DE2328048B2 - Verschleißfestes Werkstück sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verschleißfestes Werkstück Init einer galvanisch aufgebrachten, keramisches Pulver tnthaltenden Nickelschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkstückes.

Aus der US-PS 35 14 389 ist ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkstückes bekannt, Wobei die Verschleißfestigkeit dadurch erreicht wird, tfaß keramische Pulver aus Siliciumcarbid (SiC) od. dgl. init einem galvanischen Nickelbad gemischt werden, wobei die keramischen Pulver in der Nickelschicht, die tuf dem Werkstück galvanisch abgeschieden wird, eingeschlossen werden können. Die ölretentions- und Schmiereigenschaften eines derartig behandelten Werkstückes sind jedoch außerordentlich schlecht, da Oic Oberfläche der Nickelschicht relativ glatt ist, so daß tfas öl nicht auf der zu schmierenden Fläche verbleibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. ein verschleißfestes Werkstück der oben beschriebenen Art • nd ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen. Wobei die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden und das Werkstück bei zumindest unverringerter Verschleißfestigkeit eine verbesserte Schmierölretention aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nickelschicht des Werkstückes maschenartig ausgebildete Einkerbungen bzw. Einschnitte mit einer Breite zwischen etwa 0,01 und 0,5 mm und mit gegenseitigen Abständen zwischen etwa 0,5 und 9 mm aufweist.

Zwar sind aus der DT-PS 3 39 649 Cleitflächen bekannt, die zahlreiche Aussparungen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit aufweisen, jedoch verlaufen diese bekannten Aussparungen quer zur Gleitrichtung und zueinander parallel. Diese regelmäßige, parallele Anordnung der Aussparungen macht einerseits die Herstellung der Aussparungen auf einer Werkzeugmaschine erforderlich, und andererseits ist ein Austausch von Schmieröl zwischen den einzelnen Aussparungen im Betrieb nicht möglich. Eine Schmierung des Mittelbereiches zwischen den parallelen Aussparungen

ίο wird dadurch außerordentlich erschwert, so daß eine optimale Schmierung der gesamten Gleitfläche nicht möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen verschleißfesten Werkstückes zeichnet sich dadurch aus, daß ein galvanisches Nickelbad mi; einem Gehalt an 50 bis 500 g/l keramischem Pulver, 0,05 bis 5 g/l Zugspannung erzeugendem und 0,1 bis 10 g/l Druckspannung erzeugendem Mittel, wobei das Mengenverhältnis der beiden Mittel so gewählt ist, daß überwiegend Zugspannung entsteht, verwendet wird und nach der Abscheidung die Haarrisse im Niederschlag durch anodisches Ätzen vergrößert werden.

Aus der DT-PS 9 52 953 ist ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Werkstückes bekannt, wonach die galvanisierte Oberfläche durch anodisches Ätzen rauh oder porös gemacht werden soll. Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch lediglich das Gefüge der Oberfläche loser, wobei sogenannte

Öltaschen gebildet werden. Diese einzelnen öltaschen gestatten jedoch nicht den Austausch des Schmieröls wie bei den maschenartigen Einkerbungen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt werden. Bei einem weiteren bekannten Verfahren gemäß der DT-PS 9 21 185 wird ein Linienmuster von Einkerbungen mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens erzeugt. Die durch den Lichtbogen erzeugte Narbung der Oberfläche weist jedoch nicht nur Vertiefungen auf, sondern auch Erhöhungen an den Rändern der Narben, da das Überzugsmaterial durch den Lichtbogen geschmolzen wird und zumindest teilweise nach der Seite abfließt. Diese Erhöhungen sind jedoch unerwünscht, da sie die Verschleißfestigkeit des Werkstückes verringern. Die Erzeugung des Narbungsmusters erfolgt bei diesem bekannten Verfahren dadurch, daß der Lichtbogen in vorbestimmter Weise über die Oberfläche geführt wird. Ersichtlich ist dies, insbesondere bei großen Werkstükken, ein außerordentlich langwieriges Verfahren. Weiterhin ist aus der CH-PS 2 67 121 ein Verfahren zur Herstellung von Schmiervertiefungen durch elektrolytische Ätzung bekannt, wobei zur Erzeugung des Musters der Schmiervertiefungen eine perforierte Maske während der Ätzung auf die Oberfläche aufgelegt wird, so daß die Schmiervertiefungen entsprechend den Perforalioncn der Maske geätzt werden. Ersichtlich ist auch dieses bekannte Verfahren außerordentlich langwierig und erfordert die Herstellung und Verwendung einer Maske, die der Form des zu bearbeitenden Werkstückes angepaßt ist.

