DE2237834A1 - ITEM MADE OF A METALLIC BASE BODY WITH A METALLIC COATING - Google Patents
ITEM MADE OF A METALLIC BASE BODY WITH A METALLIC COATINGInfo
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Description
Gegenstand aus einem metallischen Grundkörper mit einer metallischen BeschichtungObject made from a metallic base body with a metallic coating
Die Erfindung betrifft einen Gegenstand aus einem metallischen Grundkörper mit einer metallischen Beschichtung.The invention relates to an object made of a metallic material Base body with a metallic coating.
Es ist bekannt, metallische Gegenstände zur Verbesserung ihrer Oberflächeneigenschaften mit einer Beschichtung zu versehen, was beispielsweise durch Elektroplattieren erfolgen kann.It is known to provide metallic objects with a coating to improve their surface properties, which can be done, for example, by electroplating.
Es hat sich nun herausgestellt, daß die metallischen Beschichtungen bei den bekannten Gegenständen den an sie gestellten Forderungen nicht in vollem Umfang gerecht werden.It has now been found that the metallic coatings in the case of the known objects do not fully meet the demands placed on them.
309807/0934309807/0934
A 39 579 b *> - Jir- A 39 579 b *> - Jir-
k-me 31.o7.72k-me 31.o7.72
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen Gegenstand aus einem metallischen Grundkörper mit einer verbesserten, metallischen Beschichtung vorzuschlagen.The invention was therefore based on the object of a new object To propose a metallic base body with an improved metallic coating.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand aus einem metallischen Grundkörper mit einer metallischen Beschichtung gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die metallische Beschichtung ein Streifengefüge aufweist und eine relativ grosse Härte besitzt.This object is achieved by an object made of a metallic base body with a metallic coating, which thereby is characterized in that the metallic coating has a strip structure and is relatively hard.
Aus der DOS 2 öl7 18o ist ein Verfahren zum Honen und Elektroplattieren bekannt, bei welchem die metallische Oberfläche eines Werkstücks zunächst elektrochemisch gehont wird, wobei ein Strom in* einer Richtung fließt, bei welchem anschließend ein Elektroplattier- und Honzyklus durchgeführt wird, um unter gleichzeitigem Honen Metall auf der Oberfläche des Werkstücks abzuscheiden bzw. Metall auf diese Oberfläche aufzuplattieren, wobei der Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, und bei welchem schließlich der Stromfluß unterbrochen wird und ein weiterer Honvorgang durchgeführt wird, um das gewünschte Oberflächenfinisch durch mechanisches Abtragen von Material herbeizuführen.A method for honing and electroplating is from DOS 2 Öl7 18o known, in which the metallic surface of a workpiece is first honed electrochemically, with a current flows in one direction, in which an electroplating and honing cycle is then carried out in order to at the same time Honing to deposit metal on the surface of the workpiece or to plate metal on this surface, the Current flows in the opposite direction, and in which finally the current flow is interrupted and another Honing process is carried out in order to bring about the desired surface finish by mechanical removal of material.
Aus der DOS 2 o29 646 ist ein ähnliches Elektroplattier- und Honverfahren bekannt, bei welchem die metallische Oberfläche eines Werkstücks zunächst durch Honen gereinigt wird, bei welchem das Honwerkzeug anschließend als Elektrode verwendet wird, um einen Elektroplattier- und Honzyklus durchzuführen, in dessen Verlauf unter gleichzeitigem Honen Metall auf der Oberfläche des Werkstücks abgeschieden wird, und bei welchem der Strom-From DOS 2 o29 646 is a similar electroplating and Honing method known in which the metallic surface of a workpiece is first cleaned by honing, in which the honing tool is then used as an electrode to perform an electroplating and honing cycle during which metal on the surface is honed with simultaneous honing of the workpiece is deposited, and at which the current
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fluß dann unterbrochen wird, um in einem weiteren Honvorgang durch mechanischen Materialabtrag das gewünschte Oberflächenfinisch zu erzeugen.flow is then interrupted to be used in a further honing process the desired surface finish through mechanical material removal to create.
Bei diesen bekannten Elektroplattiei— und Honverfahren wird also die metallische Oberfläche des Grundkörpers entweder durch rein mechanisches oder durch elektrochemisches-Honen gereinigt, und es erfolgt anschließend ein Elektroplattieren mit hohen Stromdichten und entsprechend hoher Metallabscheidungsgeschwindigkeit und schließlich eine genaue Oberflächenbearbeitung durch Honen. Bei den bekannten Verfahren kann somit ein Ätzen der zu plattierenden Oberfläche in einer Säure und/oder ein Maskieren benachbarter Oberflächenteile entfallen. Das Metall wird nämlich nur auf den Oberflächenteilen abgeschieden, die der Elektrode eng benachbart sind, welche in diesem Fall gleichzeitig das Honwerkzeug bildet.With these known electroplating and honing processes the metallic surface of the base body is cleaned either by purely mechanical or electrochemical honing, and electroplating is then carried out with high current densities and a correspondingly high metal deposition rate and finally, an accurate surface treatment by honing. Etching can thus be carried out in the known methods the surface to be plated in an acid and / or masking of adjacent surface parts is not necessary. The metal namely, is only deposited on the surface parts that are closely adjacent to the electrode, which in this case simultaneously the honing tool forms.
Es ist bekannt, daß die meisten Beschichtungen, welche unter Anwendung üblicher elektrolytiseher Verfahren abgeschieden werden, ähnliche Eigenschaften besitzen wie ein geschmiedetes Metall der gleichen Zusammensetzung. Nicht legierte, durch Elektroplattieren abgeschiedene Schichten stehen dabei üblicherweise unter Zugspannungen und würden sich zusammenziehen, wenn sie nicht von dem sie tragenden Grundkörper daran gehindert würden. Das Kristallwachstum erfolgt senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers, was mit Hilfe der üblichen, metallographischen Prüfverfahren nachgewiesen werden kann. Änderungen der Härte, der inneren Spannungen und der kristallinen Struktur könnenIt is known that most of the coatings applied using common electrolytic processes are deposited, have properties similar to those of a forged metal of the same composition. Not alloyed, by electroplating deposited layers are usually under tensile stress and would contract if they would not be prevented from doing so by the basic body that supports them. The crystal growth occurs perpendicular to the surface of the Basic body, what with the help of the usual, metallographic Test method can be demonstrated. Changes in hardness, internal stresses and the crystalline structure can
-U--U-
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durch Verwendung von Zusätzen zu den Elektrolyten erreicht werden, durch welche in die Beschichtung ein oder mehrere Legierungsbestandteile eingebracht werden. Diese Legierungsbestandteile können metallische oder nicht metallische Atome sein, wie zum Beispiel Schwefel und Phosphor.can be achieved by using additives to the electrolytes, through which one or more alloy components are introduced into the coating. These alloy components can be metallic or non-metallic atoms, such as sulfur and phosphorus.
