden oder komplizierten Form besteht darin, daß man den Träger mit einer dünnen Schicht eines Bindemittels überzieht, wobei übliche Verfahren angewendet werden, z.B. ,Eintauchen, Aufstreichen oder Besprühen. Zu den bevorzugten, aber nicht allein verwendbaren Bindemitteln gehören die durch Wärme härtbaren und thermoplastischen Harze. Sie sollten mit einer Schichtdicke zAfischen etwa 2,5 und etwa 25 Mikron, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von etwa 7 bis 10 Mikron, aufgetragen werden. Zu den brauchbaren Bindemitteln gehören Polyamide, Polybenzimidazole, Polycarbonate, Polyester, Polyäther, Polyolefine, Polyacrylate, Polyacetale, Polysulfone, Polyurethane, Epoxyharze und Glasfritten. In Abhängigkeit von der Art der aufgetragenen Schicht wird dann der mit dem Überzug versehene Träger erhitzt oder solange gelagert, daß das Harz klebrig wird. Es entsteht dann eine Oberfläche, die derjenigen von Fliegeiipapier ähnlich ist.

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- Ik -

Die .Oberflächenschicht sollte so dick und so klebrig sein, daß die Teilchen an ihr lieft en und durch Schwerkraft nicht herabfallen, wenn der Gegenstand mit der Oberfläche nach unten in der offenen Atmosphäre gehalten wird.

Dann bringt man eine Schicht von sphäroiden oder sphärischen, gegen Abrieb beständige Teilchen auf die klebrige Oberfläche

angewendet

auf, wobei übliche Verfahren/werden können, z.B. ein Eintauchen des mit dem Harz überzogenen Trägers in die Teilchen. Dann entfernt man den mit dem Harz überzogenen Träger aus dem. Teilchen und klopft leicht, um überschüssige oder lose haftende Teilchen zu entfernen und eine einzige Schicht von verdichteten und gleichmäßig angeordneten Teilchen zu schaffen, die aus der Bindemittelschicht hervorragen. Das Ganze wird dann so hoch und so lange erhitzt, daß es ganz ausgehärtet wird und/oder daß hierbei das Harz die Teilchen in der Matrix festhält. Die Temperatur und die Zeitdauer hierfür sind abhängig von dem jeweils verwendeten Harz. Wenn die Teilchen ganz in die Harzschicht eingebettet sind, folgt ein weiterer Schritt, z.B. eine Behandlung mit einem Sandstrahlgebläse, ein Vibrieren oder ein Behandeln mit einer Bürste, um das überschüssige Harz von der Oberfläche der Teilchen zu entfernen. Hierbei entsteht eine Oberfläche mit teilweise freigelegten Teilchen,

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die teilweise eingebettet sind, wobei diese Oberfläche eine geringe Reibung und eine hohe Beständigkeit gegen Abrieb hat.

Es können Teilchen verschiedener Größe bei der vorgesehenen

Verwendung/der Textilindustrie angewendet werden, z.B. Teilchen mit Durchmessern von etwa 0,175 Kim und darunter, mit Durchmessern zwischen etwa 0,053 und etwa 0,0^3 mm und mit Durchmessern von etwa 0,0^3 mm und darunter. Vorzuziehen sind Teilchen mit einem kleineren Durchmesser.

Erfindungsgemäß können auch mehr als eine Schicht von gegen Abrieb beständigen Teilchen auf einem Träger befestigt sein. Dies kann erreicht werden durch Aufbringen einer zweiten Harzschicht auf die erste Schicht von eingebetteten Teilchen und Aufbringen weiterer Teilchen auf diese zweite Schicht. Diese weiteren Teilchen können die gleichen oder eine andere Größe als die Teilchen in der ersten Schicht haben. Man kann das Verfahren wiederholen, so daß aus mehreren Schichten bestehende Oberflächen gewünschter Dicke entstehen, wobei die äußersten Schichten vorzugsweise Teilchen geringerer Größe enthalten.

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Erfindungsgemäß kann auch ein homogenes Material hergestellt werden, wobei die gegen Abrieb beständigen Teilchen gleichmäßig in einem Bindemittel oder dergleichen dispergiert sind. Man kann dieses Material so herstellen, daß man gegen Abrieb beständige Teilchen der gewünschten Größe gleichmäßig mit einem Bindemittel mischt. Das Gemisch wird dann in üblicher Weise durch Formen oder Gießen in die gewünschte Form gebracht. Das fertige Teil kann dann mit einem Sandstrahlgebläse oder dergleichen behandelt werden, um überschüssiges Bindemittel zu entfernen. Hierbei treten die gerundeten Oberflachen der gegen Abrieb beständigen Teilchen hervor und es entsteht eine mattenförmige Oberfläche.

Bs kann angebracht sein, das einschichtige oder mehrschichtige Material mit einer letzten Schicht eines Harzes zu überziehen, um die Zwischenräume zwischen benachbarten Teilchen wenigstens soweit auszufüllen, daß die Oberfläche der letzten Schicht in einer Ebene mit den Mittelpunkten der Teilchen liegt und parallel zu dem Träger verläuft. Diese letzte Harzschicht sollte nur dann aufgebracht werden, wenn es erforderlich ist, die Bindung zwischen den Teilchen und der Matrix zu verstärken. Diese letzte Harzschicht sollte in verdünntem Zustande aufgebracht werden, wobei die Viskosität der Harzlösung so gering

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ist, daß sie durch Kapillarwirkung die Zivi sch enräume zwischen benachbarten Teilchen füllt und gleichzeitig den Aufbau einer zu dicken Schicht von Klebstoff auf den anderen Oberflächen der Teilchen vermeidet. Eine verdünnte Harzlösung mit einer Viskosität unter etwa 100 Centipoise ist hierbei geeignet.

