DE2254857C3 - Verfahren zur Herstellung von abnutzungsfesten Nickeldispersionsüberzügen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines abnulziingsfcsten Nickeldispersionsübcrzuges. der insbesondere dispergiertes Siliciumcarbid enthält, auf der im Betrieb Reibungskräften ausgesetzten Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere eines Trochoidenge'iäuses, aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung mit hohem Siliciumgehalt, wobei die Oberfläche zunächst auf chemischem Wege mit einer dünnen Zinkschicht, danach gegebenenfalls galvanisch mit einer Nickelvorschicht, die keine oder wenige harte Teilchen enthält, und schließlich galvanisch mit der Nickeldispersionsschicht überzogen wird.

Es ist bereits ein derartiges Verfahren für die Behandlung von Trochoidgchäusen von Drehkolbcnmotoren vorgeschlagen worden, gemäß dem die mit der Schicht aus Nickel und darin dispergicrten Siliciumcarbidteilchen zu überziehende Oberfläche zunächst niif chemischem Wege mit einer dünnen Zinkschieht (mil einer Dicke von etwa I μπι), dann galvanisch·mit einer dickeren Nickelvorschichl (mit einer Dicke von Ib bis 20 μπι), die keine oder nur wenig Siliciumcarbidteilchen enthalt, und schließlich galvanisch mit der die dispergieren Siliciumcarbidtcilchcn enthaltenden Nickelschicht versehen wird, wobei diese letztere Schicht eine solche Dicke besitzt, dal.) 'lic Gesamtdicke des Überzugs voi dim anschließend durchgeführten Abschleifen JOO bis 320 μιη beträgt.

Aus Dettner und F.l/.c »Handbuch der Galvanotechnik«, Band I. Teil 2 (1964), Seiten 717 und 1105 ist es bereits bekannt, als Vorbehandltingsmaßnahmc eine Strahlbchandlung durchzuführen, bei der als Strahlmittel Glaskugeln eingesetzt werden können. Auch bei der Anwendung einer solchen Slrahlbehandlung weisen nun die in der obigen Weise gebildeten mehrschichtigen Überzüge nur eine unzureichende Haftung an der jeweils darunterliegenden Schicht auf und neigen häufig zu Abbläüerungserscheinungeii bei gleichzeitiger Rißbildung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein gutes I laften einer jeden Schicht an der darunterliegenden Schicht erreicht wird, so daß der gesamte Überzug einen einstöckigen Charakter hat, fest an der behandelten Oberfläche haftet und nicht zu Abblätterungserscheinungen und Rißbildung neigt und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit besitzt.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man dann, wenn man vor der chemischen Zinkabscheidung in trockenem Zustand eine Strahlbehandlung mit Mikroglaskugeln unter bestimmten Bedingungen durchführt, einen abnutzungsfesten Nickeldispersionsüberzug erhält, dessen Haftung mehr als doppelt so gut ist wie die Haftung des in üblicher Weise gebildeten besthaftenden Überzugs.

Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren gemäß Anspruch 1.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet man bei dem bt"rspruchten Verfahren Mikroglaskugeln mit einem Durchmesser von 75 bis 150 μιη. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäß durchgeführte Strahlbehandlung zu einem Nickeldispersionsüberzug führt, der überraschend abnutzungsbeständig ist und sehr gut und sehr fest an dem Werkstück aus der Leichtmetallegierung, insbesondere der Aluminiumlegierung mit hohem Siliciumgehalt. haftet. So ist die Lebensdauer des in dieser Weise gebildeten abnutzungsfesten Nickcldispersionsüberzugs um den Faktor 2 bis 10 größer als die herkömmlicher Metallüberzüge. Im übrigen wird hierdurch auch die Beständigkeit gegen den Angriff durch Natriumverbindungen oder durch Fluorwasserstoffsäure verbessert.

Dabei ist es für den Fachmann überraschend, daß gerade durch die trockene Strahibehandlung, den angewandten Druck des Druckluftstroms und auch die Teilchengröße der verwendeten Mikroglaskugeln die Haftung des gebildeten Nickcidispcrsionsüberzugs gezielt in unerwartetem Maße verbessert werden kann.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei Anwendung der beanspruchten Sirahlbehandlung es möglich wird, eine eventuelle Behandlung der mit dem Überzug zu versehenden Oberfläche mit einer Natriumverbindung die Temperatur des die Natriumvcrbindung enthaltenden Bades, das gegebenenfalls eine Polyhydroxysäurc. wie Gluconsäure, oder ein Salz einer solchen Säure, vorzugsweise Natriumgluconat, enthält, beträchtlich verringert werden kann, beispielsweise von 60"C auf 20"C, und die Dauer der Behandlung mit diesem Bad verkürzt werden kann, beispielsweise von 4 Minuten auf 2 Minuten.

