DE2263694A1

DE2263694A1 - Trockenschmierwerkstoff und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2263694A1
Application number: DE2263694A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. ClOm 7-20 Antrag
Original assignee: Chrysler Corp
Current assignee: Old Carco LLC
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1972-12-27
Publication date: 1973-07-12
Also published as: AU5032772A; SE387362B; FR2169874A1; US4110512A; CA992527A; IT970357B; AU470109B2; FR2169874B1; JPS4872563A; JPS526422B2

Description

Patentanwalt· Dr. Ing. H. Negendanfc

Dipl. Ing. H. Hauck - Diol Phys. W. Schmitz

DIpI. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnelt

8 München % MszarEoiraße 23

Telefon 5380586

Chrysler Corporation 12000 Oakland Avenue Highland Park,Mich.,USA 27. Dezember 1972

Anwaltsatte M-2387

Irockenschmierwerkstoff und Verfahren zu dessen

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Trockenschmierwerkstoffe, insbesondere G-leitdichtungen und ähnliche, mit einer Lauffläche versehene Bauteile, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Die erfindungsgemäßen Materialien dienen dazu, die Gleitreibung, die zwischen aneinander angepaßten, aufeinanderreibenden Flächen vorhanden ist, möglichst klein zu halten. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung derartiger Werkstoffe. Gewöhnlich wird für den Fall, daß sich zwei aneinander angepaßte Flächen relativ zueinander und gegeneinander bewegen müssen, ein Schmiermittelfilm aus Öl, Graphit oder dgl. oder eine Wälzlagerung gegenüber einer trockenen Gleit- oder Reiblagerung bevorzugt. Falls jedoch die Betriebsbedingungen für einen Satz aneinander angepaßter Oberflächen die Verwendung von Schmiermitteln, wie Öl oder Graphit, oder

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einer Wälzlagerung verbieten, kann eine trockene Gleitlagerung erforderlich sein. Derartige Lagerungen werden gewöhnlich als Trockenschmieranordnungen bezeichnet. Solche An» Ordnungen sind beispielsweise in bestimmten Abschnitten von Turbinentriebwerken verwendet worden, beispielsweise in den Dichtungen der umlaufenden Regeneratorabschnitte von Turbinentriebwerken, können jedoch'auch in bestimmten Lageranordnungen verwendet werden, und insbesondere in verschiedenartigen Hochtemperatur-Einsatzfällen, die gewöhnlich aggressiv auf Öl- und Graphitschmiermittel und dgl. wirken, wo trockene Berührungsflächen aufeinandergleiten müssen, beispielsweise in Wankelmotoren. Derartige Anordnungen unterliegen gewöhn lich sowohl einem hohen VerschleiiB als auch einer starken Reibung und sind starken Oberflächenschäden, beispielsweise einem Festfressen der Oberflächen, ausgesetzt.

Erfindungsgemäß soll ein . neuer Werkstoff geschaffen werden, der insbesondere für Trockenschmierzwecke und vor allem bei hohen Temperaturen verwendbar ist und zufriedenstellende Reib- und Verschleißeigenschaften hat.

Dem Stand der Technik läßt sich entnehmen, daß sich verschiedenartige Oxyde auf aneinander angepaßten Gleitflächen verwenden lassen, von denen einige zufriedenstellende Gleit- und Reibungskennlinien aufweisen. Bei bestimmten aneinander angepaßten Gleitnietallpaarungen, wie Eisen und Stahl, ist festge-