Es hat sich nun herausgestellt, daß bei Anwendung der vorstehend beschriebenen Elektroplattier- und Honverfahren metallische Beschichtungen hergestellt werden können, die frei von Legierungsbestandteilen, wie Phosphor oder Schwefel, sind und welche sich durch innere Druckspannungen, eine über der normalerweise erzielten Härte liegende Härte und ein Streifengefüge ihrer kristallinen Struktur auszeichnen. Die Säulenstruktur der in üblicher Weise durch Elektroplattieren erzeugten Schichten kann in ein Streifengefüge umgewandelt werden, indem man Zusätze verwendet, die dazu führen, daß gleichzeitig mit dem Metall Materialien, wie Schwefel oder Phosphor, abgeschieden werden. Eine solche Umwandlung der Gefügestruktur ist erwünscht, da eine Schicht mit einem Streifengefüge fester und härter ist und geringere, innere Zugspannungen aufweist. Das Vorliegen geringer, innerer Zugspannungen und vorzugsweise sogar das Vorliegen von inneren Druckspannungen ist erwünscht, da die Haltbarkeit höher ist, wenn die Oberfläche eines Gefüges unter inneren Druckspannungen steht. Andererseits bringt das Einlegieren von Schwefel den Nachteil mit sich, daß das Dehnungsvermögen bzw. die Duktilität des Metalls verringert wird, daß die Korrosionsempfindlichkeit erhöht wird und daß die Beschichtung warmbrüchig wird (d.h. in warmem Zustand sehr spröde). Darüberhinaus istIt has now been found that using the electroplating and honing processes described above, metallic coatings can be produced that are free of alloy components, such as phosphorus or sulfur, and which are due to internal compressive stresses, one above that normally achieved Hardness is characterized by hardness and a striped structure of its crystalline structure. The pillar structure of the in usual Layers created by electroplating can be converted into a strip structure by using additives, which lead to materials such as sulfur or phosphorus being deposited at the same time as the metal. One Such a transformation of the microstructure is desirable, since a layer with a strip structure is stronger and harder and less, has internal tensile stresses. The presence of low, internal tensile stresses and preferably even the presence of Internal compressive stress is desirable because durability is higher when the surface of a structure is under internal compressive stress stands. On the other hand, the alloying of sulfur has the disadvantage that the elongation or the The ductility of the metal is reduced, the sensitivity to corrosion is increased and the coating becomes hot-brittle becomes (i.e. very brittle when warm). In addition, is
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der Einfluß dieser Legierungsbestandteile auf die inneren Spannungen zu gering, um die normalerweise vorliegenden, inneren" Zugspannungen zu überwinden oder gar die erwünschten, hohen Druckspannungen in der Beschichtung zu erzeugen.the influence of these alloy components on the internal stresses too low to overcome the normally present "internal" tensile stresses or even the desired high ones Generate compressive stresses in the coating.
Es hat sich nun aber gezeigt, daß sich mit den bekannten Plattier- und Honverfahren die durch Zugabe von Schwefel erreichbaren Vorteile erzielen lassen, ohne daß die mit Schwefeladditiven verbundenen Nachteile auftreten würden. Ausserdem hat es sich gezeigt, daß sich mit diesen Verfahren in der Beschichtung höhere Druckspannungen aufbauen lassen, welche besonders zur Erhöhung der Haltbarkeit erwünscht sind.It has now been shown, however, that with the known plating and honing processes allow the benefits attainable by adding sulfur to be achieved without sacrificing those with sulfur additives associated disadvantages would occur. It has also been shown that with this method in the coating allow higher compressive stresses to build up, which are particularly useful for Increases in shelf life are desirable.
Ein typischer Gegenstand gemäß vorliegender Erfindung besteht aus einem metallischen Grundkörper und einer darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung, welche ein Streifengefüge aufweist, welches in ihr durch einen mechanischen Materialabrieb während ihrer Abscheidung erzeugt wird; ferner besitzt die Beschichtung eine wesentlich grössere Härte als eine nach den üblichen Verfahren abgeschiedene Beschichtung aus dem gleichen Material.A typical article of the present invention is from a metallic base body and a metallic coating applied to it, which has a strip structure, which is generated in it by mechanical material abrasion during its deposition; also has the coating a significantly greater hardness than a coating deposited from the same using conventional methods Material.
In Weiterbildung der Erfindung hat es sich besonders bewährt, wenn der Grundkörper des Gegenstandes aus Gußeisen, Stahl, Aluminium, Titan, rostfreiem Stahl, Bronze oder einem Spritzgußmaterial auf Zinkbasis besteht.In a further development of the invention, it has proven particularly useful if the base body of the object is made of cast iron, steel, Aluminum, titanium, stainless steel, bronze or a zinc-based injection molding material.
Ferner hat es sich bewährt, wenn die Beschichtung als überwie-It has also proven useful if the coating is the predominant
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genden Bestandteil Kupfer, Nickel, Kobalt, Chrom, Bronze, Zinn, Eisen, Silber oder Kadmium enthält. Vorzugsweise ist die Beschichtung dabei etwa 12,7 μ bis 254 μ stark und im wesentlichen frei von Schwefel. Vorzugsweise liegt der Schwefelgehalt der Beschichtung unter etwa o,ol %.contains copper, nickel, cobalt, chromium, bronze, tin, iron, silver or cadmium. Preferably the coating is about 12.7 μ to 254 μ thick and essentially free of sulfur. Preferably the sulfur content is the coating below about o, ol%.
