DE3510608A1 - Korrosions- und hochtemperaturbestaendiges schmierungsfreies reibungsarmes, besonders fuer absperrvorrichtungen geeignetes gleitsystem - Google Patents

Description

• Korrosions- und hochtemperaturbeständiges schmierungsfreies
• reibungsarmes, besonders für Absperrvorrichtungen geeignetes Gleitsystem Bekannte hochtemperaturbeständiS schmierungslose Gleitsysteme verwenden als Gleit- und Dichtungsmittel voll halogenierte und hoch- oder vollfluorierte Polyolefine, vor allem das unter der AbkiSrzung PTFE bekannte Polytetrafluoräthylen. Diese sind aber für Temperaturen oberhalb etwa 2000C nicht verwendbar, weil sie oberhalb dieser Temperaturgrenze zu fließen beginnen. fiür noch höhere Temperaturen sind bisher nur Asbest und asbesthaltige Kompositionen bekannt, die aber wegen hoher Reibung weniger als Gleit- als nur als Dichtungsmaterial geeignet sind.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein schmierungsfreies reibungsarmes hochtemperaturbeständiges Gleitsystem, das bei weit höheren Temperaturen als RUFE, nämlich bei Temperaturen von 4-000C und darüber störungsfrei funktioniert und das vor allem für Absperrvorrichtungen zur Absperrung von Flüssigkeiten und/oder Gasen, auch solchen mit korrosiven Eigenschaften wie z.B. S02, H2S u. dgl. voneinander geeignet ist und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
• Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der Maßnehme, für mindestens einen der beiden Gleitpartner einen beschichteten metallischen Grundwerkstoff mit besonderen Oberflächeneigenschaften zu venvenden, während der Gegenkörper aus dem gleichen oder einem anderen metallischen Werkstoff bestehen kann, der den mechanischen Anforderungen des jeweilegen Verwendungszweckes entspricht.
• wesentlich für den beschihteten Gleitpartner ist außer der Art seiner Beschichtung auch die Beschaffenheit seiner Oberfläche unterhalb derselben. Diese Oberfläche muß nicht nur rost- und zunderfrei sowie frei von Rillen und Vertiefungen sein sondern auch in besonderer Weise poliert sein, u. zw. so daß die maximale Rauhtiefe Rt nach DIN 4762 nicht über 3 /um beträgt und vorzugsweise in den Grenzen 0,5 bis 3 /um liegt. Besonders zu beachten ist in diesem Zusammenhang, daß sich diese Zahlen nur uf die maximale Rauhtiefe Rt nach DIN 4762 beziehen, nicht aber auf die verwirrenderweise ebenfalls als maximale Rauhtiefe bezeichnete Größe Rmax die durch die DIN-Vorschrift 4768 definiert ist. Eine Oberfläche, deren nach DIN 4768 bestimmte Größe Rmax innerhalb der angegebenen grenzen liegt, muß zwar nicht, kann aber durchaus für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ungeeignet sein nämlich dann, wenn gleichzeitig der erfindungsgemäß zulässige Höchstwert von 3,0/um für die Rauhtiefe Rt überschritten wird.
• Unterschreitung der unteren Grenze von 0,5 /um für Rt ist weniger kritisch, sie erfordert nur einen unnötig hohen Aufwand ohne besondere zusätzliche Vorteile. zu bringen.
• Wie schon gesagt, genügt es für manche Anwendungszwecke nur einen der beiden Gleitpartner mit der nachstehend näher beschriebenen Beschichtung zu versehen. Doch muß in diesem Falle auch der unbeschichtete Gleitpartner eine Oberflächenbeschaffenheit haben, die den obigen Bedingungen genügt.
• Die Beschichtung besteht aus einer nach dem bekannten Vl'D -Verfahren (Vapor Phase Deposition) aufgebrachten Schicht aus dichtem Titannitrid und/oder Titancarbid, u. zw. in einer von der Art des Grundwerkstoffes abhängigen Dicke von 5 bis 3Q/um meist 10 bis 15 Um .Vorzugsweise wird auf den GrundwerkstoSf zuerst eine Unterschicht aus Titancarbid TiC und auf diese eine Oberschicht aus Titannitrid TiN aufgebracht.
• Das Aufbringen der Beschichtung kann in grundsätzlich bekannter Weise durch Einwirkung der entsprechenden Reaktionspartner auf den Grundwerkstoff bzw. eine bereits aufgebrachte Uberzugsschicht bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck während mehrerer Stunden erfolgen. So verläuft z. B. die Beschichtung mit Titannitrid nach TiCl4 + N2 + 4H2 ------ 2TiN + 4 HCl und die beschichtung mit TiC nach Ti Cl4 + CH4 TiC + 4 HOl Die eaktionstemperatur sollte einerseits möglichst hoch über 8000C liegen, um einen genügend raschen Reaktionsablauf sicher zu stellen, andererseits aber nicht so hoch sein, daß der Grundwerkstoff durch die Temperaturbeanspruchung in Mitleidenschaft gezogen wird. Da als Grundwerkstoff austenitische Stähle und Stellite bevorzugt werden1 ergibt sich für diese bevorzugten Anwendungsfälle die zulässige Höchsttemperatur mit ca. 1050 °C.
• Die optimale Gaszusammensetzung ist i.a. stöchimetrisch entsprev chend den Reaktionsgleichungen und kann gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Preisdifferenzen der Reaktionspartner nach dem Massenwirkungsgesetz preislich optimiert werden.
• Der Druck im Reaktionsgefäß soll vorteilhaft nur wenige Torr, vorzugsweise etwa 5 Torr betragen.
• Die Behandlungszeit ist um so länger zu wählen, je niedriger die Behandlungstemperatur und je größer die gewünschte Dicke der Beschichtung ist, und liegt i. a. in den Grenzen von 3 bis 8 Stunden.
• Ausführungsbeispiel Das Ausführungsbeispiel zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Gleitsystems auf eine in anderem Zusmmenhang an sich bekannte Absperrvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase.
• Die Figuren 1 und 2 sind zwei rechtwinklig zueinander stehende Schnitte durch die Absperrvorrichtung in geöffnetem Zustand, d.h.
• die Figur 1 ist ein Schnitt längs der Linie I - I der Figur 2 und Figur 2 ist ein Schnitt längs der Linie II - II der Figur 1.
• Figur 3 entspricht der Figur 1, jedoch in geschlossenem Zustand der Absperrvorrichtung.
• In den Figuren bedeutet 1 die Zu- und 2 die Ableitung.
• 3 ist die das eigentliche Absperrorgan bildende durchbohrte Kugel, 4 ist der sie am Gehäuse 5 abdichtende Sitzring und 6 der mit der Kugel 4 verbundene Manipulationsstab, mit dem sie von der "Auf-" Stellung der Figur 1 in die "Zu-"Stellung der Figur 3 und zurück gebracht werden kann.
• Erfindungswesentlich ist bei dieser an sich bekannten Absperrvorrichtung, daß Absperrkugel 3 und Sitzring 4, die beide aus metallischem Werkstoff bestehen, mit einer 10 /um dicken, aus der Dampfphase abgeschiedenen Uberzugsschicht aus aus Titannitrid versehen sind.

