DE2306252A1

DE2306252A1 - Verfahren zur herstellung von rissfreien harten chromschichten

Info

Publication number: DE2306252A1
Application number: DE2306252A
Authority: DE
Inventors: Steve Eisner
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1973-02-08
Publication date: 1973-08-30
Also published as: FR2171112A1; JPS4892234A; FR2171112B1; IL41428A0; US3749652A

Description

Verfahren zur Herstellung von rißfreien harten Chromschichten

Die Erfindung betrifft die Herstellung von besonders harten und rißfreien Chromauflagen durch mechanische Aktivierung während der elektrolytischen Abscheidung aus einem tvässrigen Elektrolyt. Die erfindungsgemäß erhaltenen Chromüberzüge zeichnen sich durch eine Härte von zumindest 700 VH (700VPH,,_nn)

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aus und weisen keine Risse, sei es anfängliche Risse oder Alterungsrisse während zumindest einem Jahr. Bei den erfindungsgemäß erhaltenen Schichten handelt es sich um Schutzschichten, verschleißbeständige Hartmetallüberzüge oder dergleichen im Gegensatz zu rein dekorativen Anwendungen.

Die bisher bekannten Chromüberzüge als Verschleißschich-■fcen zeigten immer ein gewisses Rißmuster. Betrachtet man derartige Überzüge unter dem Mikroskop, so schauen sie aus, wie sonnengetrocknete Erde, d.h. es bildet eine große Anzahl an Rissen kleine Inseln von Metall. Diese Risse sind übli- , cherweise sichtbar in den Überzügen unmittelbar nach ihrer Bildung. Sie liegen im allgemeinen bei allen üblichen Schichten mit einer Stärke von zumindest 3/um vor und werden voll-

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ständig entwickelt, wenn die Schichten während relativ kurzer Zeit, ζ-,B. nicht mehr als 56 Tage, gealtert sind. Diese Risse beruhen offensichtlich auf Zugspannungen, die sich während der Abscheidung ausbilden.

Eißfreie weiche Chromschichten, d,h„ metallische Überzüge mit einer Härte von maximal 6 VH (Vickers-Härte unter einer Last von 100 g) kann man üblicherweise herstellen durch Abscheidung bei erhöhten Temperaturen im Elektrolyt enthaltend Schwefelsäure und Chromsäure in einem Verhältnis von 1 : 100 bei Arbeiten mit geringen St romdicht en=

Die bekannten Chromschichten sind also entweder weich und rißfrei oder hart und gerissen. Die harten rissigen Chromschichten nach dem Stand der Technik bieten eine gute Verschleißschicht, sind jedoch ungeeignet als Sciait ζ schichten für ein Substrat in z.B„ hochoxidierender Umgebung* Dies verhindert ihre Anwendung im Rahmen hoher Arbeitstemperaturen, wo Stahl und andere Werkstoffe wie Molybdän durcli Sauerstoff schnell korrodieren, wenn sie nicht durch entsprechende Schutzschichten daran gehindert werden«,

Die Erfindung bringt nun die Herstellung von Chromschichten, die nicht nur rißfrei sind, sondern auch eine Härte über 700 HV haben.. Diese rißfreien "Überzüge bleiben auch rißfrei beim Altern von zumindest einer Zeit vom 56 Tagen; "** innerhalb der übliche Hartchromschicht en bereits zur Rißbildung neigen. Die erfindungs gemäß en Produkte bleiben rißfrei über ein Vielfaches dieser Zeit. So kann man Überzüge über 2 1/2 Jahre altern, ohne daß Risse auftreten.