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stellt worden, daß an den Oberflächen eine ständige Bildung und Umbildung des Oxydüberzugs stattfindet, wenn bestimmte höhere Temperaturen erreicht werden. Mit diesem Vorgang stellt sich manchmal gleichzeitig eine Verringerung der Reibung ein, jedoch .führt er gewöhnlich zu einer übermäßigen OberfläehenbeSchädigung. Ferner wurde festgestellt, daß durch Einflüsse, die den auf diese Weise gebildeten Oxydüberzug zu entfernen suchen, beispielsweise eine lemperaturverringerung, ein Abblättern oder dgl,, die Reibung erhöht wird. Zu den verschiedenen untersuchten Oxyden gehörten auch die Eisenoxyde Wustite (EeO), Magnetite (Fe₇O.) und Hematite (Fe₂O₅). Beispielsweise wurde für trockene Stahlproben bei Bildung von FeQ-Überzügen ein Trend in Richtung eines verringerten Reibungskoeffizienten festgestellt (Handbook of Mechanical "Wear, Lipson und Coiwell, University of Michigan Press, 1961, Kap. 3, Seite 41). In dieser Vorveröffentlichung wird auch . über Untersuchungen an vorgeformten FeO^und Fe^O,-Oxydüberzügen von 1200 Angström Dicke berichtet. Daraus wird in dieser Sundstelle (Kap. 3, Seite 45) gefolgert, daß Fe₅O^ mit Vorteil zur Verringerung der Reibung und zur Verhinderung von Oberflächenbeschädigungen verwendet werden kann, wohingegen Fe₂O₅ eine vergleichsweise hohe Reibung, übermäßige Verschweißung und weitgehende Oberflächenbeschädigung zur Folge hat. Auf Seite 55 dieser Vorveröffentlichung wird daher die lehre gegeben, dais FeO und Fe _v0, im allgemeinen mit Vorteil zu Irocken-

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schiaierzwecken verwendet werden, während Fe₀O.. für solche Anwendungsfälle im allgemeinen als ungeeignet verworfen wird. Diese üchlUiJfolgerung steht in Übereinstimmung mit der allgemein anerkannten Tatsache, dai3 Fe_?0 ..,-Pulver wegen seiner äußerst starken Abriebeigenschaften als ausgezeichnetes Poliermittel angesehen wird.

Ferner ist es beispielsweise aus der U8-PS 3 142 894 bekannt, als Turbinen-Dichtungsmaterial einen Eisenoxydwerkstoff zu verwenden. Dieser gesinterte Eisen-Kupfer-Kohlewerkstoff ist porös und kann vor seiner Verwendung bis zu einer bestimmten Tiefe oxyuiert v/erden, so daß ein Werkstoff entsteht, der wahrend seines Einsatzes Fc 0, und FeO biluet.

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Eriindungsgemäio werden verschiedene Arten von reibungsarmen Materialien und Bauteilen, wie Turbinendichtungen und dgl., geschaffen, die mit Vorteil insbesondere zu Trockenachmierzv/ecken bei hohen Temperaturen verv/endbar sind. Ein poröses Wustit- (FeO), Magnetit- (Fe₇O.) oder Hernatit- (Fe₉O,)-Gefüge, in dessen Leerstellen ein Fangmaterial, das aus einem anorganischen Gemisch, wie einem anorganischen Salz oder Oxyd besteht, verteilt ist, bildet eine Arbeits- oder Lauffläche, die auf einem geeigneten Träger angeordnet ist. Das Eisenoxydgefüge ist wahrend der Einlauf- oder Einfahrzeit, .in der es in reibschlüssiger Berührung an einer G-egenflache steht,