Die letzte Harzschicht kann dann nach dem Auftragen durch Erwärmen ausgehärtet werden, wobei die Temperatur und die Erwärmungsdauer von der Art des jeweils verwendeten Harzes abhängen. Wenn ein Überschuß der letzten Harzschicht an der Oberfläche der Teilchen haftet, so kann sie durch übliche Verfahren, z.B. durch leichtes Bürsten oder* durch chemisches Ablösen entfex-nt werden, wobei die abgerundeten hervorragenden Teilchen freigelegt werden. Bei bestimmten Verwendungsarten wird auch durch diese etwa vorhandenes überschüssiges Harz, dae an den Teilchen haftet, entfernt.

Das erfindungsgemäß hergestellte Material hat wenigstens eine äußere Schicht aus stark verdichteten, gleichmäßig verteilten, gegen Abrieb beständigen, sphäroiden oder sphärischen Teilchen, die teilweise in eine Matrix eingebettet sind. Die glatte Oberfläche der hervorragenden Teilchen bildet eine gleichmäßige wellenförmige Oberfläche. Die sphäroiden oder sphäri-

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sehen Teilchen dieser Oberfläche sollten eine Mikrohärte von wenigstens 500 Diamond Pyramid Hardness haben. Zur Verwendung in der Textilindustrie sollte die Oberfläche bei der Reibung mit einer Faser einen Reibungskoeffizienten von 0,35 oder darunter haben.

Beispiel 1

Teilchen verschiedener Größe aus Aluininiumoxyd wurden durch Schmelzen von Boule-Pulver in einem Verneuil-Brermer für Kristallwachstum hergestellt. Die Teilchen waren praktisch sphärisch. Durch Sieben wurden Fraktionen verschiedener Teilchengrößen hergestellt.

Von 6,5 cⁿⁱ großen Führungen aus niedrig gekohltem Stahl wurden Fett und dergleichen durch Waschen in Chloroform entfernt. Man tauchte dann die Führungen in ein Ilarzgemisch , das aus einer 3,3 Gew.-%igen Suspension eines pulverförmigen Epoxyharzes in Chloroform bestand. Verwendet wurde ein handelsübliches Hysol Α7-'*3ΐΛ der Hysol Division der Dexter Corporation. Die überzogenen Führungen wurden dann entfernt und in Luft von Raumtemperatur während 5 Minuten getrocknet. Hierbei entstand

nicht-klebende

eine dünne,/Schicht des Epoxyharzes auf den Führungen. Die überzogenen Führungen wurden dann in einen Behälter eingetaucht ,

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der die Teilchen aus Aluminiumoxyd enthielt. Der Behälter
wurde mehrere Male geklopft, um zu gewährleisten, daß genügende Mengen der Kugeln in Berührung mit den Führungen kamen. Das Ganze wurde dann während 20 Minuten in einem Ofen auf
195 C erwärmt. Hierdurch erweichte die Schicht des Epoxyharzes so weit, daß eine Einzelschicht der Aluminiumkügelchen
aufgenommen wurde. Dann entfernte man das Ganze aus dem Ofen
und kühlte auf Raumtemperatur ab. Anschließend entfernte man
die überzogenen Führungen aus dem Behälter und klopfte jede
Führung mehrere Male, um lose anhaftende Teilchen aus AIuminiumoxyd zu entfernen. Dann wurden die Führungen durch eine Erhitzung auf 195.C während 1 Stunde gehärtet. Dieses Verfahren wurde mit verschiedenen Größen der Teilchen aus Aluminiumoxyd und mit verschiedenen Konzentrationen des pulverförmigen Harzes und des Chloroforms wiederholt. Zusätzlich wurden mehrere Muster mehrfach nach diesem Verfahren behandelt, so daß
mehrschichtige Überzüge entstanden.

Alle diese überzogenen Muster erhielten dann eine weitere Behandlung mit einem Epoxyharz. Sie wurden mit einer verdünnten Harzmischung getränkt, die aus 10 Gew.-Teilen des Epoxyharzes Hysol AS-'i3l8 und 3 Gew.-Teilen eines Amin-Härters H9-3486
bestand, und bis auf einen Feststoffgehalt von 10 Gew.-Si mit
dem Glycoläther S-koG$ verdünnt wurde. Das Imprägnieren wurde

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so durchgeführt, daß man den oberen Teiü/jeder Führung in ein geschlossenes Gefäß eintauchte und die verdünnte Harzmischung durch Kapillarwirkung auf die Führung einwirken ließ. Die so getränkten Führungen wurden dann durch einstündiges Erhitzen auf 195 C gehärtet, worauf man auf Raumtemperatur abkühlte. Einige Muster der Führungen erhielten einen weiteren Harzüberzug, wobei verschiedene Konzentrationen des Harzes in Verdünnungsmittel verwendet wurden. Zusätzlich tauchte man einige Muster in ein Harzgemisch so ein, daß eine Behandlung durch Kapillarwirkung entfiel.

Der Iteibungswert der so behandelten Führungen wurde dann auf einem Shirley Frictometer gemessen, wobei ein Garn aus 70-34-l/2-Z-280-SD-Nylon von DuPont verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in den Tabellen I und II enthalten.