Wenn die Beschichtung überwiegend Nickel oder Kobalt enthält, liegt ihre Knoop-Härte üblicherweise mindestens bei etwa 5oo; wenn sie dagegen überwiegend Kupfer enthält, liegt ihre Knoop-Härte üblicherweise bei mindestens etwa 2oo*, und wenn sie überwiegend Chrom enthält, liegt ihre Knoop-Härte üblicherweise bei mindestens etwa 1.3oo.If the coating contains predominantly nickel or cobalt, its Knoop hardness is usually at least about 500; if, on the other hand, it contains predominantly copper, its Knoop hardness lies usually at least about 2oo *, and if it contains predominantly chromium, its Knoop hardness is usually around at least about 1,3oo.
Die innere Spannung der Beschichtung ist üblicherweise eine Druckspannung, die bei überwiegend aus Kupfer bestehenden Be-The internal stress of the coating is usually one Compressive stress that occurs when the load is predominantly made of copper
2 Schichtungen zwischen etwa 562 und 633 kg/cm liegt, die bei überwiegend aus Nickel bestehenden Beschichtungen zwischen et-2 layers between about 562 and 633 kg / cm, the coatings consisting predominantly of nickel between et-
2
wa 2.46ο und 3.16o kg/cm liegt und die bei überwiegend aus
Kobalt bestehenden Beschichtungen zwischen etwa 2.39o und2
wa 2.46ο and 3.16o kg / cm and the coatings consisting predominantly of cobalt between about 2.39o and
2
3.73o kg/cm liegt.2
3.73o kg / cm.
Die Oberfläche der Beschichtung besitzt nach dem Abscheiden typischerweise eine Genauigkeit, die gegenüber einer vorgegebenen Form in einem Toleranzbereich von etwa 5 μ liegt.After the deposition, the surface of the coating typically has an accuracy that is within a tolerance range of about 5 μ compared to a given shape.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:Further details and advantages of the invention are provided below explained in more detail using a drawing. In the drawing show:
3 0 9 8 0 7/09343 0 9 8 0 7/0934
A 39 579 b k-146A 39 579 b k-146
31.o7.7231.o7.72
Fig. 1 eine Mikrofotographie eines geätzten Querschnitts durch einen Gegenstand mit einem Grundkörper aus Gußeisen,
welcher eine Kupferbeschichtung trägt, die in einem üblichen Elektroplattierverfahren abgeschieden wurde, und
zwar in 2oo-facher Vergrösserung,1 shows a photomicrograph of an etched cross section through an object with a base body made of cast iron,
which has a copper coating deposited in a conventional electroplating process, magnified 2oo times,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende,Mikrofotographie einesFIG. 2 shows a microphotograph of a FIG. 1 corresponding to
entsprechenden Gegenstandes gemäß der Erfindung, wobei jedoch die Kupferbeschichtung auf dem aus Gußeisen bestehenden Grundkörper durch Honen und Plattieren er-' zeugt wurde,corresponding article according to the invention, but with the copper coating on the existing cast iron Base body was produced by honing and plating,
Fig. 3 eine Mikrofotographie eines geätzten Querschnitts durch
einen Gegenstand mit einem 4.13o-Stahl-Gruhdkörper,
welcher eine Nickelbeschichtung trägt, die in einem üblichen Elektroplattierverfahren abgeschieden wurde, und
zwar in 2oo-facher Vergrösserung,3 shows a photomicrograph of an etched cross-section through an object with a 4.13o steel base body,
which has a nickel coating deposited in a conventional electroplating process, magnified 2oo times,
Fig. 1+ eine der Fig. 3 entsprechende Mikrofotographie eines Gegenstandes
gemäß der Erfindung, bei welchem die Nickelbeschichtung auf dem 4.13o-Stahl-Grundkörper durch
Honen und Plattieren erzeugt wurde, sowie1+ shows a microphotograph corresponding to FIG. 3 of an object according to the invention, in which the nickel coating on the 4.13o steel base body is through
Honing and plating was produced as well
Fig. 5 . · 'Fig. 5. · '
bis 8 schematische Darstellungen der Mikrofotographien gemäß Fig. 1 bis H.to 8 are schematic representations of the microphotographs according to FIGS. 1 to H.
30 9 807/ 0 9.330 9 807/0 9.3
A 39 579 b k-146 31.o7.72A 39 579 b k-146 31.o7.72
Kupfer-, Nickel- und Kobaltbeschichtungen wurden unter Anwendung üblicher Elektroplattierverfahren zu Vergleichszweckeη mit den Gegenständen gemäß der Erfindung auf zylindrische Grundkörper aufgebracht, und es wurden ausgewählte, physikalische Eigenschaften der Beschichtungen und der Gegenstände ausgewertet. Copper, nickel and cobalt coatings were made using conventional electroplating techniques for comparison purposes With the objects according to the invention applied to cylindrical base bodies, and selected physical Properties of the coatings and the objects evaluated.
Zum Plattieren der Innenflächen zylindrischer Teile wurden bevorzugte Zusammensetzungen für Elektroplattierlösungen und bevorzugte Herstellungsverfahren ausgewählt. Insbesondere wurden Herstellungsverfahren ausgewählt, bei denen Anoden verwendet werden, die in sämtlichen Plattierlösungen unlösbar sind. Unlösbare Anoden zur Erzeugung einer gleichförmigen Stromverteilung an der Innenfläche einer Bohrung werden bei den bekannten Herstellungsverfahren bereits verwendet, wobei gleichzeitig externe Systeme zum Regenerieren und zur Aufrechterhaltung der Zusammensetzung der Lösung vorgesehen sind. Bei den Sulfat-Lösungen, deren Zusammensetzungen in Tabelle A im einzelnen angegeben sind, wurden Anoden aus einer Bleilegierung verwendet, die 7 % Zinn enthielt.For plating the inner surfaces of cylindrical parts, they have been preferred Electroplating solution compositions and preferred manufacturing methods selected. In particular, were Manufacturing processes are selected that use anodes that are insoluble in all plating solutions. Unsolvable Anodes for generating a uniform current distribution on the inner surface of a bore are known in the art Manufacturing process already used, at the same time external Systems for regenerating and maintaining the composition of the solution are provided. With the sulfate solutions, the compositions of which are given in Table A in detail, anodes made of a lead alloy were used, which contained 7% tin.
