DE4119710C2 - Bad zum elektrolytischen Aufbringen einer Verbundbeschichtung - Google Patents
Bad zum elektrolytischen Aufbringen einer VerbundbeschichtungInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bad zur elektrolytischen
Abscheidung einer Nickelbeschichtung, die aus einer Nickelle
gierungsmatrix und in der Matrix auf der Metalloberfläche
dispergierten Eutektoidteilchen zusammengesetzt ist.
Das Verbundplattierungsbad dient zur Abscheidung einer Ver
bundplattierung, bei der die Teilchen eine Verbesserung der
physikalischem Eigenschaften der Plattierung bewirken. Ein
derartiges Bad ist in JP-B-56-18 080 beschrieben. Dieses be
kannte Bad wird durch Zusetzen eines wasserlöslichen Additivs
mit einem Gehalt an Phosphorverbindungen in einer Menge von
0,1 bis 4,2 g/Liter zu einem herkömmlichen Nickel-Elek
troplattierungsbad mit einem Gehalt an Eutektoidteilchen her
gestellt.
Wie vorstehend erwähnt, dient ein derartiges Bad zur Be
schichtung von Metalloberflächen mit einer Verbundplattie
rung, die aus einer Nickel-Phosphor-Legierungsmatrix und in
der Matrix dispergierten Eutektoidteilchen aus Aluminiumoxid,
Siliciumnitrid und dergleichen zusammengesetzt sind. Die
Plattierung ist in bezug auf Härte und Abriebbeständigkeit
gegenüber der herkömmlichen Plattierung, die aus dem üblichen
Bad ohne den Phosphorzusatz erhalten worden ist, überlegen.
Diese Plattierung ist jedoch immer noch unzureichend zur Be
schichtung von Gleitelementen, die beim Betrieb einer hohen
Belastung bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind, z. B. von
Kolbenringen zur Verwendung in Verbrennungsmotoren. Wird die
ses Element oder dieser Kolbenring im vorerwähnten Bad plat
tiert, so erweisen sie sich in bezug auf ihre Härte und Ab
riebbeständigkeit ohne Zuhilfenahme einer angemessenen Wärme
behandlung in gewissem Umfang als unzuverlässig.
US 3,936,577 betrifft ein Verbundplattierungsbad zur Abscheidung von
Überzügen oder Beschichtungen, dem borhaltige Reduktionsmittel wie
BH₄--Ionen oder Dimethylamin-Boran zugesetzt wurden. Diese Druckschrift
sagt jedoch nichts über die Härte und Wärmebeständigkeit dieser
Plattierungen aus. EP 0 005 890 A2 offenbart ein Verbundplattierungsbad,
das Borsäure und eine kationische Fluorkohlenstoffverbindung als grenzflächenaktiven
Stoff enthält. In DS-OS 23 48 342 sind Verbundplattierungsbäder
beschrieben, dene Boranate, Borazane oder Borsäure zugesetzt
wurden, um Bor in die abgeschiedenen Schichten einzubauen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verbundplat
tierungsbad bereitzustellen, das sich zur Plattierung von
Gleitelementen, wie Kolbenringen zur Verwendung in Verbren
nungsmotoren, eignet. Mit diesem verbesserten Verbundplat
tierungsbad soll die Abscheidung einer Verbundplattierung auf
den Metalloberflächen von Gleitelementen, die drastischen Be
dingungen ausgesetzt werden, ohne eine Wärmebehandlung ermög
licht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Bad zum
elektrolytischen Aufbringen einer Verbundbeschichtung
hergestellt, indem man ein Additiv von Trimethylamin-boran
in einer Menge von 0,1 bis 10 g/Liter zu einem
Nickel-Elektroplattierungsbad mit einem Gehalt an Eutekto
idteilchen gemäß dem Oberbegriff von Patenanspruch 1 zusetzt.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Härte
