DE4434302C2

DE4434302C2 - Mechanische Teile in einem Rückschlagventil und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE4434302C2
Application number: DE4434302A
Authority: DE
Inventors: Hisaji Shinohara; Shoichi Ohte; Tadao Kitamura; Toshio Kobayashi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: KR950012505A; CN1101383A; JPH07102387A; DE4434302A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die mechanischen Teile ei nes Wir kungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum), die mechanisch miteinander verbunden sind und sich relativ zueinander drehen oder im Gleitkontakt miteinander stehen, sowie auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Keramikschicht auf einer Kontaktfläche der mechanischen Teile.

Der Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Va kuum) besteht beispielsweise aus verschiedenen Teilen, wie Hebeln, Klauen, Stiften, Rollen (Walzen) und Stäben. In den verbindenden Abschnitten kommen die jeweiligen Teile in Kontakt miteinander, sie drehen sich relativ zueinander oder sie stehen im Gleitkontakt miteinander. Deshalb wird ein Schmiermittel auf diese Abschnitte aufgebracht oder aufgegossen, um die Abriebsbeständigkeit (Verschleißbeständigkeit) der Teile zu verbessern. Dieses Verfahren erfordert jedoch Wartungsarbeiten, beispiels weise eine Schmierung. Es wurde daher bereits eine Methode vorgeschlagen, bei der ein solcher Abschnitt mit einer Schicht (einer Keramikschicht) aus einem Material mit einer aus gezeichneten Abriebsbeständigkeit (Verschleiß beständigkeit), z. B. aus TiC, TiN oder TiCN, beschichtet ist, so daß die Betriebs-Zuverlässigkeit für einen langen Zeitraum gewährleistet werden kann, ohne daß Wartungsar beiten erforderlich sind (vgl. z. B. die ungeprüfte japa nische Patentpublikation JP-A 3-8232). Eine solche. Schicht (Keramikschicht) ist jedoch geringfügig schlechter in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit. Wenn mechanische Teile, die wie vorstehend beschrieben be handelt worden sind, beispielsweise einem Salzsprühtest unterzogen wurden, so wurde gefunden, daß nach dem Ablauf von mehreren Stunden auf der gesamten Oberfläche sich Rostflecken gebildet hatten. Es wird angenommen, daß die ses Phänomen hervorgerufen wird durch winzige Löcher und Risse, die in der Schicht vorhanden sind.

Um das Auftreten dieses Phänomens zu verhindern, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) gebildet wird durch Beschichtung eines Beschichtungsabschnitts der mechanischen Teile mit Nickel oder Chrom und die obengenannte Schicht auf die Grundierungs schicht aufgebracht wird (vgl. z. B. die ungeprüfte japani sche Patentpublikation JP-A 4-73833).

Bei mechanischen Teilen, die wie vorstehend beschrieben hergestellt werden, wird jedoch die Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) aus einer konventionellen Nickel- oder Chrom-Beschichtungsschicht gebildet. Im Falle einer Nickel beschichtung beträgt beispielsweise die Härte nur etwa Hv 200. Dies ist insofern ein Problem, als als Folge einer Langzeit-Verwendung in der Unterlagenschicht Risse entste hen in einem Abschnitt einer Kontaktfläche, in dem der Oberflächendruck hoch ist. Bei der Langzeit-Verwendung kann durch diese Risse in der Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) Wasser in den Abschnitt eindringen, wodurch die Bildung von Rost verursacht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mechani sche Teile in einem Vakuum-Rückschlagventil zu schaffen, bei de nen auch dann keine Rißbildung in der Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) auftritt, wenn ein hoher Oberflächendruck auf die Kontaktfläche der mechanischen Teile wirkt. Der vorlie genden Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zur Beschichtung von mechanischen Teilen in einem Rück schlagventil zu schaffen.

Die Aufgabenstellung bezüglich der Vorrichtung wird gelöst durch ein mechanisches Teil in einem Vakuum-Rückschlagventil gemäß An spruch 1.

Als Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) wird eine Schicht verwendet, die durch stromlose Ni-P-Beschichtung oder stromlose Ni-B-Beschichtung gebildet wird. In diesem Falle kann die Grundierungsschicht (Unterlagen schicht) einer Wärmebehandlung bei 600°C oder darunter, vorzugsweise bei 400°C oder darunter, unterzogen werden.

Bei dem Verfahren zur Erzeugung einer Keramikschicht auf ei ner Kontaktfläche dieser mechanischen Teile in einem Vakuum-Rückschlagventil wird zuerst eine Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) auf der Kon taktfläche der mechanischen Teile durch stromlose Ni-P-Beschichtung oder stromlose Ni-B-Beschichtung gebildet und dann wird eine Keramikschicht der Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) erzeugt durch physikalische Dampfab scheidung oder chemische Plasma-Dampfabscheidung unter Wärmebehandlungsbedingungen von 600°C oder darunter, vor zugsweise von etwa 400°C oder darunter.