sich
einem Abrieb ausgesetzt, so daiJ/zwischen den aneinander ange-

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paßten Reibflächen lose Teilchen des JiLsenoxyds und verschiedener anderer Abriebstoffe, v/ie Teilchen des Fangstoff σ, ai'.j."-oatiGii. Diese Partikel setzen sich in dem Fangstoff ab und werden gesintert, und zwar infolge der dabei entstehenden Roll- und/ oder Reibungswärme und/oder der erhöhten Temperatur und/oder des zwischen den aneinander angepaßten Flächen vorhandenen Drucks, so daß ein im wesentlichen'durchgehender Fe^O^-Überzug entsteht. Infolge der Reib- und bchieifwirkung setzen sich die abgeriebenen Partikel aufgrund von Oxydationswirkungen in Fepü,, um und in dem Fangstoff in einer selbsttätig ausgerichteten und weitgehend orientierten Lage ab, wobei die Grundflächen der hexagonalen Zellen oder Kristalle der FepO-.-Partikel im wesentlichen parallel zu den Reibflächen ausgerichtet sind. Das Eisenoxyd sucht längs vorgegebener kristallographischer Ebenen, nämlich der Grundflächen zu brechen. Die zerbrochenen Teilchen richten sich selbsttätig aus, so daß sie den geringstmöglichen Gleitwiderstand verursachen; die selbsttätige Ausrichtung wird durch den Fangstoff begünstigt. Da die Partikel die gleiche Orientierung haben, sintern sie rasch bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen und Drücken an Ort und Stelle, so daß sie einen glatten, im wesentlichen durchgehenden FepO,-überzug bilden. Die Partikel und der Fangstoff werden von der einen an die andere Fläche übertragen, so daß auch, ein entsprechender durchgehender Überzug auf dem Gegenbauteil entsteht.

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Erfindungsgemäi3 werden somit im allgemeinen zwei, in jedem l'^lall jedoch zumindest eine, im wesentlichen durchgehende' Jj'egO^-Oberflüchen geschaffen, uie mit; großem Vorteil im ninblick auf Verschleiß und iieibung unter !'rocjceriüehmierbeciingungen, insbesondere bei hohen Temperatui*en von beispielsweise mehr als 5:30 G verwendbar sind . Darüber hinaus icI uas Material insofci-'n beständig, als es sich selbst erneuert, da mil fortschreitendem Abrieb ständig ein kontrollierter Aufbau der Lauffläohenbeschichtung stattfindet.

jiirfin lungsgernäß wird somit ein neues Material und/oder Bauteil geschaffen, das für Abrieb-, Gleit- oder ähnliche reibschlüssige Verbindungen geeignet ist, wobei mindestens ein Material und/oder Bauteil als Keib- oder Arbeitsfläche miu dem reibungsarmen, abriebsfesten, erfindungsgeinäJ-, ^ Werkstoff versehen ist und uie Gegenfläche entweder ebenfalls diesen Werkstoff aufweist oaer ihiwährend einer Einlaufzeit erhält. Derartige Trockenschmieranordnungen haben sich über einen weiten Temperaturbereich als betriebsfähig erwiesen. Ein besonderer und bevorzugter Anwendungsfall einer derartigen Anordnung ist der nachfolgend im einzelnen beschriebene Regeneratorabschnitt von Gasturbinentriebwerken. Die Betriebstemperaturen derartiger Triebwerke können zwischen -40⁰C unter bestimmten Kaltstartbedingungen bis zu Temperaturen von etwa 820⁰U liegen.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung uer artiger Werkstoffe geschaffen, wobei das üisenoxydgefüge una

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deuueii übrige .Bestandteile vorzugsweise unter flammen- oder Plasmaaufüprühung aufgebracht werden.

Insgesamt soliafft die Erfindung einen reibungsarmen Werkstoff, der insbesondere bei hohen Temperaturen im itegeneratorabscnnitt von Gasturbinentriebwerken verwendoar ist, v/o bei der Werkstoff eine auf einem '!'rager befindliche Laufflächenbeschichtung enthält und die Laufflächenbeschichtung vor der Einlaufzeit ein Eisenorya- (wustit-i'eü., Kagnetit-Fe.,0. oder Hematit-EepO-)-Gefüge mit in dessen Leerstellen verteiltem Fangmaterial entjiält, v/elclies aus eineai anorganischen Gemisch, wie einem Salz oder ö:cyu, besteht; nach der üinfahrperiode bildet die laufh oan^ einen im wesentliehen durchgehenden Iieiua-

,-liiyenoicyuuberzug, iiijaem die hexagonalen F

oaer -Zellen in v/eiogehend orientierter Struktur vorliegen. "Wuhreria des liinfahrens erfolgt eine übertragung des orientierten Überzuges aiyuie ü-egcnx'lLiciie.