Demgegenüber zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine außerordentlich einfache und zeitsparende Herstellung der maschenartig ausgebildeten Einkerbungen aus. In Abhängigkeit von der Konzentration der verwendeten Mittel und von dem anodischen Ätzen können die Breite der Einkerbungen und die gegenseitigen Abstände der Einkerbungen bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstückes beeinflußt werden.

In vorteilhafter Weise werden als Mittel zur Erhöhung der Zugspannung 2-Butin-1,4-dio) und der Druckspannung Saccharin verwendet.

Erfindungsgemäß wird die anodische Ätzung unter Verwendung eines 1- bis 50%igen Chromsäurebades durchgeführt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Nickelbad ein Chloridbad verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsformen und in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Mikrofotografie in 20facher Vergrößerung der Oberfläche einer galvanisch aufgebrachten. Feststoffteilchen enthaltenden Nickelschicht mit maschenartigen porösen Bereichen gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine Mikrofotografie in I15facher Vergrößerung mit einem vergrößerten Tei! ausschnitt der Fig. 1,

Fig. 3 in grafischer Darstellung die zum Festfressen erforderliche Zeit gemäß der Erfindung bzw. gemäß dsm Stand der Technik in einem Festfressungsversuch und

Fig.4 in grafischer Darstellung das Ausmaß des Abriebs eines erfindungsgemäßen bzw. eines bekannten Werkstückes in einem Abrieb-Versuch.

Gemäß der Erfindung kann irgendein gewöhnliches galvanisches Nickelbad, beispielsweise ein Chloridbad oder Sulfaminsäurebad, verwendet werden.

Als pulverförmige keramische Materialien, die als verschleißfeste Materialien zugesetzt werden sollen, können Metalloxide, wie Aluminiumoxid, Metallcarbide, wie Siliciumcarbid, Titancarbid, Metallnitride, wie Bornitrid, Titannitrid, oder Mischungen derselben verwendet werden. Vorzugsweise werden keramische Materialien mit einer Teilchengröße von 0,5 bis 9 μ verwendet. Die erforderliche Menge des zuzusetzenden Keramikmaterials beträgt 50 bis 500 g/l in bezug auf das Nickelbad. Dies bedeutet, daß die verschleißfeste Schicht nicht erhalten werden kann, wenn die Menge des zugesetzten Keramikmaterials 50 g/l oder weniger beträgt. Andererseits verbessert sich die Verschleißfestigkeit der Schicht nicht proportional, wenn die zugesetzte Menge 500 g/l oder mehr beträgt, vielmehr werden dabei schlechtere Abscheidungsbedingungen erhalten.

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Weiterhin werden erfindungsg;mäß die Mittel zur Erzeugung der Zug- bzw. Druckspannungen für die Nickelschicht dem galvanischen Bad in Mengen von 0,05 bis 5 g/l bzw. 0,1 bis 10 g/l zugesetzt. Die Proportionen können innerhalb dieser Bereiche unter Bcrücksichtigung der Menge der keramischen Pulver und der Art des verwendeten galvanischen Bades variiert werden.

Im allgemeinen bilden sich bei der Nickelabscheidung nicht so leicht Risse in der Schicht aus, und zwar infolge der Eigenschaften der Nickelschicht. Weiterhin bewirken die keramischen Pulver, daß Konzentrationen bzw. Häufungen von Zugspannungen, die in der Nickelschicht entstehen, abgebaut werden. Hierdurch wird zusätzlich verhindert, daß sich Risse in der Nickelschicht ausbilden. Erfindungsgemäß wird jedoch eine Zugspannung in der Schicht erzeugt, indem das die Zugspannung bewirkende Mittel in einer die Druckspannung übersteigenden Menge zugesetzt wird, so daß sich die netzartigen Risse ausbilden können. Die Zugspannung wird bei einer Zugabe von weniger als 0.05 g/l so klein, daß sich keine Risse ausbilden. Bei einer Zugabe von mehr als 5 g/l wird die innere Spannung in der Schicht so groß, daß gleichzeitig die Rißbildung und das Abschälen der Schicht verursacht wird. Das Mittel zur Erzeugung der Druckspannung ist erforderlich, um die Nickelschicht auf galvanischem Wege in fest anhaftender Form abzuscheiden, ohne daß diese später von dem Teil abgeschält werden kann. Als Menge dieses Mittels wird ein Bereich von 0,1 bis 10 g/l ausgewählt, da der Ausgleichseffekt zwischen dem die Druckspannung und dem die Zugspannung erzeugenden Mittel verschwindet, wenn diese Menge weniger als 0,1 g/l beträgt. Die Nickelschicht wird dann lediglich durch das die Zugspannung erzeugende Mittel beeinflußt, und es kommt zu Abschälungen. Andererseits wird die von dem die Zugspannung erzeugenden Mittel verursachte Rißbiidung übermäßig stark, wenn die Zugabemenge mehr als 10 g/l beträgt.

