DE2348362A1 - Verfahren zur beschichtung verschleissbeanspruchter bauteile - Google Patents

Verfahren zur beschichtung verschleissbeanspruchter bauteile

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Description

Daim 97 57 A 25. Sept. 1973
Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim
Verfahren zur Beschichtung verschleißbeanspruchter Bauteile
Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften verschleißbeanspruchter Bauteile, nämlich von galvanisch abgeschiedenen Dispersionsüberzügen.
Für viele Zwecke werden galvanisch Disperionsüberzüge hergestellt, die Jedoch häufig bei Wärmeuehandlung einen wesentlichen Härteabfall erleiden.
Verschleiß-Um eine erhöhte festigkeit von galvanisch abgeschiedenen Schichten zu erzielen, können Feststoffe mit eingelagert werden. Die Feststoffe werden dem Elektrolyten zugesetzt und mechanisch, z.B. durch Rühren oder Einblasen von Gasen, in Schwebe gehalten. Durch Einlagerung von Hartstoffen oder Feststoffschmiermitteln können die Verschleiß- und Gleiteigenschaften der galvanischen Überzüge verbessert werden* Ein typisches Beispiel hierfür sind galvanisch aufgebrachte Wickelschichten mit eingelagertem Siliciumcarbid.
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Diese Einlagerung von Feststoffteilchen ist auch bei der chemischen Metallisierung, also bei Verwendung von stromlos arbeitenden Metallisierungsbädern möglich.
Die Härte der in galvanischen Bädern hergestellten Schichten kann auch durch Badzusätze, bei Nickelschichten z.B. durch Saccharin, erhöht werden. Die organischen Zusätze werden in die Schicht miteingebaut. Bei höheren Temperaturen zersetzen sich diese organischen Zusätze und die Härte der Schicht nimmt ab. Dies kann je nach Einsatzbedingungen die Gebrauchseigenschaften nachteilig beeinflussen. Bei mit Saccharin gehärteten Nickeldispersionsüberzügen setzt der Härteabfall bereits bei etwa 25O0G ein.
Bei stromlos abgeschiedenen Nickeldispersionsschichten wäre dieser Nachteil vermeidbar. In solche Schichten wird, bedingt durch die Badzusammensetzung, Phosphor oder Bor miteingebaut, und die Schichten können durch Ausscheiden von Nickelphosphiden bzw. -boriden durch eine Wärmebehandlung gehärtet werden. Damit sind zwar Härtewerte von HV = 1100 kp/ mm erreichbar, jedoch liegt der wesentliche Nachteil der stromlos hergestellten Schichten in der langsamen Abscheidungsgeschwindigkeit, die hier erzielbar ist und in den bei dicken Nickeldispersionsschichten auftretenden Spannungen. Es ist bis jetzt nicht gelungen, brauchbare, spannungsfreie Dicknickelschichten mit Feststoffeinlagerungen abzuscheiden.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Dispersionsüberzügen mit verbesserten Eigenschaften, wobei in technisch brauchbar kurzen Zeiten brauchbar dicke Schichten genügender Verschleißfestigkeit erzielt werden.
Dies wird dadurch erreicht, daß in galvanisch abgeschiedene Schichten ein Einbau von Phosphor oder Bor erfolgt.
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Erfindungsgegenstand ist demnacli ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von galvanisch abgeschiedenen Dispersionsüberzügen, " das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Elektrolyten chemische Substanzen zugesetzt werden, die einen Einbau von Phosphor oder Bor in die Schicht zur Folge haben.
Überraschenderweise hat das Arbeiten bei niederen pH-Werten, insbesondere bei höchstens 4, feteek eine überraschend gute Einlagerung der Feststoffteilchen zur Folge und führt zu spannungsarmen Dibknickeldispersionsschichten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Dispersionsüberzug nach der Fertigbearbeitung wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung kann unterbleiben, wenn während des Gebrauchs zumindest zeitweilig !Temperaturen von mehr als 2000C auftreten.
Durch das Einbringen von Phosphor bzw. Bor in die galvanisch abgeschiedene Schicht werden die Gebrauchseigenschaften der Schichten bei höheren Temperaturen wesentlich verbessert.
Während eine aus einem gewöhnlichen Nickelsulfamatbad mit suspendiertem SiC-Pulver abgeschiedene Nickeldispersionsschicht, bei der Saccharin als Härtebildner verwendet wurde, bei einer zweistündigen Wärmebehandlung bei 300 C einen Härteabfall von HV0 , = 540 kp/mm2 auf HVQ , = 320 kp/mm2 erleidet, kompensiert schon der zusätzliche Einbau von 0,4 # Phosphor in die Schicht den durch, den thermischen Zerfall des Saccharins bedingten Karteabfall. Bei gleicher Wärmeeinwirkung steigt die Härte so^ar auf 580 kp/mm an. Bei Einbau von 2 % Phosphor steigt bei dieser Wärmebehandlung die Härte von HVQ -, = 700 kp/ mm2 auf HVQ ^ = 910 kp/mm2 an. ■ ' .