Zum Reinigen und zur Oberflächenaktivierung wurden folgende Verfahren angewandt: 1. Dampfentfettung in Trichloräthylen, 2. elektrolytische Reinigung in einer heissen, alkalischen Reinigungslösung und 3. Eintauchen in 3N-Salzsäure zum Neutralisieren des Alkalis und zum Entfernen von Oberflächenoxyden. Gußeisengrundkörper wurden zunächst mit einem Kupferzyanid-Niederschlag plattiert, bevor die Kupferplattierung in saurer Lö-The following methods were used for cleaning and surface activation used: 1. vapor degreasing in trichlorethylene, 2. electrolytic cleaning in a hot, alkaline cleaning solution and 3. Immersion in 3N hydrochloric acid to neutralize the alkali and remove surface oxides. Cast iron bodies were first plated with a copper cyanide precipitate before the copper plating in acidic solution.
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sung erfolgte. Gegenstände mit einem Grundkörper aus 4.13ο- und 5.615-Legierungsstahl wurden'zunächst mit einem Nickelniederschlag versehen, ehe entweder Nickel oder Kobalt aufplattiert wurde. Die Zusammensetzung der Lösung zur Erzeugung des Nickelniederschlags ist in Tabelle A angegeben.solution took place. Objects with a basic body from 4.13ο- and 5,615 alloy steel were initially deposited with a nickel deposit provided before either nickel or cobalt has been plated. The composition of the solution used to generate the nickel deposit is given in Table A.
Messung der. physikalischen EigenschaftenMeasurement of. physical properties
Härte:Hardness:
Teile der zylindrischen Prüfkörper wurden zum metallographischen Polieren und zur Untersuchung montiert. Die ermittelten Härten sind in Tabelle C angegeben. Die Druckmarken zur Ermittlung der Härte wurden mit einem Tukon-Prüfgerät unter Verwendung eines Knoop-Prägestempels zur Messung der Härtezahlen erzeugt. Das Tukon-Prüfgerät wurde verwendet, da mit ihm dünne Beschichtungen leicht gemessen werden können.Parts of the cylindrical test specimens were assembled for metallographic polishing and examination. The hardnesses determined are given in Table C. The print marks for determining the hardness were measured with a Tukon tester using a Knoop stamp for measuring the hardness numbers generated. That Tukon tester was used because it is easy to measure thin coatings.
Struktur:Structure:
Die zerteilten und polierten Prüfkörper wurden unter Anwendung üblicher, metallographischer Verfahren geätzt, um die Struktur der Beschichtung zu ermitteln. Die Figuren 1 bis 4 zeigen die Strukturen typischer Beschichtungen. Im einzelnen zeigen Fig. 1 und 3 die typische Säulenstruktur von in üblicher Weise durch Elektroplattieren aufgebrachten Beschichtungen, während Fig. 2 und 4 das Streifengefüge erkennen lassen, welches für die durch Honen und Plattieren hergestellten Beschichtungen erfindungsgemäßer Gegenstände typisch ist.The cut and polished specimens were used common metallographic process to determine the structure of the coating. Figures 1 to 4 show the Structures of typical coatings. In detail, FIGS. 1 and 3 show the typical column structure of FIG Electroplating applied coatings, while FIGS. 2 and 4 show the strip structure, which for the through Honing and plating produced coatings according to the invention Objects is typical.
- Io -- Io -
3098077093430980770934
A 39 579 b ΑΛ - Jk> -A 39 579 b ΑΛ - Jk> -
k-l>*6 W kl> * 6 W
31.07.7207/31/72
Durch Elektroplattieren abgeschiedene, metallische Schichten besitzen häufig innere Spannungen, und zwar entweder Druckspannungen oder Zugspannungen. Diese Spannungen rufen Kräfte an der Grenzfläche zwischen der abgeschiedenen Schicht und dem Grundkörper hervor, welche die Adhäsion, die Stärke und die Duktilität der Beschichtung beeinflussen können. Die inneren Spannungen wurden aufgrund der Durchmesseränderung der zylindrischen Prüfkörper ermittelt, die eintrat, wenn diese parallel zu ihrer Achse geschnitten wurden. Die Durchmesseränderungen sind in Tabelle C festgehalten. Aus den dort angegebenen Daten wurden die inneren Spannungen gemäß folgender Formel ermittelt:Have metallic layers deposited by electroplating often internal stresses, either compressive stresses or tensile stresses. These tensions call forces on the Interface between the deposited layer and the base body which can affect the adhesion, strength and ductility of the coating. The internal tensions were determined on the basis of the change in diameter of the cylindrical test specimen that occurred when it was parallel to its axis were cut. The changes in diameter are recorded in Table C. The data given there became the internal Stresses determined according to the following formula:
Et2 Et 2
S .S.
wobei:whereby:
E = Elastizitätsmodul des Grundkörpers in psi ( 1 psi = o,o7 kg/cm2)E = modulus of elasticity of the base body in psi (1 psi = 0.07 kg / cm 2 )
S = Spannung in psiS = stress in psi
t = Dicke des Substrats in Zollt = thickness of the substrate in inches
d = Dicke des Niederschlags in Zolld = thickness of precipitation in inches
/\p = Änderung des Zylinderdurchmessers. / \ p = change in cylinder diameter.
Diese Formel wurde von A. Brenner und S. Senderoff in dem Aufsatz "A Spiral Contractometer for Measuring Stress in Electrodeposits" , veröffentlicht in J. Research NBS, Ho, Seiten 89 bis (19 49), vorgeschlagen.This formula was proposed by A. Brenner and S. Senderoff in the article "A Spiral Contractometer for Measuring Stress in Electrodeposits" published in J. Research NBS, Ho, pages 89 to (19 49).