Zur Abscheidung können verschiedene Bäder verwendet werden. Ein Chloridbad hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da die hiermit erzeugten Zugspannungen im Vergleich zu anderen Bädern größer sind. Demgemäß kann bei einem Chloridbad die Menge des zuzusetzenden, die Zugspannung erzeugenden Mittels vergleichsweise kleiner sein. Die Menge des die Druckspannung erzeugenden Mittels kann daher ebenfalls kleiner sein. Dies bedeutet, daß bei der Verwendung des Chloridbades die zuzusetzenden Mengen des die Zug- bzw. die Druckspannung erzeugenden Mittels 0.05 bis 2 g/l bzw. 0,1 bis 5 g/l sein können.

Für die Ausführung der Erfindung hat sich als besonders vorteilhaftes Mittel 2-Butin-i,4-diol zur Erhöhung der Zugspannung und Saccharin zur Erhöhung der Druckspannung erwiesen. Bei der Verwendung des obengenannten Bades wird bei einer Badtemperatur von 40 bis 75°C, mit einer Stromdichte von 2 bis 50 A/dm² und bei einem pH-Wert von 3,5 bis 5,3 gearbeitet. Diese Bedingungen sind im wesentlichen die gleichen wie bei einer herkömmlichen Abscheidung. Bei der Durchführung der galvanischen Abscheidung unter den obengenannten Bedingungen wird auf dem behandelten Teil eine pulverförmige keramische Materialien enthaltende Nickclschicht mit netzartigen und feinen Rissen erhalten.

Anschließend wird die Schicht vorzugsweise unter Rühren anodisch geätzt, so daß zahlreiche Einschnitte mit einer Breite von etwa 0,01 bis 0,5 mm netzartig mit gegenseitigen Abständen von etwa 0,5 bis 9 mm entstehen.

Für die anodische Ätzung können entweder anorganische oder organische Säurebäder verwendet werden. Ein Chromsäurebad hat sich optimal erwiesen. Man kann mit Konzentrationen im Bereich von etwa 1 bis 50% arbeiten. Die Temperatur, die Stromdichte und die Dauer der anodischen Ätzung richtet sich nach der gewünschten Breite einer jeden Einkerbung.

Weiterhin wird eine Breite von 0,01 bis 0,5 mm für die Breite eines jeden Einschnitts des maschenartigen porösen Bereiches auf der zusammengesetzten Nickel-Plattierungsschicht ausgewählt. Wenn die Breite weniger als 0,01 mm ist, kann keine Schmieröltention erwartet werden, während der poröse Bereich vergrößert wird, wenn die Breite mehr als 0,5 mm ist, wodurch die Abriebsfestigkeit der Nickelschicht vermindert wird. Für die Abstände zwischen den Einschnitten werden 0,5 bis 9 mm gewählt, da der netzartige poröse Bereich übermäßig fein unterteilt wird, wenn die Abstände weniger als 0,5 mm betragen, wodurch die Festigkeit der Nickclschicht selbst verringert wird. Wenn dagegen die Abstände mehr als 9 mm betragen, wird das Verhältnis

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:s porösen Bereichs in bezug auf die gesamte Schicht einer, wodurch die Schmierölretention verringert ird.