Als Zusätze für den Einbau von Phosphor oder Bor kommen Substanzen in Frage, wie sie auch bei der stromlosen Metallabscheidung Verwendung finden, insbesondere Hypophosphite,
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Boranate und Borazane. Da die Zusätze gedoch nicht wie bei der stromlosen Metallabscheidung zur Reduktion der Metallionen benötigt werden, können sowohl die bei der stromlosen Vernickelung üblichen Stabilisierungszusätze erhöht werden als auch mit Vorteil schwächer reduzierende Substanzen, die zur stromlosen Metallabscheidung ungeeignet sind, Verwendung finden. So können die Hypophosphite durch Phosphite bzw. phosphorige Säure ersetzt werden. Die Verwendung schwächer reduzierender Substanzen hat eine größere Badstabilität zur Folge und ist daher bevorzugt. Sie stellt auch einen wesentlichen Vorteil gegenüber der chemischen Metallisierung dar, da die größere Badstabilität ein sichereres Arbeiten gestattet.
Grundsätzlich können Elektrolyse verwendet werden, wie sie ähnlich bei der stromlosen Vernickelung Verwendung finden. Dabei können Temperatur- und Badzusammensetzung im Rahmen des "Fachwissens etwas variiert werden, um eine größere Badstabilität zu erzielen.
Den Elektrolyten werden vorzugsweise Feststoffe mit einer Korngröße von 0,01 bis 100 hi zugegeben. Als Feststoffe, die für sich allein oder in Kombination miteinander verwendet werden können, seien insbesondere genannt: Oxide, Carbide, Nitride, Suizide, Sulfide und Boride von Bor, Silicium, Aluminium, und Metallen der Gruppen Ha-, IVa-, Va-, VIa- und Villa des Periodensystems.
Die folgenden Beispiele zeigen Elektrolyte, wie sie gemäß der Erfindung verwendet werden können. Die ersten beiden Elektrolyte sind ähnlich den bei der stromlosen Vernickelung angewandten Elektrolyten. Die beiden letzi^nannten Elektrolyte sind stabil und zur stromlosen Vernickelung nicht geeignet.
Die obengenannten Feststoffe können den Elektrolyten in bekannter Weise und in den bekannten Mengen zugesetzt werden.
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Beispiele Nickelsulfat 70 g/l
1. Nickelchlorid 20 g/l
Natr iumhypopho sphit 10 g/l
Natriumzitrat 15 g/1
Natriumacetat 5 g/l
Bleichlorid 20 mg/1
pH 4 - 5 T=60°0
llickelsulfat 70 g/l
2. Nickelchlorid 20 g/l
Hatriumzitrat 10 g/l
Natriumacetat 20 g/l
Natriumsuccinat 20 g/l
N-Diäthylborazan 3 ml/1
Bleichlorid 20 mg/1
Methanol 50ml/l
pH 5 T=60°G
Nickelsulfamat 450 g/l
3. Nickelchlorid 10 g/l
Zitronensäure 30 g/l
Pho sphors äur e .10 g/l
.phosphorige Säure 3og/l
pH 4 - 5 τ=55°σ
Nickelsulfat 250 g/l
4. Nickelchlorid 30 g/l
Phosphorsäure 50 g/l
phosphorige Säure 5 g/l
Saccharin 2og/l
pH 1 - 2,5 av7O°o
Wie ersichtlich ist, kann bei Verwendungt>von wenig reduzierenden bor- oder phosphorhaltigen Materialien, wie Borsäure oder phosphoriger Säure der pH-Wert bis auf 1 abgesenkt werden und trotzdem eine verhältnismäßig hohe Ab- . Scheidungstemperatur angewandt werden. Dies führt zu·einer großen Abscheidungsgeschwindigkeit, was technisch von Vorteil ist. Überraschenderweise hatte die Absenkung des pH-Wertes beim letztgenannten Bad eine verstärkte Einlagerung von Feststoffteilchen zur Folge.
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Claims (6)

  1. - 6 - Daiin 9757 A
    Patentansprüche
    Verfahren zur Verbesserung der thermischen und Verschleiß-Eigenschaften von galvanisch abgeschiedenen dicken Dispersionsüberzügen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyten chemische Substanzen zugesetzt -werden, die einen Einbau von Phosphor oder Bor in die Schicht zur Folge haben.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß phosphorige Säure und/oder Phosphite zugesetzt werden.
  3. 3· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Bades unter 4- liegt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß Hypophosphite, Boranate oder Borazane zugesetzt werden..
  5. 5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß Feststoffe mit einer Korngröße von 0,01 bis 100 um zugesetzt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß der Dispersionsüberzug bei Bedarf wärmebehandelt wird.
    7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 200 und 500°G für eine Zeitspanne von 20 bis 1 Stunde durchgeführt wird.
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    3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 0,2 und 12 Gew.-% Phosphor bzw. 0,1 bis 8 Gew.-^ Bor eingelagert werden.
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