Vicitare xiia;jelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen una dei" nachfolgenden Beschreibung in Yerüiriaung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Ji¹Xg. 1 eine schematische Darstellung eines rotierenden liegeneratorabschnitts für ein Gasturbinentriebwerk mit inneren und äußeren Dichtanordnungen, die aus quer verlk uf enden üichttingen und Außen-

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randdichtungen bestehen, die alle unter Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffes hergestellt sein können;

Fig. 2a und 2b schematische Teilansichten, die die

Struktur des erfindungBgemäßen Werkstoffes vor bzw. nach dem Einfahren darstellen;

Fig. 3 ein Zustandsdiagramm, das die Bildung verschiedener Eisenoxyde unter verschiedenen Temperaturbedingungen und bei unterschiedlich starken Sauerstoffatmosphären zeigt.

Die in I'ig. 1 gezeigte Trockenschmieranordnung, bei der der erfindungsgemäße Werkstoff verwendbar ist, besteht aus einem umlaufenden Regenerator 10 eines Turbinentriebwerkes, einer äußeren Dichtanordnung 12 und einer inneren Dichtanordnung Der Regenerator 10 läuft unter reibschlüssiger Berührung zwischen den Dichtanordnungen um. Die äußere Dichtanordnung 12 enthält eine kalte Außendichtung 16 und eine kalte Querleiste 18, während die innere Dichtanordnung 14 eine heiße Außendichtung 20 und eine heiße Querleiste 22 enthält. Die Dichtanordnung dient dazu, ein Entweichen von komprimierter Hochdruckluft zu den unter Niederdruck stehenden Abgasen zu verhindern, wenn die zwei G-asströme den Regenerator durchfließen, wie dies durch die Pfeile dargestellt ist. Weitergfeinzelheiten bezüglich der

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Bau- und Betriebsweise eines derartigen Regenerators sind in den üS-PSn 3 157 226, 3 190 350_t 3 190 351, 3 192 998, 3 202 207, 3 234 999 md 3 273 904 beschrLeben. Der erfindungsgemäße Werkstoff ist vorzugsweise etwa in der heißen Querleiste 22 verwendbar. Die Querleiste 22 kann aus einem rostfreien Stahlträger bestehen, beispielsweise Edelstahl 430, oder 446 oder auch anderen ferritischen rostfreien Stählen oder anderen hitzebeständigen Werkstoffen geeigneter Festigkeit, geeigneter thermischer Ausdehnung bezüglich der Lauffläche, etc.. Das genaue Material des Prägers kann zwar im Einzelfall von Bedeutung sein, ist jedoch im allgemeinen nicht entscheidend für die Erfindung. Die Leiste hat eine im wesentlichen durchgehende FepO^-Arbeitsflächenbeschiehtung» die nach dem Einlaufen oder Einfahren entsteht.

Wie die Fign. 2a und "2b zeigen, enthält das die Arbei-fetläche bildende Material vor dem Einfahren ein Eisenoxydgefüge, das PeO_t !Fe₂O-*, Fe^O. oder ein irgend beliebiges Gemisch daraus sein kann. Die Leerstellen des G-efüges enthalten einen !Fangstoff, der aus einem anorganischen Gemisch besteht, beispielsweise einem Salz oder einem Oxyd, für das weiter unten verschiedene Beispiele angegeben sind. Die Arbeitsflächenbeschichtung kann je nach Anwendung in einem weiten Bereich unterschiedlicher Dicke vorliegen und auf äeri träger auf verschiedene Weise aufgebracht werden, wie dies weiter unten beispielsweise beschrieben wird. Ein Bauteil wie die Leiste 22 kann eine Arbeitsflachenbe-

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schichtung wie die in Fig. 2a gezeigte enthalten.

Wie bereits erwähnt, besteht die erfindungsgemäß hergestellte Arbeitsfläche im Endzustand aus einer im wesentlichen durchgehenden Fläche, die aus hochgradig orientiertem Fe₂O-, gebildet ist, wie dies in Fig. 2b gezeigt ist. Diese Fläche wird jedoch am günstigsten nach einer Einlauf- oder Einfahrperiode zwischen einem Flächenpaar unter erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen erhalten.