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TABELLE

Reibungswerte von Führungen mit Schichten aus sphärischen Teilchen _____ von Aluminiumoxyd..

Muster Teilchendurchmesser

(mm)

Konzentration Harz in des Harzes in verdünnter Chloroform Form

Anzahl der Schichten

Reibungswert

O CO OO CO

A 0,124 - >0,104

B 0,089 - 0,075

C 0,053 - O,o43

O D 0,037

S 0,053 - 0,043

"""* F 0,037

G 0,124 - 0,104
(erste Schicht)

0,037

(zweite Schicht)

H 0,037

0,037

J 0,037

3,3

3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3

6,0 10,0

20,0

10

10 10 10 10 10 10

10 10 10

1 1 1

3 3 2

1 1 1

Die Faser riß beim Fördern durch die Führung

0,25 (die Faser zerfetzte)

0,215 - 0,23

0,20

0,29

0,25

0,30

0,23
0,26
zu rauh für den Versuch

1 to

ro ro ο

cn co co

TABELLE

II

Reibungswerte von Führungen mit einer anfänglichen Harzkonzentration
von 3?3 Gew.-% in Chloroform (Einzelschicht)

Teilchen durchmesser (mm)	Harz im Verdünner	Feststoffe in verdünnter Form
ro ο <o 0,037 OO	25	15
£ 0,037	33	20
ο 0,037	40	25
CD

Reibungswerte

eingetaucht durch Kapillarkraft

behandelt

0,215

0,23

0,21
0,22
0,22

co

to

CD CD 00

Beispiel 2

Eine Stange aus Hastelloy X mit einer Länge von 38 m»¹ und einem Durchmesser von 25 nun wurde mit einem Sandstrahlgebläse behandelt, in Chloroform gewaschen und erhielt einen ersten Harzüberzug aus einem Harzgemisch, der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung.Das Muster wurde 5 Minuten lang bei Raumtemperatur an Luft getrocknet. In nichtklebrigem Zustande wurde es in einen Behälter gebracht, in welchem sich Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit einem Durchmesser von 0,037 mm und darunter befanden. Das Ganze wurde in einem Ofen 1 Stunde lang bei 100 C gehalten, wobei das Harz soweit erweichte, daß es klebrig wurde und eine Einzelschicht der Kügelchen aufnahm. Dann kühlte man etwa innerhalb von 30 Minuten auf Räumtemperafcir ab, entfernte das Muster und klopfte es leicht, um lose anhaftende Kügelchen zu entfernen. Anschließend härtete man das überzogene Muster durch einstündiges Erhitzen auf 200 C aus und kühlte auf Raumtemperatur ab.

Ein weiterer Harzüberzug wurde dadurch aufgebracht, daß man das Muster in ein Gemisch aus 10 Teilen Araldite Nr. 502 der Ciba Products Co. und einen Teil eines Amin-Harters Ciba Nr. 951 tauchte, das vor dem Eintauchen durch 100 ml Methylathylketon auf 35 ml verdünnt war. Das überzogene Muster wurde dann nach dem Eintauchen durch einstündiges Erhitzen auf 100°C ausge-

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härtet. Der Abrieb dieses Musters wurde dann mit einem 75 c'⁷¹ langen Garn Nr. 2k aus Baumwolle von der Fa. Shuford Mills, Inc. Hickory, N.C., geprüft. Das Garn war zu einer Schlinge geknotet und war mit einer wässrigen Aufschlämmung von Titandioxyd-Pigment getränkt. Das so getränkte Garn wurde über die Oberfläche des überzogenen Musters mit einer linearen Geschwindigkeit von 'i5 m/Min. - 5 % geführt. Das Muster war ein einem Hebelsystem befestigt und so ausbalanziert, daß eine senkrechte Kraft von 210 g τ 5 % gegen das Garn ausgeübt wurde, das die überzogene Oberfläche in einem Winkel von l60 berührte. Die Doppel schlaufe wurde von einer Riemenscheibe angetrieben, die an der Welle eines Motors mit veränderlicher Geschwindigkeit befestigt war. Das Garn lief bei jeder Umdrehung durch die Aufschlämmung von Titandioxyd. Man ließ die Aufschlämmung mittels einer Pumpe kontinuierlich umlaufen. Titandioxyd wurde als Abriebmittel verwendet, da es als Mittel gegen Glanz in synthetischen Fasern verwendet wird.

Die Alriebversuche wurden¹bei 100, 6θΟ und 900 Minuten durchgeführt. Der Reibungskoeffizient an der abgeriebenen Stelle und an der nxchtabgeriebenen Oberfläche wurde wie oben beschrieben mittels eines Shirley-Frictometers bestimmt.

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Ähnliche Versuche zur Bestimmung der Reibung und des Abriebs wurden mit niedrig gekohlten Stahlstäben mit einem Durchmesser von 2,5 cm durchgeführt, die eine'50 Mikron dicke Schicht in Mattenform aus plattiertem Chrom hatten. Dieser Überzug wird unter dem Namen Brame Finish Nr. 3 von der Fa. Brame Textile Machine Co..·, Greensboro, N.C, geliefert. Ein zweites Muster fette eine 50 Mikron dicke Schicht aus 60 % TiO und kO % Al Ö , die durch eine Detonationspistole aufgebracht war. Solche Überzüge werden unter ddr Bezeichnung Typ LA-7 von der Union Carbide Corporation, Materials Systems Division, Coating Service Department, geliefert. Die Oberfläche des durch Detonation aufgebrachten Überzuges hatte eine Rauhheit von 132 microinch
A.A./erhalten durch Behandeln mit einer angetriebenen Bürste und einer wässrigen Aufschlämmung von Siliziumcarbid von * 220 grit size. Dadurch hatte die Oberfläche eine geringe Reibung erhalten. Die Abriebversuche wurden an dem mit Chrom plattierten Muster 1 bis 30 Minuten lang durchgeführt, und an dem mit Flammsprühen überzogenen Muster 120 bis 6OO Minuten lang. Die Reibungskoeffizienten wurden wie oben beschrieben, bestimmt.

