DE2929510C2 - Paarungen von Hartstoffschichten zum Schutz von Lagerungen und Führungen vor Verschleiß und Korrosion - Google Patents

Paarungen von Hartstoffschichten zum Schutz von Lagerungen und Führungen vor Verschleiß und Korrosion

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Description

Es ist bereits bekannt daß harte Schichten auf der Basis der Nitride, Carbide und Carbonitride von Elementen der Gruppen IV bis VI des Periodensystems der Elemente verschleißfeste Eigenschaften haben.
Durch gezielte Paarung von obigen Hartstoffschichten kann eine weitere bedeutende Verbesserung der Eigenschaften von Lagerungen und Führungen erzielt werden, insbesondere im Hinblick auf deren Anwendung in extremen Umweltbedingungen. Extreme Umweltbedingungen zeichnen sich durch das Einwirken von hohen Temperaturen und/oder hohen Drücken und/oder guten Vacua und/oder die Anwesenheit von chemisch aggressiven, korrosiven Medien aus. Diese extremen Umweltbedingungen können vor allem in der chemischenVerfahrenstechnik, in der Nukleartechnik, im Weltraum und im Waffenbau festgestellt werden. Sie äußern sich durch chemischen Angriff, der zur Korrosion und zum vorzeitigen Versagen von Maschinenelementen führt, und durch erhöhten Verschleiß bei Anwendungen in der Kernreaktortechnik und im Weltraum aufgrund des ungünstigen Reibungsverhaltens klassischer Konstruktionsmaterialien bei erhöhter Temperatur und im hohen Vakuum.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf hin, durch Einführung der Paarungen von Schutzüberzügen Titancarbid gegen Titannitrid und Titancarbid gegen Siliciumcarbid klassischen Konstruktionsmaterialien, d. h„ zähen, metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen, den Zugang in den Apparate- und Maschinenbau für Anwendungen in extremen Umweltbedingungen zu sichern. Darüber hinaus helfen diese Schutzüberzüge auch im konventionellen Maschinenbau, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der betroffenen Elemente zu erhöhen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit Lagerungs- und Führungselemente gemäß den vorstc henden Patentansprüchen.
Die Abscheidung der erfindungsgemäßen Hartstoffiiberzüge kann mittels Gasphasenreaktion chemisch oder physikalisch öder mittels Festkörper- oder Flüssigphasentransportreaktion erfolgen.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele im einzelnen erläutert.
Beispiel I
Die chemische Verfahrenstechnik bedient sich zur Herstellung bestimmter themioclvnamischer Gleichgewichte, die die Voraussetzung für die Synthese vieler neuartiger Werkstoffe sind, in zunehmendem Maße niedriger Drücke im Mittel- und Feinvakuumbereich. Die dabei anfallenden Spalt- und/oder Reaktionsnebenprodukte sind vielfach Dämpfe von Säuren oder Basen, die die Pumpenelemente korrodieren. Drehkolben und Drehschieberpumpen, die zusammen mit Kühlfallen zur Zeit in der chemischen Verfahrenstechnik Anwendung finden, müssen häufig gewartet werden, um bei
to Anwesenheit von Säure- und Basendämpfen die notwendige Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu erreichen.
Nach vorliegender Erfindung werden die Pumpenkavität mit Titannitrid und die drehenden Pumpenelemente, wie Kolben oder Drehschieber, mit Titancarbid beschichtet Titannitrid bzw. Titancarbid wird in Form einer 2 bis 5 um dicken, porenfreien Schicht nach einem bekannten Verfahren, z. B. dem aus der CS-'-PS 4 52 205 bekannten Verfahren für die Beschichtung von metallisehen und nichtmetallischen Gegenständen durch Abscheidung aus der Gasphase, auf die zu schützenden Pumpenelemente aufgetragen.
Die Reibungspartner Titancarbid gegen Titannitrid zeichnen sich durch einen niedrigen dynamischen und statischen Reibungskoeffizienten aus und haben hervorragende verschleißmindernde Eigenschaften. Da der Reibungskoeffizient TiC-TiN mit veränderlicher Temperatur, Druck und Feuchtigkeit weitgehend konstant bleibt, sind solchermaßen geschützte Pumpenelemente weniger anfällig gegen Störungen des Schmiermechanismus und haben hervorragende Notlaufeigenschaften bei Versagen desselben.
