DE3125114A1

DE3125114A1 - Verfahren zur feststellung des verschleisszustandes von maschinenteilen

Info

Publication number: DE3125114A1
Application number: DE19813125114
Authority: DE
Inventors: Josef Ing.(grad) 6203 Hochheim Ehrhardt; Eva Dipl.Chem. Dr. 6232 Bad Soden Poeschel; Gerhard Dipl.Chem. Dr. 6374 Steinbach Walter
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1981-06-26
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1983-01-13

Description

Verfahren zur Feststellung des Verschleißzustandes
von Maschinenteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung des Verschleißzustandes von Maschinenteilen, die mit flüssigen Arbeitsmitteln in Verbindung stehen und mit funktionellen Verschleißschutzschichten versehen sind.
Im allgemeinen werden Maschinenteile zum Schutz gegen den Verschleiß und andere Beanspruchungen auf dem Wege der galvanischen Dispersionsabscheidung mit einer Metallschicht, die feine, nichtmetallische Einlagerungen enthält, versehen.
Hierfür werden die in die Metallschicht einzulagernden Partikel im galvanischen Bad suspendiert und z.B. durch Rühren, Elektrolytumpumpen, Lufteinblasen oder Ultraschall, in Suspension gehalten. Die Partikel wandern zusammen mit den Metallionen zu dem Bauteil, das die Kathode darstellt und werden dort in die sich bildende Metallschicht mit eingebaut.
Je nach der Art der Schichtmatrix und Art und Menge der dispersen Phase (z.B. Hartstoffe, Trockenschmierstoffe, usw.) weisen diese Schichten technisch vorteilhafte Eigenschaften auf. So besitzen die derart beschichteten Bauteile eine langwährende Funktionstüchtigkeit bei komplexer Beanspruchung, wie gleichzeitige Einwirkung von Korrosion und Verschleiß.
Beim praktischen Einsatz von solchen Bauteilen ist jedoch schwierig festzustellen, wie weit die aufgebrachte Schicht - unabhängig davon, ob es sich um eine Dispersionsschicht, Hartchromschicht, Auftragsschicht usw. handelt - durch Verschleiß bereits abgetragen ist. Dies trifft insbesondere für Bauteile zu, die in größeren Maschinenaggregaten integriert sind, z.B. bei Motoren. Die Feststellung des Verschleißzustandes erfolgt meist durch Stillegung, Ausbau und Inspektion.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem der Verschleißzustand von mit flüssigen Arbeitsmitteln in Berührung stehenden Bauteilen, z.B. Pumpen, Hydraulikanlagen, Motoren usw., in einfacher Weise und ohne die Notwendigkeit der Stillegung kontinuierlich festgestellt werden kann.
Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe lösen läßt, wenn unterhalb der Verschleißschutzschicht eine Verschleißmarkerschicht aufgebracht wird, die Dotierstoffe enthält und wenn die durch den Verschleiß in das flüssige Arbeitsmittel gelangenden Dotierstoffe in an sich bekannter Weise chemisch oder physikalisch nachgewies#n werden. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 erläutert.
Erfindungsgemäß wird vor dem Aufbringen der eigentlichen Verschleißschutzschicht eine Verschleißmarkerschicht durch galvanische Dispersionsabscheidung aufgebracht. Als Matrixmetall kommen dabei alle galvanisch abscheidbaren Metalle und Metallegierungen in Frage, vorwiegend jedoch Kupfer, Nickel, Kobalt, Blei, Zinn, Silber und Messing. Bei der Auswahl des geeigneten Matrixmetalls muß die Art des Grundwerkstoffs, die Beanspruchung des Bauteils und die Detektiermethode berücksichtigt werden.
Der einzulagernde Dotierstoff muß dem galvanischen Bad angepaßt sein, sich möglichst leicht suspendieren lassen und gegenüber dem Elektrolyt völlig inert sein. Grundsätzlich eignen sich hierzu alle nichtmetallischen Partikel, die durch normale Dispersionsabscheidung abgeschieden und außerdem gut detektiert werden können, z.B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Thoriumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Bariumsulfat, Strontiumsulfat, Vanadiumcarbid, Wolframcarbid, Siliciumcarbid und Bornitrit. Die Voraussetzung für eine verläßliche Detektion ist, daß der Dotierstoff nicht bereits in der Verschleißschicht, in anderen Schichten des Bauteils oder im Grundwerkstoff enthalten ist. Die Partikelgröße der Dotierstoffe beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 um Der Volumenanteil der Dotierstoffe in der Verschleißmarkerschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 20 t.
Bei der Abscheidung der Verschleißmarkerschicht ist es unerheblich, ob das Bauteil bereits andere Schichten, z.B. aus einer Vorbehandlung, besitzt, wie dies u.a. bei der Galvanisierung von Leichtmetallen üblich ist. Entscheidend ist, daß unmittelbar auf die Verschleißmarkerschicht die eigentliche Verschleißschutzschicht aufgebracht wird.