Tabelle III ent-Die Ergebnisse dieser Reibungs- und Abriebversuche sind in der / halten. Die mittlere Abrieb sgeschvirindigkeit für das Chrom plattierte Muster lag bei 7i<3 x 10 Mikron/Min., und der Reibungs-

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wert" nahm nach 5 Minuten erheblich zu. Die Abriebsgeschwindigkeit bei dem durch Flammsprühen überzogenen Muster lag bei 2,5 χ 10 Mikron/Min., und der Reibungswert nahm nach 120 Minuten erheblich zu. Die Abriebsgeschwindigkeit für das Mu-

-4 ster mit den Kügelchen aus Aluminiumoxyd lag bei 10,1 χ 10 Mikron/Min., und der Reibungswert blieb auch nach 900 Minuten niedrig.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Oberfläche eines mit Chrom plattierten Musters nach 5 Minuten. Die senkrechte Ver-größerung ist 1000-fach, die waagerechte Vergrößerung 100-fach, Die durch Reibung .erzeugte Schramme ist deutlich glatter als die nicht abgeriebenen Oberflächen auf jeder Seite, was auf den erhöhten Reibungswert hinweist.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Schramme in einem durch Flammsprühen erzeugten Überzug nach einer Behandlung von 600 Minuten. Auch hierbei ist die Schramme glatter als die benachbarten Oberflächenteile.

Fig. 3 zeigt eine entsprechende Schramme nach einer Behandlung von 900 Minuten bei einem Überzug aus Kügelchen von Aluminiumoxyd. Die durch Abrieb entstandene Schramme in der Mitte der Figur läßt sich nicht so deutlich unterscheiden, da ihre Rauh-

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heit etwa die gleiche ist, wie die der benachbarten Oberflächenteile. Das Fehlen einer glatten Spur in der Schramme erklärt den geringen Reibungswert auch nach längerem Abrieb.

Fig. k ist eine durch Abtasten unter dem Elektronenmikroskop erhaltenen Photographie einer nicht beanspruchten chromplattierten Oberfläche in 300-facher Vergrößerung. Man sieht die abgerundeten Knötchen, welche der Grund für die geringe Reibung der Oberfläche sind. Mikroskopisch konnte festgestellt werden, daß schon nach einniinütigem Abrieb einige Knötchen flacher geworden waren. Nach 2 l/2 Minuten Abrieb hatte sich das'Abflachen ausgedehnt, und nach 5 Minuten konnten verhältnismäßig große, flache Gebiete festgestellt werden, wie Fig. 5 es zeigt. Nach 20 minütigem Abrieb war keine Spur der ursprünglichen Oberfläche in dem abgeriebenen Gebiet sichtbar.

Fig. 6 zeigt entsprechend die Oberfläche eines durch Sprühen in der Flamme hergestellten Überzuges in ursprünglichem Zustand bei 300-facher Vergrößerung. Fig. 7 zeigt, wie weit die abgeriebenen Gebiete nach 600 Minuten Abrieb abgeflacht waren.

Fig. 8 ist eine optische Mikrophotographie einer ursprünglichen erfindungsgemäßen Oberfläche in 2^0-facher Vergrößerung. Man

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sieht die eng gepackten Kugel ch en aus Aluniiniumoxyd. Fig. 9 zeigt die gleiche Oberfläche nach einem Abrieb von 900 Minuten. Man sieht , daß auch nach längerem Abrieb die Oberfläche rauh geblieben ist.

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TABELLE

III

Reibung und Abrieb für überzogene Stäbe mit einem Durchmesser von 2,5 cm.

	Überzug	Versuchsdauer	300
		(Min.)	6oo
	chromplattiert,	1	300
K) O	mattenförmig	2,5	6oo
co
OO		5
co		10
CD
		10
O
-<\|		20
CO		20
		30
		30
	in der Flamme	120
	aufgesprüht und	mit
	einer Bürste nachbehandelt


	Kügelchen aus'
	Aluminiumoxyd

Reibungswert

im Ursprung- im abgeriebenen liehen ', Zustand Zustand

Abriebsgeschwindigkeit (Mikron/Min.)