Bei der Querleiste 22 mit der in. Fig. 2a gezeigten Arbeitsfläche ergibt sich der in Fig. 2b gezeigte, erwünschte Überzug infolge einer Einfahrzeit, in der die Querleiste gegen eine Gegenfläche angelegt wird, beispielsweise ein/Hegeneratorkern 10 entweder in einer entsprechenden Vorrichtung oder im tatsächlichen Triebwerk, und der Regeneratorkern 10 gedreht wird, so daß er an der Querleiste reibt. Wärme kann entweder von außen zugeführt werden oder in Form von Reibungswärme entstehen. Torzugsweise werden beide Wärmearten gleichzeitig angewendet, um den Aufbau und die Übertragung des Überzuges zu unterstützen. Die in Fig. 2b gezeigte Struktur bildet sich nicht nur auf der Leiste 22, sondern ein im wesentlichen durchgehender Überzug aus orientiertem, gesintertem ^e₂O₅ wird auch wahrscheinlich mit einem Teil des Fangstoffes an die Oberfläche des Regeneratorkerns übertragen.

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Das erfindungsgemäße Material .kann zunächst aus einem porösen Gefüge aus PeO, Fe₃O- oder Fe₂O₅ "bestehen und enthält darin verteilten Fangstoff. Während des Einfahrvorganges werden Oxyd und andere Stoffe von der Arbeitsfläche abgerieben· Das Oxyd wandelt sich entweder in Fe^O-, um oder bleibt FepO,, und bettet sich in den Fangstoff in im wesentlichen fluchtender Ausrichtung ein, so daß die Grundflächen der hexagonalen Fe₂O^- Kristalle oder Zellen parallel zu den Gleitflächen der beiden Bauteile verlaufen. Die Fremdstoff— und Oxydpartikel werden ferner auf das Gegeilbauteil übertragen und bilden dort ebenfalls einen Fe₂O.,-Überzug.

Beispiel 1

Eine Möglichkeit zur Herstellung der erwünschten, endgültigen Fe₂O„-Arbeitsfläche besteht darin, auf einen Träger aus rostfreiem Stahl 430 durch Flamm- oder Plasmaaufspühung Fe^O., das mit gewöhnlichem Speisesalz (NaGl) gemischt ist, aufzubringen, wobei vier Gewichtsteile Eisenoxydpulver und ein Gewichtsteil Salz verwendet werden. 5 bis 30 Gew.-% Salz reichen aus. Das Aufsprühen kann beispielsweise mit einer Sauerstoff-Acetylenpistole zur Metallpulveraufspritzung erfolgen. Nach dem Aufsprühen wird die Oberfläche in einem wässrigen Bad gewaschen, um das Speisesalz zu entfernen. Das entstehende poröse Fe^O,-Gefüge wird dann mit geschmolzenem Natriumsulfid (Na₂S*9H₂O) getränkt. Das geschmolzene Sulfid wird durch Aufgießen oder

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Aufstreichen auf das Gefüge aufgebracht, so daß es von den Leerstellen des Gefüges aufgesaugt werden kann. Das überschüssige Material wird dann abgekratzt. Anschließend kann das Bauteil auf etwa 65O⁰G erhitzt werden, um hydriertes Wasser zu entfernen. Dann wird es im wesentlichen eben abgeschliffen, um eine gute Lauffläche zu erhalten. Nach dem Einfahren einer auf diese Weise hergestellten Dichtung in einem Gasturbinentriebwerk ergab sich ein im wesentlichen durchgehender Überzug aus orientiertem Fe₂O, über der Arbeitsfläche des Gefüges. An einer auf diese Weise hergestellten, heißen Querleiste eines Regenerators wurde festgestellt, daß von diesex ein Fe^O^-Überzug auf die Oberfläche des Regeneratorkerns übertragen wurde.

Die Werkstoffe zeigen zufriedenstellende Abrieb- und Reibungswerte.