Die Korrosionsbeständigkeit von TiN und TiC schützt darüber hinaus die Pumpenelemente, wie Kolben, Drehschieber, Kavitätsinnenraum usw., vor chemischem Angriff, und es ist somit möglich, herkömmliche Pumpen den hohen Anforderungen der chemischen Industrie zugänglich zu machen, ohne auf kostspielige Sonderkonstruktionen zurückgreifen zu
«ο müssen.
Es ist offensichtlich, daß dieser Schutzmechanismus, der die tribologischen und mechanischen Eigenschaften der Vakuumpumpen verbessert, auch für Pumpen von korrosiven Flüssigkeiten und Schmelzen verwendet
*5 werden kann.
Beispiel 2
Zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades von heliumgekühlten Kernreaktoren ist es notwendig, zu immer höheren leniperaturen (b.s 900 C) ω gehen. Diese erhöhten Temperaturen im hochreinen Edelgas bewirken eine Desorption aller schützenden Oxidschichten auf der Oberfläche von tribologisch iunktionellen Flächen. Daraus resultieren eine starke Verschweißneigung der betroffenen Reibungspartner und unzulässig hohe Reibungskoeffizienten.
Die neben den hohen Tempraturen sehr hohen Drücke machen es notwendig, in der Trioologie von Kernreaktorarmaturen, die relative Konstanz, des
μ Reibungskoeffizienten von TiC-TiN sowie ileren Charakter, all Diffiisionsbarriere zu wirken, einzusetzen. Lager für Drücke bis 250 Mp pro Aufiagestelle können in käfigloscr Ausführung mit Wiilz.körpern. die abwechselnd mit TiC und TiN beschichtet wurden, hergestellt
Ί5 werden. Das Konstruktionsmaterial der Ringe und Wälzkörper muß den Temperaluren und der Gcnauig· keitsklasse des Lagers angepaßt werden.
Der niedrige Reibungskoeffizient TiC-TiN gewährlei-
stet ein Funktionieren der Lager mit günstigem Reibungsverhalten und verhindert ein Verschweißen der Lagerelemente bei längerem Stillstand. Abhängig von den dynamischen Anforderungen an das Lager kann eine zusätzliche Trockenschmierung mittels aufgestäubtem M0S2 vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt somit herkömmlichen Konstruktionsmaterialien, beim Bau von tribologischen Elementen der Kernreaktortechnik Anwendung zu finden.
Beispiel 3
Bei Gyroskopen, die unter Weltraumbedingungen, d.h. Drücken bis 10~8mbar und Temperaturen bis
200"C, betrieben werden, muß durch geeignete Konstruktionsmaßnahmen eine Schmierung gewährleistet werden.
Erfindungsgemäße Lagerelemente können unter Ausnutzung des niedrigen Reibungskoeffizienten einer Hartstoffpaarung TiC-SiC, wobei die Lagerringe mit Titancarbid und die Rollelemente mit SiC beschichtet werden, wartungsfrei gemacht werden. Auch in diesem Fall kann eine zusätzliche Beschichtung mit M0S2 erforderlich werden.
Die erfindungsgemäßen Lagerelemente können auch in klassisch geschmierten Gyroskopen verwendet werden und ergeben dadurch hervorragende Notlaufeigenschaften.

Claims (2)

1 Patentansprüche:
1. Lagerungs- und Führungselemente, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der sich in gegenseitigem Kontakt befindlichen, beweglichen, aus zähen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen bestehenden Elemente mit Paarungen von haftfesten, porenfreien, korrosions- und verschleißfesten Hartstoffüberzügen verschiedener Zusammensetzung versehen ist, wobei ein Element mit Titancarbid und das andere mit Titannitrid oder ein ElemeDt mit Siliciumcarbid und das andere mit Titancarbid beschichtet ist
2. Lagerungs- und Führungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überzogenen Reibungsflächen eine zusätzliche Schicht aus Molybdänsulfid aufweisen.
DE2929510A 1978-07-21 1979-07-20 Paarungen von Hartstoffschichten zum Schutz von Lagerungen und Führungen vor Verschleiß und Korrosion Expired DE2929510C2 (de)

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