900 0,20-0,21

0,21-0,22

0,21-0,23

0,22

0,24

0,32

^0,40

>0,40

>O,4o

>o,4o

0,38

0,40 0,40

0,23 0,24 0,24

η «m

η .m ι

7,6	X	ίο	I
8,9	X	ίο"²	to VO
7,6	X	ίο"²	I
8,-9	X	ίο"²
6,2	X	ίο"²
7,6	X	ίο"²
6,9	X	ίο"²

η ·γπ ·

2,5 χ 2,5 x

-3 -3

8,4 χ ίο

11,4 χ 10'

-4

"nicht meßbar

ro ro ο cx>

Beispiel 3

Eine Stahlstange mit einer Länge von 38 mm und einem Durchmesser von 10 mm wurde entfettet, mit Sahire geätzt, gespült und getrocknet. Sie erhielt dann einen ersten Ilarzüberzug nach Beispiel 1. Das Muster wurde 5 Minuten lang an Luft bei Raumtemperatur getrocknet und in einem nichtklebrigen Zustand in einen Behälter gebracht, in welchem es mit Kügelchen aus Titancarbid mit Durchmessern zwischen JO und kO Mikron bedeckt wurde. Das Gänse wurde in einem Ofen eine Stunde lang bei 100 C gehalten. Hierbei erweichte das Harz soweit, daß es eine klebrige Oberfläche erhielt und eine Einzelschicht der Kügelchen aufnahm. Dann kühlte man auf Raumtemperatur ab, entfernte das Muster und klopfte es leicht, um lose anhaftende Kügelchen zu entfernen. Anschließend wurde durch halbstündiges Erhitzen auf 195 C ausgehärtet und auf Raumtemperatur abgekühlt.

Ein weiterer Überzug wurde so aufgebracht, daß der überzogene Abschnitt in eine Dispersion von 10 Gew.-Teilen eines Harzes Araldite Nr. 502 der Ciba Products Co. und 1 Teil eines Amin-Härters Ciba Nr. 951 eingetaucht wurde. Das Harzgemisch war vor dem Eintauchen auf 25 ml durch 100 ml Aceton verdünnt worden. Das so überzogene Muster wurde dann 1 Stunde lang bei 100 C ausgehärtet.

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Diis überzogene Muster wurde dann 24O und 480 Minuten lang einer Prüfung auf Abrieb und Reibungswerte in der gleichen Weise unterworfen, wie es im Beispiel 2 beschrieben ist. Die Reibungswerte für die ursprüngliche Oberfläche lagen zwischen 0,21 und 0,22. Die aus Reibung beanspruchte Oberfläche sah nach 24O Minuten etwa so aus, wie die oben beschriebene Oberfläche mit Kügelchen aus Aluminiumoxyd. Die Abreibegeschwindig-

Jj.

keit lag im Mittel bei 21,1 χ 10 Mikron/Min, und der Reibungswert in den beanspruchten Gebieten lag nicht höher als bei der ursprünglichen Oberfläche·

Nach 480 Minuten hatte der Reibungswert auf 0,26 zugenommen, was noch verhältnismäßig niedrig ist. Das beanspruchte Gebiet war noch sehr rauh mit sanft gerundeten Spitzen. Eine optische Mikrophotographie des beanspruchten Gebietes zeigte abgeflachte Stellen auf den Kügelchen aus Titancarbid. Die Abriebsgeschwin-

-4

digkeit lag bei 23,9 χ 10 Mikron/Min.. Die mittlere Abriebsgeschwindigkeit bei beiden Versuchen lag bei 22,4 χ 10 Mikron/ Minut e.

Unter den gleichen Bedingungen wurde ein harter, mit Chrom plattierter Stahlstab mit einem Durchmesser von 10 mm geprüft. Bei Versuchsdauern von 10, 20 und 30 Minuten wurden Abriebsge-

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—2
schwindigkeiten von 12,7 x 10 Mikron/Min, festgestellt

Die abgeriebenen Gebiete waren jedesmal glatt.

Beispiel 4

Ein Stahlstab mit einem Durchmesser von 2,5 cm wurde mit Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit Durchmessern zwischen 0,053 und O,O43 mm überzogen. Ein zweiter gleicher Stahlstab wurde mit Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit Durchmessern zwischen 0,0'±3 und 0,037 mm so überzogen, wie es im Beispiel 2 beschrieben ist. Der letzte Überzug aus Harz wurde durch kapillare Wirkung hergestellt. Verwendet wurde eine 50 %ige Lösung von 10 Gew.-Teilen Harz Ciba 502 und einem Gew.-Teil Ciba-Härter 951 in Aceton.

Abriebsgebiete in den Oberflächen dieser Muster wurden bei einer senkrechten Vergrößerung von 1000 und einer waagerechten Vergrößerung von 100 an diesen Mustern dargestellt. Ebenso wurden die im Beispiel 1 beschriebenen Führungen untersucht, die Einzelschichten von Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit Teilchendurchmessern von 0,053, von 0,0^3 oder 0,037 mm hatten. Die Anzahl der einzelnen abgerundeten Spitzen wurde über· eine bestimmte Strecke gemessen und umgerechnet zu Spitzen je Zentimeter. Diese Werte wurden verglichen mit der berechneten linearen Dichte nach den Durchmessern der Kügelchen unter der

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Annahme, daß die Kügelchen linear dicht gepackt waren. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV enthalten. Die Tabelle zeigt, daß die gemessenen linearen Dichten gut übereinstimmen mit den berechneten und zu erwartenden Werten.