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A 39 579 b ήή - « -A 39 579 b ήή - «-
k-146 'k-146 '
31.o7.7231.o7.72
Die nach dieser Formel errechneten Spannungswerte für die verschiedenen Prüfkörper sind in Tabelle D festgehalten. Die in Tabelle D angegebenen Werte sind Näherungswerte, da einige der Parameter in obiger Gleichung nur geschätzt werden konnten. Die Änderung des Durchmessers der zylindrischen Prüfkörper wurde errechnet, indem die Änderung bei einem unbeschichteten Zylinder von der gemessenen Änderung für .einen beschichteten Zylinder abgezogen wurde. Der Elastizitätsmodul für die Grundkörper aus Stahl und Gußeisen wurde mit 3o.ooo.ooo psi bzw. 15.ooo.ooo psi angenommen. Das Verhältnis der Dicke der Zylinderwand zur Dicke der Beschichtung war derart, daß die Ablenkungen klein waren und praktisch nicht genau zu messen waren. Die Messungen der Dicke der Zylinderwand und der Beschichtung waren ebenfalls Fehlern unterworfen.The voltage values calculated according to this formula for the various Test specimens are recorded in Table D. The values given in Table D are approximate, as some of the Parameters in the above equation could only be estimated. The change in the diameter of the cylindrical test specimen was calculated by subtracting the change for an uncoated cylinder from the measured change for a coated cylinder became. The modulus of elasticity for the base body made of steel and cast iron was 3o, ooo, ooo psi and 15, ooo, ooo psi accepted. The ratio of the thickness of the cylinder wall to the thickness of the coating was such that the deflections were small and were practically impossible to measure accurately. The measurements of the thickness of the cylinder wall and the coating were also errors subject.
. .Wassers.toffgehalt. Water content
TeiLe der erfindungsgemäßen Prüfkörper und der in üblicher Weise hergestellten Prüfkörper wurden hinsichtlich eines verbliebenen Wasserstoffgehalts untersucht, und zwar unter Anwendung der Vakuum-Schmelzflußanalyse.Parts of the test specimens according to the invention and the test specimens produced in the usual manner were with respect to one remaining Hydrogen content examined using vacuum melt flow analysis.
Die in Tabelle E festgehaltenen Versuchsergebnisse zeigen für sämtliche Prüfkörper einen niedrigen Wasserstoffgehalt ausser für den mit Kupfer beschichteten Grundkörper, bei dem die Beschichtung durch Honen und Plattieren erfolgte.The test results recorded in Table E show for all test specimens have a low hydrogen content except for the copper-coated base body in which the coating done by honing and plating.
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A 39 579 b
k-146
31.o7.72A 39 579 b
k-146
31.o7.72
SchwefelanalyseSulfur analysis
Da die durch Honen und Plattieren hergestellten Beschichtungen eine Streifenstruktur zeigten, welche bei den üblichen Elektroplattierverfahren eine Folge von Sulfiden war, welche mittels eines organischen Additivs in die Elektroplattierlösung eingebracht wurden, erfolgte eine Analyse der verschiedenen Beschichtungen zur Bestimmung ihres Schwefelgehalts durch Elektroplattieren aufgebrachte Schichten, die einen Schwefelgehalt von mehr als o,ol % aufweisen. Die Schwefelanalyse führt zu folgenden Ergebnissen:Since the coatings produced by honing and plating showed a stripe structure, which is the case with the usual electroplating processes was a sequence of sulfides which were introduced into the electroplating solution by means of an organic additive the various coatings were analyzed to determine their sulfur content by electroplating applied layers which have a sulfur content of more than o, ol%. The sulfur analysis leads to the following Results:
Lösung zum Honen und Plattieren Schwefelgehalt der Beschich-Solution for honing and plating Sulfur content of the coating
tung in Gew.-%tion in% by weight
Kupferbad mit Spannungsverkleinerer 0,016Copper bath with voltage reducer 0.016
Nickelsulfamatbad mit Spannungsverkleinerer 0,030Nickel sulfamate bath with stress reducer 0.030
Nickelsulfatbad ohne Spannungsverkleinerer 0,00«4Nickel sulphate bath without stress reducer 0.00 «4
Kobaltsulfamatbad mit Spannungsverkleinerer 0,029Cobalt sulfamate bath with voltage reducer 0.029
Kobaltsulfatbad 0,007Cobalt sulfate bath 0.007
Diskussion der Ergebnissediscussion of the results
Harte:Hardness:
Die durch Honen und Plattieren hergestellten BeschichtungenThe coatings made by honing and plating
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waren wesentlich härter als die durch die üblichen Elektroplattierverfahren hergestellten Beschichtungen, wie dies aus Tabelle F deutlich wird.were much harder than those produced by conventional electroplating processes produced coatings, as is evident from Table F.
Die höheren Härtezahlen der durch Honen und Plattieren hergestellten Niederschläge werden der mechanischen Bearbeitung während der Abscheidung zugeschrieben. Die Herstellung harter Beschichtungen ohne Verwendung besonderer Additive in dem Elektrolyten führt dort zu Vorteilen, wo eine gute Abriebfestigkeit erwünscht ist. Durch übliches Elektroplattieren erzeugte Beschichtungen können härter gemacht werden, indem man dem Elektrolyten geeignete Additive zusetzt. Die Steuerung der Konzentration dieser Additive bringt jedoch zusätzliche Kosten mit sich. Das Aufbringen von Beschichtungen durch Honen und Plattieren bringt also einen Vorteil mit sich, weil harte Beschichtungen erzeugt werden, ohne daß Additive erforderlich wären.The higher hardness numbers of those made by honing and plating Precipitations are produced during mechanical processing attributed to the deposition. The production of hard coatings without the use of special additives in the electrolyte leads to advantages where good abrasion resistance is desired. Coatings produced by conventional electroplating can be made harder by adding suitable additives to the electrolyte. Controlling the concentration of this However, additives have an additional cost. The application of coatings by honing and plating brings about thus an advantage with itself because hard coatings are produced without the need for additives.
Da Streifengefüge mit den üblichen Elektroplattierverfahren nicht erzeugt werden können, wenn man der Plattierlösung keine schwefelhaltigen Additive beigibt, muß das Streifengefüge, wie es durch das Honen und Plattieren erzeugt wird, als einzigartig angesehen werden.Since the strip structure is not possible with the usual electroplating processes can be produced if no sulfur-containing additives are added to the plating solution, the strip structure must, as it is produced by honing and plating can be regarded as unique.