Zu der Herstellung von derartigen Chromüberzügen wird auf die US-Patentschrift 3 619 384 verwiesen«, Beiliegende Figur 1 zeigt eine Mikrofotographie~mit 250-facher. Vergrösserung-

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der Oberfläche von harten Chromschichten, die 16 Sekunden cpätzt worden sind, um anhand dieses Materials die vollständig entvfickelten Risse üblicher Hart ehr umschichten zu erläutern*

iigur 2 zeigt eine ähnliche Mikrofotographie, jedoch von der erfindungs gemäß en Ghromschicht. Sie wurde 25 Sekunden geätzt und zeigt eine vollständig rißfreie Oberfläche.

Wie erwähnt, haben die erfindungsgemäß erhaltenen Hartchromschichten eine Härte von zumindest 700 HV, insbesondere mehr als 900 HV. Sie zeigen nach dem Polieren und Ätzen eine im wesentlichen fehlerfreie Oberfläche, d.h. keine sichbaren Rißlinien. Diese rißfreie Struktur liegt nicht nur in dünnen Schichten vor, also in der Größenordnung von 25 /um sondern auch in Auflagen größerer Scb.ichtstärke, d.h. bis hinauf zu zumindest 0,5 mm. Untersuchungen ergaben, daß sich unter normalen atmosphärischen Bedingungen in Zeiträumen bis etwa 2 Jahre keine Risse entwickeln und daß weiter solange gealterte Schichten unter strengen Spannungsbeanspruchungen, z.B. Abziehen der Schichten von dem Substrat, noch immer nicht zu einer Entwicklung von Rissen führen.

Aus den beiden Mikrofotographien gehen die wesentlichen unterschiede zwischen üblichen Hartchromschichten und den erfindungs gemäßen Schichten hervor. Aus Figur 1 entnimmt man eine Vielzahl von sich überschneidenden Rissen quer über die ganze Fläche. Bei einer speziellen Probe konnte eine Rißdichte in der Größenordnung von 45 Rissen je mm ermittelt werden. In der Figur 2 fehlen andererseits vollständig Rißlinien bei gleicher Vergrößerung, obwohl eine um mehr als 50 %ige Itzzeit gegenüber den bekannten Materialien angewandt wurde. Beide Proben wurden mit üblichen Elektrolyten in Form von schwefelhaltiger Chromsäure erhalten, die bekanntlich nur

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gerissene Schichten nach, dem Stande der Technik zu erbringen vermögen« Beide Proben wurden in der gleichen Weise und "unter gleichen Bedingungen geätzt mit Ausnahme, daß die erfindungsgemäße Fläche 9 .Sekunden langer als die bekannte Probe (16 Sekunden) geätzt wurde= Die Ätzlösung war eine Chromsäurelößung 24? g/i (33 oz=/gal»)° Die Ätzung erfolgt elektrolytisch gegen eine Kupferkathode unter einer Spannung von 6₅75 Volt und 1₉2 Imp. Die Härte der Proben wurden nach üblicher genormter Härteprüfung nach Vickers mit einem pyramidenförmigen Eindruckkörper unter einer Last von 10Og ermittelt (Metals Handbook, 8. Auflage, Band 2, Seite 471). Die der Figur 1 zu- ■ grundeliegende bekannte gerissene Chromschicht hatte eine Härte von 1 050 EY gegenüber der der Figur 2 zugrundeliegenden erfindungs gemäß en Schicht mit 964 HV₀ Die Probe nach Fi- gir 1 hatte eine Stärke von 46 /um(1_?8 mil) und die erfindungsgemäße Schicht nach Figur 2 von 132 ,um (5? 2 mil). Es ist allgemein bekannt, daß dickere Schichten eher zur Entwicklung von Hissen neigen als dünnere«, Zur Zeit der mikrofotographischen Untersuchung war die erfindungsgemäße Schicht nach Figur 2 etwa 2,5 Jahre alt und war mechanisch von der Stahlunterlage, auf der sie erzeugt worden ist, etwa 1 Woche vor der mikrofotographischen Aufnahme abgehoben worden. Die Schicht der Figur 1 war weniger als 2 Jahre alt und wurde im Sinne

. der Figur 2 von der Unterlage getrennt.