TABELLE IV

Teilchen- gemessen berechnete

durchmesser Anzahl der Meßstrecko Spitzen Anzahl der (mm) Spitzen (mm) je cm Spitzen je cm

0,053-0,043 121 5,8 0,0^3-0,037 ' 97 3,S unter'0,037 215 7i6

Beispiel 5

Zwei Führungen aus niedrig gekohltem Stahl wurden so gereinigt, wie es im Beispiel 1 geschildert ist. Sie erhielten einen ersten Harzüberzug gemäß dem in Beispiellbeschriebenen Verfahren. Man trocknete die Muster an Luft 5 Minuten lang bei Raumtemperatur. In nichtklebrigem Zustande wurden sie in einen Behälter gebracht, in welchem sie dann mit Kügelchen aus Aluminiumoxyd ⁴mit Teilchendurchmessern von 0,037 «im und darunter bedeckt wurden. Man erhitzte das Ganze in einem Ofen während 20 Minuten aus 195 C, wobei das Harz so weich wurde, daß es eine klebrige

207	I89-228
254	228-270
282	> 270

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Oberfläche erhielt und eine einzelne Schicht der Kügelchen aufnahm. Anschließend kühlte man während etwa 30 Minuten auf Raumtemperatur ab und entfernte die Muster. Sie wurden leicht geklopft, um lose anhaftende Kügelchen zu entfernen. Anschließend härtete man durch einstündiges Erhitzen auf 195 C und kühlte auf Raumtemperatur ab.

Dann brachte man einen weiteren Harzüberzug so auf, wie er im Beispiel 1 beschrieben ist. Verwendet wurde eine 33 %i-S^e Dispersion in einem Glycoläther S-4o69 von 10 Gew.-Teilen eines Epoxyharzes AS-43l8 und 3 Gew.-Teilen des Amin-Härters 119-3486. Ein" roter Farbstoff Hysol AC-6238 war zum Färben des Harzes zugegeben. Die überzogenen Muster wurden 1 Stunde lang bei 195 C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.

Die ausgehärteten Muster erhielten einen weiteren Ilarzüberzug nach dem oben beschriebenen Verfahren. Nach dem vollständigen Aushärten wurde jedes der Muster auf einea Frictoiueter geprüft, wobei ein Reibungswert von 0,20 festgestellt wurde.

Beispiel 6

Zwei Führungen aus niedrig gekohltem Stahl wurden so behandelt, wie es im Beispiel 5 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß nur

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ein einziger weiterer Harzüberzug aufgebracht wurde, der aus einer 50 Joigen Dispersion des Harzes Hysol A7-4315 bestand und einen flüssigen blauen Farbstoff AC-6240 enthielt. Dieser letztere Überzug wurde durch Kapillarwirkung aufgebracht. Die überzogenen Muster wurden dann durch 1,5-stündiges Erhitzen bei 195 C ausgehärtet. Bei den beiden Führungen wurden Reibungswerte von 0,215 und 0,225 festgestellt.

Beispiel 7

Das Verfahren des Beispiels 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß der letzte Harzüberzug 10 Gew.-Teile des Harzes Araldite Nr. 502 der Ciba Products Co. und 1 Gew.-Teil des Amin-Härters Ciba Nr. 951 enthielt. Aus diesem Gemisch wurde eine 6o ?6ige Lösung in Aceton hergestellt, welcher der blaue Farbstoff Hysol AC-6240 zugegeben wurde. Das Harzgemisch enthielt 60 % Feststoffe. Dieser letztere Überzug wurde durch Kapillarwirkung aufgebracht. Die überzogenen Muster wurden durch einstündiges Erhitzen auf 100 C ausgehärtet. Es wurden Reibungswerte von 0,195 und 0,21 festgestellt.

Beispiel 8

Es wurde nach dem Verfahren des Beispiels 7 vorgegangen, mit dem Unterschiede, daß Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit Teilchen-

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durchmessen! zwischen 0,053 und 0,0^3 verwendet wurden, und daß ein grüner Farbstoff (Hysol AC-624l) zugesetzt wurde. Es wurden Reibungswerte von 0,2,25 und 0,215 semessen.

Beispiel 9

Ein extrudierter Stab aus Nylon mit einer Länge von 15 cm und einem Durchmesser von 10 mm wurde durch eine Gasflamme geführt, um die Oberfläche zu glätten. Der abgekühlte Stab erhielt einen ersten Harzüberzug wie er im Beispiel 1 beschrieben ist. Man trocknete das Muster 5 Minuten lang an Luft bei Raumtemperatur und brachte es in nichtklebendern Zustande in einen Behälter, in welchem dann Kügelchen von Aluminiumoxyd mit Teilchendurchmessern von 0,037 nun und darunter geschüttet wurden, die den Stab bedeckten. Das Ganze wurde in einem Ofen während 20 Minuten bei 100 C gehalten, wobei das Harz genügend weich wurde, um eine klebrige Oberfläche zu erhalten und eine einzelne Schicht dir Kügelchen aufzunehmen. Während 30 Minuten wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt, worauf das Muster entnommen und leicht geklopft wurde, um lose anhaftende Kügelchen zu entfernen. Das Ganze wiarde dann durch vierstündiges Erwärmen auf 160 C ausgehärtet und auf Raumtemperatur abgekühlt.

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Dann wurde durch Eintauchen ein weiterer Überzug aus einer
35 %igen Lösung von Harz in Aceton aufgebracht. Das Harz enthielt 10 Gew.-Teile Araldite Nr. 502 der .Ciba Products Co. und 1 Gew.-Teil des Amin-Härters Ciba Nr. 951· Das überzogene Muster wurde dvirch einstündiges Erwärmen auf 100 C ausgehärtet. Der gemessene Reibungswert lag bei 0,21.