Bei der erfindungsgemäßen Konfiguration wird eine Grundie rungsschicht (Unterlagenschicht), die durch stromlose Ni-Beschichtung oder stromlose Ni-B-Beschichtung gebildet wird, zuerst auf einer Kontaktfläche mindestens eines der mechanischen Teile erzeugt und auf die Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) wird eine Keramikschicht aufgebracht. Ein durch konventionelle Nickelbeschichtung erzeugter Film hat eine Härte von etwa Hv 200. Im Gegensatz dazu hat eine durch stromlose Nickelbeschichtung erzeugte Schicht eine we sentlich höhere Härte. So beträgt beispielsweise die Härte eines im Falle einer Ni-P-Beschichtung erhaltene Schicht etwa Hv 400 bis 500 und diejenige eines im Falle einer Ni-B-Beschichtung erhaltene Schicht beträgt etwa Hv 700. Infol gedessen wird durch diese stromlose Nickelbeschichtung die Härte einer Kontaktfläche der mechanischen Teile so ver bessert, daß selbst dann, wenn die mechanischen Teile in einer Kontaktfläche, auf die ein hoher Oberflächendruck einwirkt, über einen langen Zeitraum hinweg verwendet wer den, die mechanischen Teile ausreichend haltbar sind. Wenn eine Keramikschicht auf der so erzeugten Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) durch physikalische Dampfabscheidung oder durch chemische Plasma-Dampfabscheidung unter Wärme behandlungsbedingungen von 600°C oder darunter gebildet wird, kann außerdem die Härte der Oberfläche der Kontakt fläche auf etwa Hv 900 bis 1200 erhöht werden. Als Folge davon weisen die erfindungsgemäßen mechanischen Teile eine ausgezeichnete Abriebsbeständigkeit (Verschleißfestigkeit) und Beständigkeit gegen Rostbildung auf.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum), das ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Hauptabschnitte der Fig. 1; und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Hauptabschnitte der mechanischen Teile, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung auf den Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum) angewendet wird, näher beschrieben.

Die Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die den Wirkungsme chanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum) zeigt. In der Fig. 1 steht ein Vakuumventil 1 über einen isolieren den Stab 12, einen Hebel 10 und eine Kontaktfeder 9 mit einer Welle einer Rolle 8 in Verbindung. Die Rolle 8 ist an einem Sperrhebel 7 rotierbar befestigt, und eine Rolle 13 ist an dem vorderen Ende des Sperrhebels 7 drehbar be festigt. In dem dargestellten geschlossenen Zustand des Rückschlagventils steht die Rolle 13 mit einer Klaue 14 in Eingriff.

Die Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die Hauptabschnitte des Wirkungsmechanismus, der in einem Zu stand vorliegt, in dem ein Stab 5 durch Erregung eines Schließ-Elektromagneten bewegt wird, um die Rolle 8 nach oben zu stoßen. Dieser Stoßvorgang bewirkt, daß eine Öff nungs/Schließ-Welle 6 im Uhrzeigersinne gedreht wird, so daß ein beweglicher Kontakt in dem Vakuumventil durch die Kontaktfeder 9, den Hebel 10 und den isolierenden Stab 12 nach unten gestoßen wird, wodurch ein geschlossener Durch gang zwischen dem beweglichen Kontakt und einem statio nären Kontakt entsteht. Gleichzeitig steht die Klaue 14 wieder mit der Rolle 13 in Eingriff, um den offenen Zu stand des Rückschlagventils aufrechtzuerhalten.

Wie vorstehend beschrieben, umfaßt der Wirkungsmechanismus des Rückschlagventils mechanische Teile, die sich relativ zueinander drehen oder im Gleitkontakt miteinander stehen. Insbesondere die Rolle 13 und die Klaue 14 stehen in Ein griff miteinander, um den offenen oder geschlossenen Zu stand des Rückschlagventils aufrechtzuerhalten, und die Kraft der Kontaktfeder wirkt auf diese Teile ein, was dazu führt, daß diese Teile einer hohen Belastung unterliegen. Wenn die vorliegende Erfindung auf diese Abschnitte an gewendet wird, auf die eine hohe Belastung einwirkt, kann eine hohe Betriebs-Zuverlässigkeit des Wirkungsmechanismus über einen langen Zeitraum hinweg erzielt werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die vorlie gende Erfindung auf diese mechanischen Teile angewendet wird. Eine Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) 21, wird auf einem mechanische Teil 20, beispielsweise einer Rolle oder einer Klaue, durch stromlose Ni-B-Beschichtung oder stromlose Ni-P-Beschichtung erzeugt. Eine Keramikschicht 22 aus beispielsweise TiC, TiN oder TiCN wird auf der Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) gebildet. Wenn die Unterlagenschicht der mechanischen Teile durch stromlose Ni-B-Beschichtung . erzeugt wurde, betrug die Härte der Unterlagenschicht etwa Hv 700. Wenn die Unterlagenschicht einer Wärmebehandlung bei 600°C, vorzugsweise bei etwa 400°C, unterzogen wurde, stieg die Härte auf etwa Hv 900. Wenn die Unterlagenschicht durch stromlose Ni-P-Beschichtung erzeugt wurde, betrug die Härte der Unterlagenschicht etwa Hv 400 bis 500. Wenn die Unterlagenschicht einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, stieg die Härte auf etwa Hv 600 bis 700. Der Grund dafür, warum die Härte durch die Wärmebehandlung anstieg, ist, wie angenommen wird, der, daß B oder P, das sich in Ni löst, wenn die Beschichtung beendet ist, sich mit Ni kombiniert unter Bildung einer Verbindung durch die Wärmebehandlung. Wenn die Temperatur auf 600°C oder höher erhöht wird, wächst die Verbindung, so daß die Härte wieder abnimmt. Es ist daher bevorzugt, die Temperatur der Wärmebehandlung auf 600°C oder darun ter, insbesondere in der Nähe von 400°C, einzustellen.