Die Vorbehandlung der zu behandelnden Oberfläche ml einer Natriumvcrbindung kann vorleilhaflerweise unter Verwendung eines Bades erfolgen, das 50 bis 150 g, vorzugsweise 100 g, Ätznatron pro Liter und 5 bis 15 g, vorzugsweise 10 g, einer l'olyhydroxysäure oder ein Salz einer solchen Säure, insbesondere Natriumgluconat, pro Liter enthält und das vorzugsweise bei Raumtemperatur, das heißt bei einer Temperatur /wischen 15 und 30"C, eingesetzt wird. Durch diese nach der erfindungsgemäßen .Strahlbehandlung durchgeführic Behandlung mit der Natriiimverbindiing kann eine Verbesserung der Haftung des Überzugs durch einen gleichmäßigeren Angriff und eine Verbesserung der Spülbarkeil des Wersiückcs erreicht werden, wobei gleichzeitig die Bildung einer schädlichen viskosen Verbindung auf der /\\ überziehenden Oberfläche und iiuf den Wänden des Behandlungsgefäßes vermieden wird. Diese Behandlung mit einer Nalritimvcrbindung erfolgt nach der erfindungsgemäßen Slrahlbehandlung

vor dem Auftragen der untersten dünnen Zinkschicht.

Nach dieser Vorbehandlung mit der Natriumverbindung kann eine Behandlung mit Salpetersäure und Flußsäure unter Verwendung eines konzentrierten Bades durchgeführt werden, wodurch die Haftung des gebildeten Überzugs weiter verbessert wird, insbesondere wenn das behandelte Werkstück aus einer Leichtlegierung mit hohem Siliciumgehalt besteht.

Die galvanische Abscheidung von Nickel zur Bildung der Nickelvorschicht oder der Nickeldispersionsschicht wird so vorgenommen, daß der elektrische Strom bereits in dem Augenblick durch das Bad geleitet wird, in dem das zu behandelnde Werkstück eingetaucht wird, wobei die Stromdichte während dieser Eintauchphase vorzugsweise zwischen 1 und 3 A/dm² liegt. Hierdurch wird eine Veränderung der zu behandelnden Oberflächen vermieden, die eine Beeinträchtigung der Haftung des schließlich gebildeten Überzugs verursachen könnte.

Mit Vorteil führt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei aufeinanderfolgende Verzinkungsbehandlungen bei Temperatur durch, wobei die zuerst gebildete Zinkschicht vor der zweiten Verzinkung in konzentrierter Salpetersäure wieder aufgelöst wird.

Zwischen dem galvanischen Auftragen der Nickel-Mirschicht und der galvanischen Abscheidung der Nickcldispersionsschicht wird das Werkstück schnell aus dem zunächst verwendeten Bchandlungsgefäß in das anschließend benutzte überführt, was vorzugsweise ohne Zwischenspülung erfolgt, um jede Passivierung des Werkstücks durch eine längere Lufteinwirkung zu verhindern, wobei man diesen Badw-:hsel unter Strom bewirkt, so daß eine Passivierung durch Absorption von organischen Produkten in dem nächst«·^ Bad verhindert wird. Diese Passivierung der Oberfläche sollte vermieden werden, da sie für die gute I laftiing des lelztcndlich gebildeten Überzugs schädlich sein kann.

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der E-'rfindung.

U e i y. ρ ι e I

Ils wird ein Prüfkörper aus einer Aluminiumlegierung mil hohem Siliciumgehalt verwendet, der aus zwei /usammenslcckbaren Teilen besteht, die nach dem Zusammenstecken eine gemeinsame Oberfläche bilden, auf die ein Nickcldispcrsionsüber/ug aufgebracht wird, dessen Haftfestigkeit anschließend durch Auseinanderreißen der beiden Teile des Prüfkörpers gemessen werden kann. Zunächst werden auf die durch die beiden Prüfkörperteile gebildete gemeinsame Oberfläche Mikroglaskugcln mit einem Durchmesser von 210 bis 420 Jim unter Anwendung eines Druckes von bbar aufgeblasen, und /war während 15 Sekunden (Erfindung) einerseits bzw. 5 Sekunden (Vergleich) andererseits.