Beispiel 10

Ein gereinigtes Stahlrohr mit einer Länge von 7i5 cm und einem äußeren Durchmesser von 25 nun wurde mit einem Gemisch aus 10
Gew.-Teilen Epoxyharz (Union Carbide Corporation ERL 2^00) und 3 Gew.-Teilen eines Amin-Härters (UNion Carbide Corporation
ZZL0822) angestrichen. Man hielt 13 Minuten lang in einen Ofen bei 100 C und kühlte ab. Das Harz war jetzt klebrig. Kügelchen aus Aluminiumoxid mit Durchmessern von 0,06l bis 0,053 mm wurden gleich anschließend auf die klebrige Oberfläche aufgestreut. Dann wurde das Muster durch zweistündiges Erwärmen auf 100 C
ausgehärtet. Ein zweiter Überzug wurde nicht aufgebracht. Nach dem Abkühlen hatte die Oberfläche einen Reibungswert von 0,205·

Beispiel 11

In einem Gewichtsverhältnis von 1:1 wurde ein niedrig schmelzendes keramisches Pulver (Owens-Illinois substrate glaze, Artikel Nr. OII58) mit einem flüssigen flüchtigen Bindemittel (Wall~

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Colmony brazing binder Nr. 500 standard) gemischt. Das Genisch wurde auf einen Kupferstab mit einem Durchmesser von etwa 3 mrn aufgestrichen. Der keramische Überzug wurde durch Erhitzen des Stabes auf etwa 470 C geschmolzen. Nach dem Abkühlen hatte der Stab einen Überzug mit einer Dicke von etwa 13 Mikron. Er wurde in Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit Durchmessern von 0,037 mm und darunter gepackt und bis zum Erweichungspunkt von etwa 4.50 C erhitzt. Man kühlte die Packung ab und prüfte den übei'zogenen Stab auf dem Frictometer, wobei ein Reibungswert von 0,205 festgestellt wurde.

Beispiel 12

Ein Gemisch aus 10 Teilen Epoxyharz (Union Carbide Corporation ERL 2400) und 3 Gew.-Teilen eines Amin-IIarters (Union Carbide Corporation ZZL 0822) wurde mit der gleichen Gewichtsmenge Aceton verdünnt. Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit Teilchendurchmessern zwischen 0,053 und 0,043 mm wurden in dieses Gemisch eingerührt, bis es die Konsistenz eines dicken Pfannkuchenteiges hatte. Ein Stahlstab mit einem Durchmesser von 10 mm wurde bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 cm in das Ge.nisch eingetaucht, dann zusammen mit dem anhaftenden Material entfernt, 10 Minuten lang an Luft getrocknet und in einem Ofen durch zweistündiges Erhitzen auf 100 C ausgehärtet. Die Oberfläche hatte einen Reibungswert von 0,20.

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Beispiel 13

25 Gew.-$£ Kügelchen aus Aluminiumoxyd mit Teilchendurchmessern von 0,0^3 mm und darunter und 75 Sew.-Ji eines feinzerkleinerten durch Wärme härtbaren Phenolharzes wurden von Hand in einem Glasgefäß gemischt. Man brachte das Gemisch in eine Stahlform mit einem Durchmesser von 32 mm. Mit einem Stahlkolben wurde es

ο
unter einem Druck von 300 kg/cm zusammengepreßt. Dann erhöhte man die Temperatur während 10 Minuten auf 150 C, hielt während weiterer 10 Minuten bei diesel' Temperatur und kühlte auf Raumtemperatur ab. Nach Abstellen des Druckes wurde der Formkörper aus der Form herausgestoßen. Die zylindrische Oberfläche des Formkörpers wurde dann mit einem Gebläse ( S.S. White air abrasive unit) während etwa 20 Minuten behändelt. Durch das Gebläse wurde reines Calziumcarbonat unter einem Überdruck von 4,2 kg/cm durch eine Düse mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm aufgeblasen. Es wurde dafür gesorgt, daß die ganze Oberfläche gleichmäßig behandelt wurde. Durch diese Behandlung wurde das Harz in der Nähe der Oberfläche entfernt, so daß die Kügelchen freigelegt wurden und einen mattenfönnigen Überzug bildeten. Der Reibungskoeffizient dieser Oberfläche lag, bei 0,20.

Beispiel lk

10 Gew.-Teile eines Epoxyharzes (Union Carbide Corporation ERL 2400) und 3 Gew.-Teile eines Amin-Härters (Union Carbide

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- 4ο -

Corporation ZZL θ822) wurden sorgfältig gemischt. Zu diesem Gemisch gab man 71 Sew.-% Kügelchen von Aluminiumoxyd mit Teilchendurchmessern zwischen 0,053 und 0,043 mm. Das Gemisch wurde solange gerührt, bis die Teilchen gleichmäßig verteilt liar en. Dann brachte man das Gemisch in eine Stahlform mit einer 76 mm langen Aushöhlung mit einem äußeren Durchmesser von 20 mm und einem inneren Durchmesser von 13 mm. Die Form brachte man in einen Ofen und erhitzte 1 Stunde lang auf 100 C. Dann wurde der entstandene Formkörper, der ein Rohr war, entfernt. Die Außenseite des Rohres wurde mit einem Gebläse so behandelt, wie es in Beispiel 13 beschrieben ist, durch das Gebläse wurden aber Teilchen von Rutil (TiO ) mit Teilchendurchmessern unter 0,0^3 mm gefördert. Hierdurch wurde die äußere Schicht des Epoxyharzes entfernt, so daß die Kugelchen von Aluminiumoxyd freigelegt wurden. Die etwas rauhe Oberfläche wurde dann mit einem metallograiDhischen Sclwabbelrad atis Filz behandelt , das Diamanten mit Teilchendurchmossern von 1 Mikron enthielt, und zwar während etwa 5 Minuten. Der Reibungskoeffizient dieser Oberfläche lag bei 0,21.