Außerdem ist die physikalische Dampfabscheidung (PVD) oder die chemische Plasma-Dampfabscheidung (P-CVD) am besten geeignet für die Erzeugung einer Keramikschicht aus bei spielsweise TiC, TiN oder TiCN. Dies ist darauf zurückzu führen, daß die Abscheidung bei einer Temperatur von 600°C oder darunter durchgeführt werden kann und daß deshalb die Wärmebehandlung der Unterlagenschicht bei der Bildung der Keramikschicht so durchgeführt wird, daß die Härte der Un terlagenschicht erhöht wird.

Vorstehend wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf den Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum) angewendet wurde. Die Er findung ist selbstverständlich jedoch nicht auf solche me chanischen Teile beschränkt und sie ist auch auf mechani sche Teile anwendbar, bei denen Probleme auftreten, die mit den vorstehend erörterten vergleichbar sind.

Während eine Schicht- die durch konventionelle Nickelbeschichtung erzeugt worden ist, eine Härte von etwa Hv 200 hat, weist eine erfindungsgemäß durch stromlose Ni-P-Beschichtung oder stromlose Ni-B-Beschichtung erzeugte Unterlagen schicht eine wesentlich höhere Härte auf. So beträgt bei spielsweise die Härte eines Films, der im Falle einer Ni-P-Beschichtung erhalten wird, etwa Hv 400 bis 500 und die jenige einer Schicht- die im Falle einer Ni-B-Beschichtung erhalten wird, beträgt etwa Hv 700. Wenn die auf diese Weise erzeugten Unterlagenschichten einer Wärmebehandlung bei 600°C oder darunter, vorzugsweise bei etwa 400°C, un terworfen werden, steigt beispielsweise die Härte auf etwa Hv 600 bis 700 oder 900 an und daher weisen die mecha nischen Teile eine zufriedenstellende Haltbarkeit auf, selbst wenn sie in einer Kontaktfläche, die einem hohen Oberflächendruck ausgesetzt ist, über einen langen Zeit raum hinweg verwendet werden. Als Folge davon werden me chanische Teile erhalten, bei denen die Grundierungs schichten (Unterlagenschichten) frei von einer Rißbildung sind, und dadurch wird verhindert, daß eine Rostbildung in den entsprechenden Abschnitten auftritt.

Wenn eine Keramikschicht auf der Grundierungsschicht (Unter lagenschicht) durch physikalische Dampfabscheidung oder durch chemische Plasma-Dampfabscheidung unter Wärme behandlungsbedingungen von 600°C oder darunter, vorzugs weise von etwa 400°C oder darunter, erzeugt wird, kann insbesondere die Wärmebehandlung der Unterlagenschicht gleichzeitig mit der Bildung des Films durchgeführt wer den, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.

Claims

1. Mechanische Teile in einem Vakuum-Rückschlagventil, die mechanisch miteinander verbunden sind, in Kontakt mitein ander stehen und sich relativ zueinander drehen oder glei ten,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf eine Kontaktfläche mindestens eines der genannten mechanischen Teile durch stromloses Ni-B-Beschichten oder stromloses Ni-P-Beschichten eine Grundierungsschicht auf gebracht ist und
daß auf diese Grundierungsschicht ein Keramikfilm aufge bracht ist.

2. Mechanische Teile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagenschicht einer Wärmebehandlung bei 600°C oder darunter, vorzugsweise bei etwa 400°C, unterzogen worden ist.

3. Verfahren zur Beschichtung von mechanischen Teilen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Teile stromlos mit Abscheidung von Ni-B oder Ni-P grundiert werden und anschließend bei Temperatu ren unterhalb 600°C, vorzugsweise bei 400°C, aus der Dampfphase mit Keramik beschichtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung aus der Dampfphase ein PVD- oder ein plasmage stütztes CVD-Verfahren eingesetzt wird.