Die eigentlichen Verschleißschutzschichten können erfindungsgemäß auch durch galvanische Dispersionsabscheidung aufgebracht werden und in diesem Fall Zusatzstoffe, wie Hartstoffe, Trockenschmierstoffe usw., enthalten. Solche Zusatzstoffe können auch in der Verschleißmarkerschicht vorhanden sein.
Während des technischen Einsatzes der Bauteile werden die Verschleißschutzschichten durch die Beanspruchung mehr oder weniger schnell abgetragen. Wird nun durch den Abtrag die Verschleißschutzschicht aufgezehrt und die Verschleißmarkerschicht erreicht, so genügt bereits ein geringer Abtrag von 1 um oder weniger, um den dort eingelagerten Dotierstoff freizusetzen und ins flüssige Arbeitsmittel gelangen zu lassen. Im Arbeitsmittel kann der Dotierstoff dann z.B. durch kontinuierliche Probenahme oder auch "on-line" nachgewiesen werden. Das Verfahren ermöglicht somit, daß die Reparaturmaßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden können. Durch Abscheidung mehrerer dünner Verschleißmarkerzwischenschichten innerhalb der Verschleißschutzschicht ist es auch möglich, den Verschleißverlauf in verschiedenen Stadien zu verfolgen. Dies wird erleichtert, wenn in verschiedenen Verschleißmarkerzwischenschichten auch verschiedene Dotierstoffe eingebettet sind. Vorteilhafterweise werden bei diesen Ausführungsformen die Schutzschichten ebenfalls galvanisch aufgebracht, weil die Herstellung der verschiedenen Schichten mittels Galvanisierautomaten im Durchlauf erfolgen kann. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, daß das Bauteil vor dem völligen Abtrag der Verschleißschutzschicht ausgetauscht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Dotierstoff in der Verschleißmarkerschicht zusammen mit einem für die jeweilige Verschleißbeanspruchung geeigneten Hartstoff abgeschieden. In diesem Fall wird die Funktion des Bauteils auch dann nicht beeinträchtigt, wenn bei bereits abgetragener Verschleißschutzschicht die Verschleißmarkerschicht erreicht ist und der Dotierstoff bereits an das flüssige Arbeitsmittel abgegeben wird, da die Verschleißmarkerschicht ebenfalls verschleißhemmende Eigenschaften aufweist.
Wenn nur ein bestimmter Oberflächenbereich des Bauteils verschleißend beansprucht wird, kann dieser Bereich partiell mit der Verschleißmarkerschicht beschichtet werden, wie es unter der Bezeichnung "spot-plating, tip-plating" usw. aus der Galvanotechnik bekannt ist.
Der Nachweis des durch Abtrag der Verschleißmarkerschicht in das flüssige Arbeitsmittel gelangenden Dotierstoffs erfolgt durch bekannte chemische und physikalische Nachweismethoden, insbesondere durch Colorimetrie, Atomabsorption, Spektroskopie usw.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Feststellung des Verschleißzustandes von Maschinenteilen, die mit flüssigen Arbeitsmitteln in Verbindung stehen und mit funktionellen Verschleißschutzschichten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Verschleißschutzschicht eine Verschleißmarkerschicht aufgebracht wird, welche Dotierstoffe enthält, und daß die durch den Verschleiß in das flüssige Arbeitsmittel gelangenden Dotierstoffe in an sich bekannter Weise chemisch oder physikalisch nachgewiesen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißmarkerschicht durch galvanische Dispersionsabscheidung aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoffe gegenüber dem galvanischen Bad inerte Partikel der Größe von 0,01 bis 10 /um verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoffe Oxide, Sulfate, Nitride oder Carbide der Elemente der -11. bis VII. Gruppe, vor- zugsweise II. und III. Gruppe des Periodensystems, oder organische oder anorganische Farbstoffe verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißmarkerschicht-Matrix aus einem Metall oder Metallegierung besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Dotierstoffe in der Verschleißmarkerschicht 1 bis 20 % beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschutzschicht durch galvanische Abscheidung aufgebracht wird und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit gegebenenfalls Zusatzstoffe wie Hart- und Gleitstoffe enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißmarkerschicht zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit Zusatzstoffe wie Hart- und Gleitstoffe enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Verschleißschutzschicht mehrere parallele Verschleißmarkerschichten in bestimmten Abständen voneinander aufgebracht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verschleißmarkerschicht einen anderen Dotierstoff enthält.