tests erläutert; und
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Abrieb
tests erläutert.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem grundlegenden Nickel-
Elektroplattierungsbad um eine wäßrige, saure Lösung von min
destens einem Nickelsalz. Für dieses Bad gibt es keine spe
ziellen Beschränkungen. Übliche Zusammensetzungen derartiger
Bäder sind nachstehend aufgeführt:
- (1) Watt-Bad
Nickelsulfat 220-370 g/Liter Nickelchlorid 30- 60 g/Liter Borsäure 30- 60 g/Liter - (2) Nickelsulfamat-Bad
Nickelsulfamat 225-525 g/Liter Nickelchlorid 15- 38 g/Liter Borsäure 30- 45 g/Liter - (3) Weissberg-Bad
Nickelsulfat 240-300 g/Liter Nickelchlorid 30- 45 g/Liter Borsäure 30- 40 g/Liter Kobaltsulfat 12- 15 g/Liter Ameisensäure 25- 30 g/Liter Formalin 1,5- 2,5 g/Liter
Eutektoidteilchen werden dem basischen Bad zur Abscheidung
einer Verbundplattierung in einer Menge von 20 bis
200 g/Liter zugesetzt. Hierbei handelt es sich um den übli
chen Bereich. Werden die Teilchen in einer Menge von weniger
als 20 g/Liter zugesetzt, so reicht diese Menge nicht aus.
Bei einem Zusatz von mehr als 200 g/Liter zum Bad ist die ge
bildete Plattierung zu rauh und brüchig und weist eine zu ge
ringe Festigkeit auf, als daß sie für praktische Zwecke ge
eignet wäre. Somit läßt sich keine praxisgerechte Plattierung
erreichen, wenn die Menge der zugesetzten Teilchen außerhalb
des vorstehend erwähnten Bereichs liegt. Die Teilchen beste
hen üblicherweise aus einem oder mehreren Bestandteilen aus
der Gruppe Ni-Si3N4, Ni-SiC, Ni-WC und dergleichen.
Das erfindungsgemäße Bad wird hergestellt, indem man Trimethylamin-boran (CH3)3NBH3
in einer Menge von 0,1 bis
10 g/Liter und vorzugsweise von 1 bis 8 g/Liter zu dem die
Teilchen enthaltenden Grundbad gibt.
Aus dem Verbund
plattierungsbad läßt sich leicht eine verbesserte Verbund
plattierung, die überlegene Eigenschaften in bezug auf Härte,
Abriebfestigkeit und Wärmebeständigkeit aufweist, abscheiden.
Das erfindungsgemäße Bad zum elektrolytischen Aufbringen einer
Verbundbeschichtung mit einem Gehalt
an Trimethylamin-boran ist insofern vorteilhaft, als es eine Ver
bundplattierung mit besonders günstiger Härte und Abrieb
festigkeit ergibt. Ferner ist es vorteilhaft, daß sich das
Verbundplattierungsbad zur Plattierung von Metalloberflächen
von Gleitelementen eignet, die im Betrieb einer hohen Bela
stung bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie es bei
spielsweise bei Kolbenringen in Verbrennungsmotoren der Fall
ist. Die aus dem erfindungsgemäßen Bad hergestellte Verbund
plattierung ist auch in bezug auf ihre Wärmebeständigkeit im
Vergleich zu einer Plattierung, die aus einem herkömmlichen
Bad mit Phosphorverbindungen als Additiven erzeugt worden
ist, verbessert. Die mit dem erfindungsgemäßen Bad plattier
ten Gleitelemente können ohne eine Wärmebehandlung oder nach
einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung unter drastischen Be
dingungen eingesetzt werden. Dies bedeutet, daß mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Bads die Herstellungskosten für Gleit
elemente oder Kolbenringe vermindert werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher
erläutert. Das dabei verwendete Trimethylamin-boran wird mit
"TMAB" abgekürzt.