Beispiel 2

Heiße Querleisten und heiße Randdichtungen für einen Gasturbinenregenerator, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, wurden dadurch von Fe-,0. in Fe«O, umgewandelt, das in Versuchsvorrichtungen und in tatsächlichen Gasturbinentriebwerken geregelte Einfahrzyklen bei geregelten Temperaturen vorgenommen wurden. Die folgenden Tabellen sind kennzeichnend für die Herstellungszyklen beim Einfahren derartiger Dichtungen.

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lauf

Laufzeit der
Bearbeitungsvorrichtun^

Zeit, min.
Lauf "A" Lauf "B"

15	30
15	30
15	50
15	30
15	30
15	30
Triebwerk
Lauf "H"

Betriebsbedingungen

-SaL	T₃ ⁰O	T ⁰O
27,2	"55	315
42,2	55	510
65,3	. 230	650
98,5	230	650
141,0	230	690
200,0	230	730

1. 1 Stunde im Leerlauf (23 000-24 000 rpm), T₈-480 - 510⁰O

2, 1 Stunde bei 70 % Geschwindigkeit während des Aufschleifens,

3. i Stunde bei 80 % Geschwindigkeit,

4. 15 Minuten bei 90 % Geschwindigkeit,

5. 15 Minuten bei 95 % Geschwindigkeit,

6. 15 Minuten bei 97,5 % Geschwindigkeit,

7. 15 Minuten bei 97,5 % Geschwindigkeit,

8. 15 Minuten bei 97,5 % Geschwindigkeit,

T₈-6OO-62O-65O°O T₈ - 65O⁰O T₈ - 65O⁰O T₈ - 65O⁰C T₈ - 65O⁰O..

₈ - 69O⁰O ₈ - 73O⁰O

..⁰O

Definition der angegebenen Werte

a Druck in cm Quecksilbersäule des in den Regenerator bei 24 gemäß Fig. 1 einströmenden Ealtgases,

a Temperatur des in den Regenerator bei 24 gemäß 3?ig. 1 einströmenden Kaltgases.

* Temperatur des der heißen Innenfläche des Regenerators gemäß Fig. 1 zuströmenden Heißgases,

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Beispiel 5 '

Ein Bauteil, das aus 86 Ya Eisen, 4 % Kupfer und 10 % Kohle bestand (wie dies in der oben erwähnten US-PS 3 142 894 beschrieben ist\ wurde bei 535⁰G wärmebehandelt, so daß eine gemischte Oberfläche aus ^e^O. und Eisen entstand. Das metallische Eisen wurde mittels eines elektrolytischen Ätzmittels (5 % HBF-Lösung) aus der Oberfläche entfernt, und das sich ergebende Fe^O^-G-efüge wurde mit geschmolzenem Natriumsulfat wie in Beispiel 1 gefüllt. Außerdem wurde auch Natriumsulfid (Na₂S · 9H₂O) verwendet. Durch Erhitzung über

480⁰G wurde das hydrierte Wasser entfernt und anschließend wurde während des Einfahrvorganges die Fe^O.-Oberfläche in einen orientierten PepO^-Uberzug umgewandelt, so daß der erwünschte, im wesentlichen durchgehende orientierte Fe₂O.,-Überzug auf der Arbeitsfläche entstand.

Beispiel 4

Ρβ,Ο. wurde an Ort und Stelle auf einem Grundmaterial in Form 2 4

eines Sohmiedeeisenträgers aufgebracht. Unter Betriebsbedingungen, bei denen die Temperatur und der Sauerstoffanteil der Atmosphäre geregelt werden, bilden sich auf einem derartigen Material dre£·getrennte Eisenoxydschichten, und zwar, wie in dem Zustandediagramm gemäß Fig. 3 gezeigt ist, eine äußere Schicht aus Fe₂O^, eine mittlere Schicht aus Pe^O^, und eine innere Schicht aus PeO.