Beispiel 15

Kügelchen von Aluminiumoxyd mit Teilchendurchmessern von zwischen 0,053 und Ο,θ43 mm wurden zu Nicrobraze 500 in einem Glasbecher gegeben, bis das Gemisch die Konsistenz eines dicken

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- kl -

Pfannkuchenteiges hatte. Nicrobraze 500 ist ein flüssiges, flüchtiges Bindemittel, das von der Wall Colmonoy Co. hergestellt wird. Es wird verwendet, um pulverförmige, zum Löten dienende Bestandteile an metallische Oberflächen zu binden. Ein Stahlstab mit einem Durchmesser von 10 mm, der in einem Gebläse mit Teilchen von Aluminiumoxyd mit Durchmessern von 0,25 mm behandelt war, wurde in das Gemisch aus Aluniiniumoxyd und Nicrobraze bis in eine Tiefe von 25 mm eingetaucht und dann sofort entfernt. Der so überzogene Stab wurde dann 1 Stunde lang bei 100 C gehalten, um alle Lösungsmittel auszutreiben. Anschließend wurde er auf Raumtemperatur gekühlt. Der Stab wurde dann mit einem Gemisch aus 10 Gew.-Teilen Epoxyharz (Union Carbide Corporation ERL 2400) und 3 Gew.-Teilen eines Amin-JIärters (Union Carbide Corporation ZZL 0822) überzogen ^% und dann 1 Stunde lang in einem Ofen bei 100°C gehalten. Nach dem Entfernen aus dem Ofen wurde der Stab auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde an der Oberfläche ein Reibungskoeffizient von 0,195 gemessen.

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Claims

Patentansprüche

gekennzeichnet, daß wenigstens eine seiner Oberflächen aus stark verdichteten, gleichmäßig verteilten,

gegen Abrieb beständigen, sphärischen oder sphäroiden Teil.« chen besteht, die derart teilweise in eine Matrix eingebettet sind, daß ihre hervorragenden Teile eine gleichmäßig wellenförmige Oberfläche bilden.

2. Gegenstand nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Matrix besteht, in welcher die Teilchen durchgehend eingebettet sind.

3. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einein Träger besteht, auf dem wenigstens eine äußere Schicht von in der Matrix eingebetteten Teilchen angeordnet ist.

k, Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus einem Metalloxyd, einem Metallcarbid, einem Metallborid, einem Metallnitrid oder einem Metallsilicid bestehen.

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5» Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch geken n-

zeichnet, daß die Teilchen aus Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd, Chroiiisesquioxyd, Berylliumoxyd, Zirkoniumoxyd, Zinnoxyd, Magnesiumoxyd, Hafniumoxyd, Titandioxyd, Yttriumoxyd oder dem Oxyd einer Seltenen Erde besteht.

6. Gegenstand nach einem der Aussprüche 1 bis 51 d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Matrix aus Kautschuk, einem Harz, einem keramischen Stoff, einem Glas oder einem Metall besteht.

7· Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus einem in der Wärme gehärteten oder thermoplastischen Harz besteht.

8. Gegenstand nach Anspruch 6 oder 7i dadurch

gekennzeichnet, daß die Matrix aus einem
Epoxyharz besteht.

9· Gegenstand nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennz eic hnet, daß der Träger aus einem Metal3. einer Metall-Legierung oder einem Kunststoff besteht.

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10. Gegenstand nach Anspruch 9» dadurch geken nzeichnet, daß der Träger aus Stahl mit einem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff besteht.

11. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß seine Oberfläche einen Reibungswert zwischen etwa 0,17 und etwa 0,35 hat.

12. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man auf wenigstens einen Teil des Trägers wenigstens eine Schicht eines Bindemittels aufbringt, in welcher die Teilchen in gleichmäßiger Verteilung teilweise eingebettet sind, und daß man dann die Schicht des Bindemittels so behandelt, daß die Teilchen fest mit ihr verbunden werden.

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch geken nzeichnet, daß man bei Uberdeckung der in das Bindeglied eingebetteten Teilchen die Oberfläche so behandelt, daß die Teilchen teilweise aus dem Bindemittel hervorragen.

l4. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13»dadurch g ekennzeichnet, daß man auf den Träger zunächst eine Schicht des Bindemittels aufbringt, das Bindemittel

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klebend macht und darauf die Teilchen in wenigstens einer Schicht so aufbringt, daß sie teilweise aus dem Bindemittel hervorragen.

15. Verfahren nach Anspruch jA, dadurch ge ken nzeichnet, daß man nach dem Aufbringen der Teilchen durch Aufbringen einer weiteren Schicht eines Bindemittels die Zwischenräume zwischen den Teilchen so weit füllt, daß das weitere Bindemittel eine Oberfläche durch Mittelpunkte der Teilchen bildet, und daß man diese weitere Schicht dann so behandelt, daß die Teilchen fest mit ihr verbunden werden.

16. Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes nach einem der Ansprüche 2 oder k bis 11, dadurch geke n..nzeichnet, daß man wenigstens 35 Vol.^% der Teilchen mit höchstens 65 Vol.-% des die Matrix bildenden Materials gleichmäßig mischt, das Gemisch in eine Form bringt, und in dieser dann den Gegenstand bildet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch geken nzeichnet, daß man als das die Matrix bildende Material ein Bindemittel verwendet und das Gemisch in der Form unter Druck bei erhöhter Temperatur behandelt.

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-U-L e e r s e i t e