Die durch Honen und Plattieren hergestellten Kupfer-, Nickel- und Kobaltbeschichtungen zeigten unerwarteterweise interne Druck-The copper, nickel and Cobalt coatings unexpectedly showed internal pressure
30 98 0 7/093430 98 0 7/0934
A 39 579 b .. -3A-A 39 579 b .. -3A-
k-146 1H k-146 1H
31.o7.7231.o7.72
spannungen. Sie würden sich ausdehnen, wenn sie nicht von dem Grundkörper daran gehindert würden. Im Gegensatz dazu stehen die meisten durch übliches Elektroplattieren erzeugten Beschichtungen unter inneren Zugspannungen, sofern keine speziellen Additive und/oder Bearbeitungsmethoden angewandt werden. Die Druckspannungen sind wahrscheinlich eine Folge der mechanischen Störung des Kristallgefüges während des Plattierens durch das gleichzeitige Honen. Der gleiche Vorgang ist offensichtlich auch für die hohe Härte, für das Streifengefüge und für die niedriger als erwartet liegende Scherfestigkeit. Hohe, innere Druckspannungen sind besonders erwünscht, wenn die Innenseite von Bohrungen beschichtet wird.tensions. They would expand if they weren't prevented from doing so by the basic body. Stand in contrast to this most coatings produced by conventional electroplating under internal tensile stress, unless specified Additive and / or processing methods are used. The compressive stresses are probably a consequence of the mechanical ones Disturbance of the crystal structure during cladding due to the simultaneous honing. The same process is obviously also for the high hardness, for the strip structure and for the lower than expected shear strength. High internal compressive stresses are particularly desirable when the inside of bores is coated.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen, wie bereits oben erwähnt, schematische Darstellungen der Mikrofotographien gemäß Fig. 1 bis U, wobei die Fig. 5 der Fig. 1, die Fig. 6 der Fig. 2, die Fig. 7 der Fig. 3 und die Fig. 8 der Fig. U entspricht. In den Figuren 5 und 7 ist die Säulenstruktur der Beschichtung durch eine senkrechte Schraffur angedeutet, während das Streifengefüge der erfindungsgemäßen Gegenstände in Fig. 6 und 8 durch eine waagerechte Schraffur angedeutet ist. Ferner ist in den Figuren 5 bis 8 der Grundkörper mit 1 bezeichnet. Der eine Säulenstruktur bzw. ein Streifengefüge aufweisende Teil der Beschichtung ist mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Die durch Honen bearbeiteten Oberflächenschichten sind schließlich mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet.As already mentioned above, FIGS. 5 to 8 show schematic representations of the microphotographs according to FIGS. 1 to U, wherein FIG. 5 corresponds to FIG. 1, FIG. 6 corresponds to FIG. 2, FIG. 7 corresponds to FIG. 3 and FIG. 8 corresponds to FIG. In Figures 5 and FIG. 7, the column structure of the coating is indicated by vertical hatching, while the strip structure of the invention Objects in Fig. 6 and 8 is indicated by horizontal hatching. Furthermore, in FIGS to 8 the base body is designated by 1. That part of the coating that has a column structure or a strip structure is provided with the reference number 2. The surface layers machined by honing are finally given the reference number 3 designated.
Es folgen die Tabellen A bis F:Tables A to F follow:
- 15 -- 15 -
309807/0934309807/0934
A 39 579 b
k-146
31.o7.72A 39 579 b
k-146
31.o7.72
-W--W-
. .Tabelle A . .Table A
Lösungszusammensetzungen und Bedingungen für das ElektroplattierenSolution compositions and conditions for the Electroplating
Zusammensetzung der Lösung:Composition of the solution:
Kupfersulfat CCuSO11 · 5H2O)Copper sulfate CCuSO 11 5H 2 O)
S chwe fe1s äure Bedingungen beim Plattieren:Sulfuric acid Plating conditions:
Temperaturtemperature
BewegungMove
StromdichteCurrent density
Dauerduration
Zusammensetzung der Lösung:Composition of the solution:
Nickelsulfat (NiSO11 Nickel sulfate (NiSO 11
Borsäure Bedingungen beim Plattieren:Boric Acid Plating Conditions:
Temperaturtemperature
BewegungMove
StromdichteCurrent density
Dauerduration
6H2O)6H 2 O)
' Elektroplattieren mit' Kobalt 'Electroplating with' cobalt
Zusammensetzung der Lösung: Kobaltsulfat BorsäureComposition of the solution: cobalt sulfate boric acid
7H2O) 33o g/l 3o g/l7H 2 O) 33o g / l 3o g / l
- 16 -- 16 -
3098 0.7/09343098 0.7 / 0934
A 39 579 b k-146
31.o7.72A 39 579 b k-146
31.o7.72
Elektroplattieren mit Kobalt (Fortsetzung) Electroplating with Cobalt (continued)
Bedingungen beim Plattieren:Plating conditions:
Temperatur 54,U CTemperature 54, U C
Bewegung LuftMovement air
Stromdichte ca. 0,67A/cmCurrent density approx. 0.67 A / cm
Dauer ca. o,79 min/μDuration approx. 79 min / μ
Zusammensetzung der Lösung:Composition of the solution:
Nickelsulfat (NiSO1+ · 6H2O)Nickel sulfate (NiSO 1+ 6H 2 O)
Schwefelsäure Bedingungen beim Plattieren:Sulfuric acid plating conditions:
Temperaturtemperature
Dauerduration
StromdichteCurrent density
Hon- und PlattierverfahreηHoning and plating process
Die beim Honen und Plattieren der erfindungsgemäßen Gegenstände vorliegenden Bedingungen sind in Tabelle B zusammengefaßt.The conditions prevailing in honing and plating the articles of the invention are summarized in Table B.
- 17 -- 17 -
309807/0934309807/0934
Tabelle B Bedingungen beim Honen und Plattieren der zylindrischen PrüfkörperTable B Conditions for honing and plating the cylindrical specimens
co σ co co οco σ co co ο
kg/cmPressure2
kg / cm
seeTime
lake
kg/cm .Pressure"
kg / cm.
•*
•
minTime
min
mittelGrinding
middle
. caATemß.
. caA
P Thick metal
P.