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Durch Entfernen der Fe₂O.,-Schicht mittels eines Schleifvor- _gangs, wodurch das· Fe.,0, freigelegt wird, und durch anschließendes Überziehen mit Natriumsulfid entsteht eine reibungsarme, hochgradig abriebbeständige Oberfläche nach dem Einfahren an einer G-egenfläche aus rostfreiem Stahl bei einer Temperatur von etwa 535°O. Anstatt die Fe₂O-,-Schicht zu entfernen, kann sie unmittelbar mit dem Fangstoff überzogen werden, wobei in der Einfahrperiode jedoch ein stärkerer Abrieb vorhanden ist.

Aus den obigen Beispielen lassen sich verschiedene Schlußfolgerungen ziehen. Die Abriebstoffe werden durch den Fangstoff gesammelt. Die Abriebstoffe bestehen in erster Linie aus Fe₂O^- Partikeln, die sich in ausgerichteter Lage selbsttätig in den

Bin
/xm wesentlichen durchgehender Überzug entsteht. Sie werden während des Einfahrens zusammengesintert. Nach dem Einfahren besteht die Lauffläche aus einer im wesentlichen durchgehenden Beschichtung aus hexagonalen FepO^-Kristallen, die weitestgehend orientiert sind und deren G-rundflächen im wesentlichen parallel zur Lauf- oder Reibfläche liegen. Eine entsprechende Laufflächenschicht oder ÜberZugbildung entsteht auf der G-egenfläche.

Da das erwünschte Fe₂O_v~Gefüge sich nicht durch unmittelbare Oxydation bis zu einer großen Tiefe erhalten läßt, kann zunächst ein Fe-.O.- oder FeO-G-efüge verwendet werden, wobei sich der

J τ-

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ΓΘρΟ_ν-Überzug während des Einfahrens bildet, wie dies in einigen der oben beschriebenen Beispiele der Fall ist. Jedoch kann FepCU auch durch Flammaufsprühung oder mittels einer Plasmapistole aufgebracht und anschließend mit einem geeigneten Fangstoff imprägniert werden.

Das günstigste Verfahren zur Herstellung des Ausgangsgefüges wird unter Anwendung der Flammaufsprühung durchgeführt, wobei ein G-emisch aus Fe₇O--Partikeln und Fangstoff unmittelbar auf den Träger aufgesprüht wird, so daß der Imprägnationsvorgang entfällt. So wurden beispielsweise zahlreiche Regenerator-Dichtungen dadurch hergestellt, daß ein G-emisch aus Fe,0, und etwa 10 Gew.-^f;o Na-PO. aufgesprüht wurde.

Die folgende Tabelle zeigt Beispiele für verschiedene Fangstoff gemische, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, wobei Na-PO., Na₂S und Na₂SO. besonders bevorzugt sind. Diese lassen sich auch in hydrierter Form verwenden, insbesondere wenn ein Imprägnierungsvorgang erfolgt.

BaSO. Na₂S

OdSO. Na₂HPO.

CaO ZnS

Ca₂P₂O₇ ZnO

CaSO. TiO

MnSO. CaF₂

Na.PO₄ NaBO₂ Na₂SO₄

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Die allgemeinen Eigenschaften eines erfindungsgeiaäß verwendbaren Fangstoffs sind:

1. 3är muß einen Schmelzpunkt haben, der oberhalb der maximalen Betriebstemperaturen liegt.

2. Sr darf an den sich berührenden Laufflächen Iceinen erheblichen Abrieb hervorrufen.

3. Er muß weicher sein als die einzufangenden Partikel.

4. In manchen Anwendungsfällen, beispielsweise bei Shirbinentriebwerken, sollte er nicht korrosiv sein,

5. Sr sollte nicht hygroskopisch sein.

6. Vorzugsweise sollte er sich durch Flamm- oder Plasmaaufsprühung auftragen lassen.

Die Wandstärke der Lauffläehensehicht hängt im allgemeinen von dem beabsichtigten Anwendungsfall ab.