Anschließend wird bei einer Temperatur von etwa 20 bis 25°C eine Behandlung mit einer Natriumverbindung unter Verwendung eines Bades durchgeführt, das 100 g/| Ätznatron und 10 g/l Natriumgluconat enthält.

Dann behandelt man das Werkstück bei einer Temperatur von 20 bis 25°C mit Salpetersäure und Flußsäure unter Verwendung eines Bades, das 3 Volumenteile 62°/oiger Salpetersäure und einen Volumenteil 40%iger Flußsäure enthält.

Daraufhin bringt man bei einer Temperatur von 20 bis 25° C eine Zinkschicht unter Verwendung eines vorzugsweise Eisen enthallenden alkalischen Bades auf, w onach man die Zinkschicht entfernt, indem man das Werkstück während einer Minute in eine 62%ige Salpetersäure enthaltendes Bad mit einer Temperatur von 20 bis 25°C eintaucht.

Anschließend führt man eine zweite Verzinkungsbehandlung unter Verwendung der gleichen Bedingungen durch, arbeitet jedoch bei einer Eintauchdauer von icdigiich 25 Sekunden.

Hierauf folgt die galvanische Abscheidung einer Nickelvorschicht im Verlaufe von 20 bis 30 Minuten unter Anwendung einer Stromdichte von 2 bis 3 A/dm-'. Man benutzt einen Behandlungsbehältcr mit Nickelanoden, der ein Bad mit einer Temperatur ν jn 40⁰C und einem pH-Wert von 4 bis 4,5 enthält. Das verwendete Bad enthält 400 g/l Nickelsulfamat, 4 g/l Nickelchlorid, 40 g/l Borsäure, gegebenenfalls Saccharin (beispielsweise in Form von Natrii'nsaccharinat) und ein Netzmittel.

Sodann erfolgt die galvanische Abscheidung der Nickeldispcrsionsschicht, wozu man ein Bad mit einer Temperatur von 55°C anwendet und unter Verwendung von Nickclanodcn arbeitet. Das verwendete Bad enthält 400 g/l kristallisiertes Nickelsulfamat, 4 g/l Nickelchlorid, 40 g/l Borsäure, etwa 3 g/l Saccharin (beispielsweise in Form einer Lösung von Natriumsaccharinat). 150 g/l Siliciumcarbidtcilchcn und ein Netzmittel.

Man taucht das Werkstück unter Anwendung einer Stromdichte von 1 bis 2 A/dm² ein und steigert die Stromdichte im Verlaufe von 15 Minuten allmählich auf 20 A/dm², wonach man die galvanische Abscheidung während 1 Stunde und 30 Minuten bei einer Stromdichte von 20 A/dm² fortsetzt.

Bei Anwendung Jer erfindungsgemäßen .Strahlbehandlung erhält man einen Prüfkörper, dessen Nickelüberzug eine Haftung von 1560 bar aufweist, während bei einer Strahlbchandking von lediglich 5 Sekunden ein Nickelüber/ug gebildet wird, dessen Haftung lediglich 1250 bar beträgt.

Für die galvanische Abscheidungen kann man die Ma'.srialicn verwenden, die aus den FR-OS 21 59 177 b/w.2l 59 178 bekannt sind.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines abnutzungsfesten Nickddispersionsüberzuges, insbesondere mit Siliciumcarbid, auf der im Betrieb Reibungskräften ausgesetzten Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere Trochoidengehäuses, aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere Aluminiumlegierung mit hohem Siliciumgehalt, wobei die Oberfläche zunächst auf chemischem Wege mit einer dünnen Zinkschicht, danach gegebenenfalls galvanisch mit einer Nickelvorschicht, die keine oder wenige harte Teilchen enthält, und schließlich galvanisch mit einer Nickeldispersionsschicht überzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der chemischen Zinkabschcidung in trockenem Zustand eine Strahlbehandlung mit Mikroglaskugeln in einem Druckluftstrom mit 5—10 bar während 10 bis 20 Sekunden je 0,05 dm² Oberfläche vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mikroglaskugcln mit einem Durchmesser von 75— 150 μπι verwendet werden.