Claims (7)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Aus zwei metallischen Partnern bestehendes Gleitsystem mit mindestens einem beschichteten Partner, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen beider Partner mindestens in den Bereichen, in denen sie mit dem anderen Partner in Berührung kommen, eine maximale Rauhtiefe Rt nach DIN 4762 von nicht über 5,0 /um aufweisen und daß mindestens ein iartner mit einer aus der dampfphase abgeschiedenen dicilten Überzugs schicht aus Titannitrid und/oder fitancarbid versehen ist.
2. 2. Gleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die überzug schicht aus TiI und/oder TiC eine Dicke von 5 bis r0, vorzugsweise 10 bis 15 /um hat.
3. 3. Gleitsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß unterhalb einer Oberschicht von TiN eine Zwischenschicht aus TiC auf dem Grundwerkstoff aufliegt.
4. 4. Gleitsystem nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet daß die TiN-schicht 4 bis 10, vorzugsweise etwa 10 µm dick ist.
5. 5. Gleitsystem nch den ansprüchen 3 und 4, dadurch cekennzeichnet, daß die TiC-schicht 2 bis 10, vorzugsweise eta 10 µm dick ist.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Gleitsystems nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung des ferkstückes mit TiN durch Einwirkung eines Gemisches von TiCl4, N2 und H, während mehrerer stunden bei Temperaturen von 800 bis 10500G und einem Druck von wenigen, vorzugsweise etwa 5 Torr erfolgt,
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Gleitsystems nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung des Werkstückes mit TiC durch Einwirkung eines Gemisches von TiCl4 und CH4 während mehrerer Stunden bei Temperaturen von 800°C bis 105000 und einem Druck von wenigen Torr, vorzugsweise etwa 5 orr erfolgt.