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Claims

Anwalt sakte 14-2 387

Patentansprüche

1. Bauteil mit einer auf einem Träger befindlichen Laufflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächenschicht enthält:

• A.) vor dem Einlaufen ein Gefüge, das im wesentlichen aus einem Eisenoxyd aus der Gruppe FeO, Fe₇O₄, Pe₂O₅ und deren Gemische besteht, wobei im Gefüge ein Partikel- und Abriebfangstoff verteilt ist (Pig. 2a), und

B.) nach dem Einlaufen einen im wesentlichen durchgehenden, das Eisenoxydgefüge überdeckenden überzug aus orientiertem Pe_?0_v (Pig· 2b).

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenoxyd vor dem Einlauf Vorgang im wesentlichen aus Pe₇-O. besteht.

3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenoxyd vor dem Einlaufvorgang im wesentlichen aus Pe₂O^ besteht.

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4. Bauteil nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dais der Fangstoff aus der G-ruppe BaSO,, GaSü., CaO, Oa,,P₉ü₇, GaSO_A, MnS(K, Na,,P0,, Na₉SO., NaS, Ma₂HPO₄, ZnS, ZnO, TiO, OaF₂, HaBO₂ und deren Gemische besteht.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstoff aus der G-ruppe der anorganischen Oxyde, anorganischen Sulfide, anorganischen Sulfate, anorganischen Phosphate, anorganischen Fluoride und deren G-emische Desteht.

6. G-leitdiclitung mit einer im wesentlichen durchgehenden Laufflächen schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächenscliicht im wesentlichen aus einem äußeren, orientierten Fepü_v-überzug gebildet ist, der auf einem Eisenoxydgefüge mit einem darin verteilten Abriebfangstoff angeordnet ist.

7. Gleitdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fe₀O. -Überzug hexagonale Kristalle enthält, deren G-ruiidflächen im wesentlichen parallel zur lauffläche der Dichtung ausgerichtet sind.

o. G-leitanordnuag mit zwei reibend gegeneinander bewegbaren Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Bauteil (22) eine au;j orientiertem Fe₂O... bestehende Lauffläche aufweist.

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9. Werkstoff für Trockenschmierzwecke zur Anbringung auf einem Träger, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche des Werkstoffs ein poröses Eisenoxyd aus der Gruppe FeO, ΡβρΟ.^, J?e.,,O. und deren Gemische enthält, wobei das Eisenoxyd mit einem Eisenoxyd- und Abriebfangstoff getränkt ist.

10. Werkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenoxyd Fe.,0 ist.

11. Werkstoff nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstoff ein anorganisches Gemisch ist.

12. Verfahren zum Herstellen einer Lauffläche auf einem Träger zur Verwendung in einer Trockenschmieranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche des Trägers ein Eisenoxydgefüge mit einem darin verteilten Abriebfangstoff aufgebracht und die Gefügeoberfläche an ein Gegenbauteil angelegt wird, die beiden Bauteile unter Lruckbeaufschlagung gleitend und reibend aufeinander verschoben und dadurch Eisenoxydpartikel gemeinsam mit Fangstoffpartikeln vom Gefüge abgerieben werden und die llelativverschiebung der Bauteile im wesentlichen dauernd aufrecht erhalten wird, bis sich auf dem Oxyagefüge ein Überzug aus orientiertem Fe^O, ausbildet.

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13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Relatiwerschiebung der Bauteile aufrechterhalten wird, "bis ein Überzug aus orientiertem Pe₂O₇ auf das (■regenbaut eil übertragen worden ist*

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativverschiebung der Bauteile unter erhöhter Temperatur -vorgenommen wird,

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die RelativverSchiebung in einer Oxydationsatmosphäre vorgenommen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15* dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydgefüge zunächst durch Plaminen- oder Plasmaaufsprühung eines Eisenoxydpulvers auf den Träger aufgebracht wird.

17» Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydpulver vor dem Auf sprühen mit dem Fangstoff/gemischt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Eisenoxyd Fe₇-O^ gewählt wird,

19» Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sangstoff aus der G-ruppe Ma₇PO., Ma₂SO. und deren Gemische gewählt wird.

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