Die Erfindung wird an folgendem Beispiel weiter erläutert«. Es wm?de eine Vorrichtung im Sinne der US-PS 3 619 384, Figur 3a engewandt, und ein Stahlstab, Durchmesser 25,4 m., wurde mit einem Anpreßdruck von 0,07 kg/cm^ auf eine nicht gewebte poröse mechanisch aktivierende Scheibe aus Kunstfasern gedruckt. Die Scheibe besaß einen Schleifkornüberzug Siliciumcarbid^Körnung 600 grit„Als Bindemittel diente ein PolyuretJaanklebero Während der elektrolytischen Abscheidung wurde die Scheibe mit einer durchschnittlichen Geschwindig- -

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u, gemessen in der Mitte des Stabs, von rund 5 m/s gedreht. Iier Elektrolyt war eine übliche Lösung von 3,3 g/l Schwefelsäure und250 g/l Chromsäure (0,44 "bzw. 44 oz./gal.). Die Plattierung erfolgte "bei 55°C während 15 Minuten. Man erhielt an dem Stabende eine 0,132 mm starke Chromschicht. Die Härte betrug 964 HV. Eine Mikrofotographie der Oberfläche ist inFigur 2 gezeigt.

In diesem Beispiel sind die bevorzugten Arbeitsbedingungen angegeben, jedoch kann Geschwindigkeit, Druck und Härte des mechanischen Aktivators gegebenenfalls verändert werden. Das Ausmaß der mechanischen Aktivierung sollte jedoch im allgemeinen nicht geringer sein als in dem Beispiel angegeben,

insbesondere sollte der Anpreßdruck nicht unter etwa 0,07 kg/cm absinken.

Hartchromschichten, wie sie nach der Erfindung erhalten werden können, sind geeignet für Hochtemperaturanwendungen im Eahmen einer oxidierenden Atmosphäre, insbesondere dort, wo gleichzeitig eine Beanspruchung auf Spalling oder einer Zerstörung der Metalle vorliegt. Die erfindungsgemäßen Harten rißfreien Chromschichten bilden eine hervorragende Schicht gegenüber· Oxidation und den damit auftretenden Problemen. Molybdän und Molybdänlegierungen, wie sie weitgehend in der Raumfahrttechnik zur Anwendung gelangen, können erfindungsgemäß hervorragend geschützt werden. Dies gilt aber auch für "billige Werkstoffe, wie niedergekohlte Stähle, deren Qualität für Anwendungen bei höherer Temperatur auf diese Weise verbessert werden kann. Die erfindungsgemäßen Chromschichten bieten auch einen gewissen chemischen Schutz. So lassen sich derartige Chromschichten für die Verlängerung der Betriebszeiten elektrischer Kontaktrollen anwenden, wie sie in hoch-, laufenden Bandplattierungsstraßen angewandt werden. Außer der Schutzwirkung hinsichtlich Oxidation und Korrosion bieten die

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erf indungs gemäß en Überzüge Verschleißwiderstand, Erosionswiderstand und einen gewissen Schutz vor festfressen.

Der genaue Mechanismus bei der Bildung der rißfreien Hartchromschicht nach der Erfindung ist noch nicht "bekannt= Es kann jedoch angenommen werden, daß Kompressionskräfte,aufgebracht durch ausreichende mechanische Aktivierung, die normalen Zugspannungen aufheben und eine offensichtlieli- spannungsfreie oder unter Druck stehende Hart ehr omschicht ergeben«

Pat ent aaspruch

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Claims

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Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung rißfreier Hart Chromüberzüge mit einer Vickers-Härte von zumindest 700 in einem Schwefelßäure Ghromsäure-Elektrolyt, dadurch -gekennzeichnet daß die Abscheidung unter gleichzeitiger mechanischer Aktivierung vorgenommen wird.

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