Beispiel 1

.usiimmcnsctzung des Nickelbades:

Ni(SOs ■ ΝΗ.φ · 4IhO 444 g/l

NiCb · bhhO 10 g/l

1 -! iBOt 35 g/l

Saccharin 1.5 g/l

2-Buiin-l,4-diol 0.5 g/l

SiC H)O g/l

ilektrolysebedingungen:

Temperatur bO C

pH-Wert 4,9

Stromdichte 20 A/dm-'

Abschcidungsdauer 2 SuI. mit

Luft ruh tu ng

Anodisches Ätzbad:

CrO) (Chromtrioxid) 250 g/l

H:SO4 2,5 g/l

Na^SiFh (Natriumhexafluorsilikat) ... lg/1

Atzbedingungen:

Temperatur 40° C

Stromdichte 20 A/dm-¹

Dauer 10 Min.

30 Unter den obengenannten Bedingungen wird ein in

den F i g. 1 und 2 gezeigter netzartiger poröser Bereich erhalten.

Im folgenden wird ein Festfressungstest sowie ein

Verschleißtest für die in der oben erläuterten Weise hergestellte Nickelschicht erläutert.

1. Festfressungstest

Es wird eine trommeiförmige Testvorrichtung mit innerer Berührung verwendet. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß die Festfreß- und Verschleißbedingungen der inneren peripheren Oberflächen von Probestükken und rotierenden Teilen getestet werden können, indem ein rotierendes Teil mit einer gegebenen Form gedreht wird, während es gegen die innere periphere Oberfläche des zylindrisch ausgebildeten Probestücks gedrückt wird.

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I *

leMbedingungcn:

Hinbaubelasuing 1,5 kg

Gleitgeschwindigkeit 25 m/see

Exzentrizität 0

Das verwendete rotierende Teil besteht aus einem besonderen Gußeisen und weist eine Länge von 60 mm, eine Höhe von 8,5 mm und eine Breite von 6 mm auf, wobei der Gleitkontakt sich auf einer gewölbten Oberfläche mit einem Radius von 4 mm ausbildet. Das trommelartige Probenstück weist einen Durchmesser von 180 mm auf. Seine innere periphere Oberfläche ist mit einer erfindungsgemäßen Nickelschicht versehen. Das trommeiförmige Probestück wird in Motorenöl für eine bestimmte Zeitdauer eingetaucht, nachdem es auf eine bestimmte Temperatur erwärmt worden ist. Danach wird das auf der Oberfläche anhaftende öl abgewischt.

Das Ergebnis dieses Versuchs zeigt eine Schmierwirkung, die zwei- oder viermal so groß ist wie bei einem herkömmlichen Probestück ohne porösen Bereich, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist.

2. Verschleißtest

Es wird die trommeiförmige Testvorrichtung mit innerer Berührung verwendet.

Versuchsbedingungen·.

Einbaubelastung 1,5 kg

Gleitgeschwindigkeit 25 m/see

Exzentrizität des trommclförmigcn

Probenstiicks 0,3 mm

(maximal O.b mm)

Das verwendete rotierende Teil und das trommeiförmige Probestück sind den in dem Festfressungstest verwendeten gleich.

Versuchszeit 50 Std.

Schmiermittel (1OW-30) 20 bis

30 cc/Std.

Die Ergebnisse zeigen einen erheblich verringerten Verschleiß und eine überlegene Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den entsprechenden Eigenschaften eines herkömmlichen Probestücks ohne poröse Bereiche, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verschleißfestes Werkstück mit einer galvanisch aufgebrachten, keramisches Pulver enthaltenden Nickelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht maschenartig ausgebildete Einkerbungen bzw. Einschnitte mit einer Breite zwischen etwa 0,01 und 0,5 mm und mit gegenseitigen Abständen zwischen etwa 0,5 und 9 mm aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Werkstücks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein galvanisches Nickelbad mit einem Gehalt an 50 bis 500 g/l keramischem Pulver, 0,05 bis 5 g/l Zugspannung erzeugendem und 0,1 bis 10 g/l Druckspannung erzeugendem Mittel, wobei das Mengenverhältnis der beiden Mittel so gewählt ist, daß überwiegend Zugspannung entsteht, verwendet wird und nach der Abscheidung die Haarrisse im Niederschlag durch anodisches Ätzen vergrößert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 2-Butin-l,4-diol als Mittel zur Erhöhung der Zugspannung und Saccharin als Mitte! zur Erhöhung der Druckspannung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Nickelbad ein Chloridbad verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische Ätzung unter Verwendung eines 1 - bij 50%igen Chromsäurebades durchgeführt wird.