Temperatur: 55°C,
pH-Wert: 3,5
elektrische Stromdichte: 5A/dm²
pH-Wert: 3,5
elektrische Stromdichte: 5A/dm²
(2) Badzusammensetzung | |
Vergleichsbeispiel 1 | |
Nickelsulfat | |
240 g/Liter | |
Nickelchlorid | 45 g/Liter |
Borsäure | 30 g/Liter |
Siliciumnitrid | 100 g/Liter |
(Si₃N₄, durchschnittliche Teilchengröße 0,7 µm) |
Hypophosphorige Säure: 3,0 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
TMAB: 0,5 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
TMAB: 1 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
TMAB: 2 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
TMAB: 4 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
TMAB: 6 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
TMAB: 8 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
TMAB: 10 g/Liter,
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
zugesetzt zur Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1.
Aus den Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele und der
Beispiele werden Verbundplattierungen hergestellt. Zu erfindungsgemäßen
Bädern gelangt man auch, indem man der Zusammensetzung
von Vergleichsbeispiel 1 TMAB zusetzt, aber Borsäure
wegläßt. Aus derartigen Bädern lassen sich Plattierungen
der gleichen Härte erzielen, jedoch enthalten die Verbundplattierungsbäder
vorzugsweise Borsäure, um ihre Lebensdauer
zu erhöhen und ihre Stabilität aufrechtzuerhalten.
Die einzelnen Plattierungen, die aus den Bädern der neun Ver
gleichsbeispiele und Beispiele erhalten worden sind, werden
vor und nach einer einstündigen Wärmebehandlung bei be
stimmten Temperaturen mit einem Micro Vickers-Härtetestgerät
getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.
Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und des Bei
spiels 5 sind in Fig. 1 aufgetragen. Diese Ergebnisse zeigen,
daß die aus den Bädern der Vergleichsbeispiele 1 und 2, die
kein TMAB als Additiv enthalten, erhaltenen
Plattierungen vor der Wärmebehandlung in bezug auf ihre Härte
zu wünschen übriglassen, und daß die Härte der Plattierung
von Vergleichsbeispiel 1 abnimmt, wenn die Behandlung bei
Temperaturen über 300°C erfolgt. Auf der anderen Seite weisen
die Plattierungen von Beispiel 5, wo das Bad TMAB
als Additiv enthält, ohne Wärmebehandlung oder vor
der Wärmebehandlung eine ausreichende Härte auf. Diese Härte
bleibt auch nach einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von
300 bis 350°C erhalten. Dies bedeutet, daß durch die Zugabe
von TMAB die Wärmebeständigkeit der Plattierung
verbessert wird.
Die Plattierung von Vergleichsbeispiel 2, wo das Bad eine
Phosphorverbindung als Additiv enthält, weist eine bessere
Härte als die Plattierung von Vergleichsbeispiel 1 auf, wo im
Bad keine Phosphorverbindung als Additiv enthalten ist. Die
Härte der Plattierung von Vergleichsbeispiel 2 ist aber im
Bezug auf die Härte der Plattierung von Beispiel 5 (auch vor
der Wärmebehandlung) unterlegen. Dies bedeutet, daß das Bad
mit einem Gehalt an TMAB als Additiv sich
gegenüber dem Bad mit der Phosphorverbindung als Additiv als
vorteilhaft bei der Abscheidung einer Verbundplattierung auf
Gleitelementen erweist. Wird die Plattierung aus dem letzt
genannten Bad auf Gleitelementen, die für eine Verwendung un
ter drastischen Bedingungen vorgesehen sind, abgeschieden, so
sind diese Plattierungen ungeeignet, wenn nicht eine Wär
mebehandlung bei Temperaturen von 350 bis 380°C durchgeführt
wird. Wird auf dem gleichen Element eine Plattierung aus dem
erfindungsgemäßen Bad abgeschieden, so erweist sich diese
auch ohne Wärmebehandlung als geeignet. Ist eine Wärmebe
handlung erwünscht, so kann diese bei einer Temperatur von
300°C oder darunter durchgeführt werden. Dies bedeutet eine
Verminderung der Plattierungskosten.