\If
\
c . kIl OO
c. k
Tabelle B (Fortsetzung)Table B (continued)
Prüfkörper Honbedingungen; Abs eheidungsbedingungen: Nr. Metall Schleif- Druck» Zeit Lösung Temp. Ampere Druck« Zeit mittel kg/cm see ca. C kg/cm min Test specimen honing conditions; Abs marriage conditions: No. Metal grinding pressure »time solution temp. Ampere pressure« time mean kg / cm see approx. C kg / cm min
Abscheidung Dicke MetallDeposition thick metal
GJ
O
COGJ
O
CO
24
21
67
36
77
39
22
17
26
22
4o
73
64
12
18
2524
21
67
36
77
39
22nd
17th
26th
22nd
4o
73
64
12th
18th
25th
CICI
CICI
413o413o
413o413o
413o413o
CICI
CICI
CICI
56165616
56165616
56165616
413 ο413 ο
413o413o
413o413o
56165616
56165616
Cf) Cf)Cf) Cf)
StahlCd) Cd) (d) Cd) (d) Cd)Steel Cd) Cd) (d) Cd) (d) CD)
StahlC i) Ci) Ci) Ci) Ci) Ci)SteelC i) Ci) Ci) Ci) Ci) Ci)
11 Ci) Ci) 11 Ci) Ci)
3,52
3,52
3,52
3,52
3,52
3,52
3,52
3,52
2,81
2,81
2,81
3,52
3,52
3,52
3,87
3,873.52
3.52
3.52
3.52
3.52
3.52
3.52
3.52
2.81
2.81
2.81
3.52
3.52
3.52
3.87
3.87
1515th
1.5
151.5
15th
15
15
15
15
15
Io
Io
Io
Io
Io
Io
Io
Io15th
15th
15th
15th
15th
Io
Io
Io
Io
Io
Io
Io
Io
2Cg)
2 (g)2Cg)
2 (g)
Ch)Ch)
Ch)Ch)
Ch)Ch)
Ch)Ch)
Ch) ·Ch) ·
Ch)
2
2
2Ch)
2
2
2
Cj)Cj)
Cj)Cj)
Cj)Cj)
Cj)Cj)
Cj)Cj)
64,ο 65,6 65,6 65,6 65,6 64,ο 65,6 65,6 65,6 65,6 63,ο 65,6 65,6 65,6 6o,o 6o,o64, ο 65.6 65.6 65.6 65.6 64, ο 65.6 65.6 65.6 65.6 63, ο 65.6 65.6 65.6 6o, o 6o, o
o,22 o,22 o,93 o,?3 o,9 3 o,47 o,47 o,47 o,47 o,47 0,47 o,7o o,7o o,7o o,47 o,47o, 22 o, 22 o, 93 o,? 3 o, 9 3 o, 47 o, 47 o, 47 o, 47 o, 47 .47 o, 7o o, 7o o, 7o o, 47 o, 47
o,7o o,7o o,35 o,35 o,35 o,7o o,7o ο ,7o o,7o o,7o o,7o o,7o o,7o o,7o o,56 o,56o, 7o o, 7o o, 35 o, 35 o, 35 o, 7o o, 7o o, 7o o, 7o o, 7o o, 7o o, 7o o, 7o o, 7o o, 56 o, 56
7,ο 7,ο 2,ο 2,ο7, ο 7, ο 2, ο 2, ο
5 ,o 4,o 4,ο 8,ο 4,ο 4,ο5, o 4, o 4, ο 8, ο 4, ο 4, ο
8,ο 2,ο 2,ο8, ο 2, ο 2, ο
6 ,o 2,0 3 ,o6, o 2.0 3, o
58,42 Nickel58.42 nickel
5 8,42 "5 8.42 "
76,2o Kobalt76.2o cobalt
76,2o " 172,7o "76.2o "172.7o"
83,82 " to83.82 "to
76,2o " 139,7o "76.2o "139.7o"
71,12 Nickel71.12 nickel
73,66 " 139,7o "73.66 "139.7o"
5 8,42 "5 8.42 "
5o,8o " 152,4o "5o, 8o "152.4o"
38,Io "38, Io "
58,42 "58.42 "
Tabelle B (FortsetzungTable B (continued
mittel .Metal grinding
middle .
(f)SteelCi)
(f)
kg/cm .Pressure 2
kg / cm.
seeTime
lake
ca 0CTemp.
approx 0 C
kg/ cmPressure-
kg / cm
min . . .Time
min. . .
μ Thick metal
μ
3835
38
56165616
5616
2,813.87
2.81
IoIo
Io
(k) (J)
(k)
68,ο65.6
68, ο
ο,23ο, 48
ο, 23
ο, 7οο, 56
ο, 7ο
6 ,ο8, ο
6, ο
6ο,96 Kobalt139.7 nickel
6ο, 96 cobalt
OO
CO .CO.
(O(O
Ca) Druck beim Honen vor Beginn der Abscheidung .Cb) Druck beim Honen während der Abscheidung Cc) C-IZO-IBF χ 2 Honsteine Cd) Kupfersulfat mit Komplexbildner Ce) BC-220-H4-VEC-SteinCa) Honing pressure before the start of deposition. Cb) Honing pressure during deposition Cc) C-IZO-IBF χ 2 honing stones Cd) copper sulphate with complexing agent Ce) BC-220-H4-VEC stone
Cf) Nickel-Sulfamat-LösungCf) nickel sulfamate solution
Cg) Lösungsnummer unbekanntCg) Solution number unknown
Ch) C-220-J4-VEC-HonsteinCh) C-220-J4-VEC-Honing Stone
Ci) Nickelsulfat-Borsäure-LösungCi) nickel sulfate boric acid solution
Cj) Kobaltsulfat-LösungCj) cobalt sulfate solution
Härte des abgeschiedenen Netalls und Änderung des DurchmessersHardness of the deposited metal and change in diameter
des Prüfkörpersof the test body
Körp. .flat.