Die Plattierungen gemäß der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und
des Beispiels 5 werden unter den in Tabelle II angegebenen
Bedingungen einem Abriebtest unterzogen.
Bedingungen des Abriebtests | |
Testgerät: | |
Amsler-Abriebtestgerät | |
Verfahren: | rotierendes Kontaktstück, halb in Öl eingetaucht und belastet |
rotierendes Kontaktstück: | FC25 (HRB 98) |
Schmieröl: | 10W30 |
Öltemperatur: | Raumtemperatur |
Umfangsgeschwindigkeit: | 0,89 m/sec (500 U/min) |
Belastung: | 60 kg |
Abriebmenge: | Niveauunterschied (µm), gemessen durch ein Kontaktprofilmeßgerät |
Das Teststück wird im Amsler-Testgerät befestigt; während das
rotierende Kontaktstück in eine Drehbewegung versetzt wird.
Das rotierende Kontaktstück weist einen Außendurchmesser von
40 mm, einen Innendurchmesser von 16 mm und eine Dicke von 10 mm
auf. Dieses rotierende Kontaktstück wird so angeordnet,
daß es in Kontakt mit der Plattierung auf dem Teststück
kommt. Die Testergebnisse sind in Fig. 2 aufgetragen. Aus
Fig. 1 und 2 geht hervor, daß das als Additiv zugesetzte TMAB
eine verbesserte Härte und Abriebbeständigkeit der
Verbundplattierung bewirkt. Demzufolge ist es besonders vor
teilhaft, aus dem erfindungsgemäßen Bad Verbundplattierungen
auf Gleitelementen, die unter drastischen Gleit- und Hochtem
peraturbedingungen eingesetzt werden, abzuscheiden. Derartige
Bedingungen herrschen in Verbrennungsmotoren.
Es ist festzuhalten, daß TMAB bereits in sehr
geringen Mengen eine Verbesserung der physikalischen und che
mischen Eigenschaften der Plattierung bewirkt. Beispielsweise
werden die vorstehend beschriebenen Vorteile durch Zugabe von
nur 0,1 g/Liter TMAB erreicht. Bei einer
Zugabe von TMAB in einer Menge von mehr als
10 g/Liter wird die Plattierungsspannung erhöht, was dazu führt,
daß die Plattierung brüchig wird. Demzufolge liegt die Zugabe
menge an TMAB im Bereich von 0,1 bis 10 g/Liter und
vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 g/Liter.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß sich das
erfindungsgemäße Bad zum elektrolytischen Aufbringen einer
Verbundbeschichtung leicht herstellen
läßt, indem man ein übliches Verbund-Nickel-Plattierungsbad
mit TMAB versetzt. Das erfindungsgemäße
Bad ergibt eine verbesserte Verbundplattie
rung mit einer Nickel-Bor-Legierung, die im Vergleich zu
einer herkömmlichen Plattierung unter Verwendung eines her
kömmlichen Bads mit einem Gehalt an einer Phosphorverbindung
als Additiv sich ohne Wärmebehandlung in bezug auf Härte und
Abriebbeständigkeit als überlegen erweist.
Claims (4)
1. Bad zum elektrolytischen Aufbringen einer Verbundbeschichtung,
enthaltend eine wäßrige saure Lösung von mindestens
einem Nickelsalz, Teilchen von mindestens einem wasserunlöslichen
Material, und ein Aminboran als Additiv, dadurch gekennzeichnet, daß als
Additiv Trimethylamin-boran in einer Menge von 0,1 bis 10 g/l enthalten
ist.
2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilchen in einer Menge von 20 bis 200 g/l enthalten sind.
3. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilchen aus einem oder mehreren Bestandteilen der Gruppe Ni-Si3N4, Ni-SiC
und Ni-WC ausgewählt sind.
4. Bad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Trimethylamin-boran in einer Menge von 1 bis 8 g/l enthalten
ist.
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Also Published As
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