Body.
körperreason
body
Tabelle C (Fortsetzung)Table C (continued)
Prüfkörper abgesch.MetallTest body cut off metal
Grundkörper Dicke Änderungen d.' Durchm
μ Grund- platt. Diff.
körper . .Körper Base body thickness changes d. ' Diam
μ baseplate. Diff.
body . .Body
KnoopKnoop
Härtehardness
1+61 + 6
6767
9797
lollol
UoAUoA
Kobalt(i)
KobaltCf)
Chrom (j)
Chrom (j)Cobalt (i)
Cobalt CF)
Chrome (j)
Chrome (j)
413o Stahl 413o Stahl 413o Stahl 413o Stahl
76,2 +81,3
22,61 +81,3
23,37 +81,3413o steel 413o steel 413o steel 413o steel 76.2 +81.3
22.61 +81.3
23.37 +81.3
+345 +264
+45,8 -35,6
+33 -48,3+345 +264
+45.8 -35.6
+33 -48.3
313 — —313 - -
546 52 —546 52 -
14 8o — —14 8o - -
136 3 -- —136 3 - -
(a) Änderung der Zylinderdurchmesser nach dem Schneiden bei einem der Teilstücke.(a) Change in cylinder diameter after cutting one of the sections.
<b) Die Knoop-Zahlen wurden gemessen. Die Rockwell-Härte (R0, Rn) wurde aus Umrechnungstabellen <b) The Knoop numbers were measured. The Rockwell hardness (R 0 , R n ) was obtained from conversion tables
abgeleitet. Esderived. It
wurde in allen Fällen mit einer Last von loo g gearbeitet, außer bei Chrom, wo eine fest von 5o g verwendet wurde.a load of loo g was used in all cases, except for chrome, where a solid of 50 g was used.
(c) Honen und Plattieren in einem Kupfersulfatbad, welches ein alkalisches, komplexionsbildendes Mittel enthält,(c) Honing and plating in a copper sulphate bath, which is an alkaline, contains complexing agent,
(d) Übliches Elektroplattieren in einem . schwefelsauren Kupfersulfatbad.(d) Conventional electroplating in one. sulfuric acid copper sulfate bath.
(e) Honen und Plattieren in einem Sulfat- " bad.(e) Honing and plating in a sulphate bath.
(f) Honen und Plattieren in einem SuIfamatbad mit einem.Spannungsverkleinerer.(f) Honing and plating in a sulfamate bath with a voltage reducer.
(g) Übliches Elektroplattieren in einem Nickelsulfatbad.(g) Conventional electroplating in a nickel sulfate bath.
Ch) Honen und Plattieren in einem Kobalt^ suIfatbad.Ch) Honing and plating in a cobalt suIfate bath.
(i) Übliches Elektroplattieren in einem Kobaltsulfatbad..(i) Conventional electroplating in a cobalt sulfate bath.
(j) Honen und Plattieren in einer Chromlösung,(j) honing and plating in a chromium solution,
A 39 579 b k-lH6
31.o7.72A 39 579 b k-lH6
31.o7.72
Angenäherte Spannungen in durch Honen und Plattieren hergestellten Beschichtungen (a)Approximate stresses in coatings produced by honing and plating (a)
schichtungMetal
layering
badHoning and plating
bath
(kg/cm2)Tension (b)
(kg / cm 2 )
(a) Zum Vergleich: Bei in Üblicher Weise auf solchen Zylindern elektrolytisch abgeschiedenen Kupfer- und Nickelschichten sind die inneren Spannungen Zugspannungen von etwa(a) For comparison: with copper and nickel layers that are electrolytically deposited on such cylinders in the usual way the internal stresses are tensile stresses of approx
267 kg/cm bzw. 633 kg/cm2 bis etwa 773 kg/cm2.267 kg / cm or 633 kg / cm 2 to about 773 kg / cm 2 .
(b) Druckspannungen sind mit negativem Vorzeichen,Zugspannungen mit positivem Vorzeichen angegeben.(b) Compressive stresses are with a negative sign, tensile stresses indicated with a positive sign.
(c) Dieser Wert liegt wahrscheinlich deshalb so hoch, weil Grundkörper und Beschichtung unterschiedliche Dehnungskoeffizienten besitzen. (c) This value is probably so high because The base body and the coating have different expansion coefficients.
- 23 -- 23 -
309807/0934309807/0934
A 39 579 b
k-146
31.o7.72A 39 579 b
k-146
31.o7.72
Wasserstoffgehalt der plattierten Stahlprüfkörper Hydrogen content of the clad steel test specimens
Herstellungs- Beschichtung Grundkörper · Wasserstoffgehalt verfahren (a) (ppm)Manufacturing coating base body Hydrogen content process (a) (ppm)
Honen u. Plattieren Honing and plating
übliches Elektroplattieren Honen u. Plattieren conventional electroplating, honing and plating
Honen u. Plattieren Honing and plating
übliches Elektroplattieren übliches Elektroplattieren Honen und Plattieren Common Electroplating Common Electroplating Honing and Plating
übliches Elektroplattieren Kupfer Ul3o Stahlusual electroplating copper Ul3o steel
Kupfercopper
Nickelnickel
(b)(b)
Nickel(b) Nickel (b)
Nickelnickel
(b)(b)
Kobaltcobalt
(a) Vakuum-Schmelzfluß-Analyse(a) Vacuum Melt Flow Analysis
(b) Honen und Plattieren mit Sulfat-Lösungen(b) Honing and plating with sulfate solutions
309807/0934309807/0934
A 39 579 b k-146 31.o7.72A 39 579 b k-146 31.o7.72
- TM - - TM -
Tabelle F
Zusammenfassung typischer, mechanischer Eigenschaften Table F.
Summary of typical mechanical properties
Metall Abscheidungsverfahren Innere Spannung Knoop-HärtezahlMetal Deposition Process Internal Stress Knoop Hardness Number
plattierenusual electro
plate
renHoning and Plattie
ren
plattierenusual electro
plate
renHoning and Plattie
ren
plattierenusual electro
plate
renHoning and Plattie
ren
plattierenusual electro
plate
renHoning and Plattie
ren
- 25 -- 25 -
309807/093A309807 / 093A
Claims (2)
31.o7.72k-116
31.o7.72
etwa 633 kg/cm liegen, daß die inneren Druckspannungen bei Beschichtungen, die überwiegend aus Nickel bestehen,2
about 633 kg / cm, that the internal compressive stresses in coatings that mainly consist of nickel,
und etwa 3.7 3o kg/cm liegen.2
and about 3.7 3o kg / cm.
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