FI74308B - Foerfarande foer framstaellning av en belaeggning och en belaeggning. - Google Patents

Description

74308 1 Menetelmä pinnoitteen valmistamiseksi ja pinnoite Förfarande för framställning av en beläggning och en beläggning 5

Keksintö koskee menetelmää pinnoitteen valmistamiseksi.

Lisäksi keksintö koskee pinnoitetta.

10 Pinnoitteet on aikaisemmin valmistettu altaassa. Nämä pinnoituslaitteet ovat suurikokoisia kiinteitä laitteita, jolta ei voida siirtää paikaltaan. Lisäksi allaskoko on rajoittanut pinnoitusta (iso kpl, pieni allas). Pinnoitemateriaalina on käytetty esim. kromia. Näillä menetelmillä tehtyjen pinnoitteiden korroosio- ja kulumiskestävyys ei ole vas-15 tannut vaatimuksia riittävin määrin ja liukuominaisuudet eivät aina ole olleet oikeat käyttötarkoitusta ajatellen.

Keksinnön tarkoituksena on siksi kehittää uusi käytännöllinen menetelmä jolla saadaan pinnoitus jonka korroosio- ja kulumiskestävyys on entistä 20 parempi.

Keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada pinnoitus, jolla korroosio- ja kulumiskestävyyden lisäksi on aina kyseiseen käyttötarkoitukseen sopivat liukuominaisuudet.

25

Keksintö tarjoaa siis uuden menetelmän valmistaa kulumlskestävyydeltään ja korroosiokestävyydeltään sekä liukuominalsuuksiltaan entisestä parempi pinnoite.

30 Sivelypinnoitus on ennestään tunnettu sähkökemiallinen pinnoitusmenetelmä, jota on käytetty kuluneiden korrodoituneiden tai muuten vaurioituneiden pintojen palkalliseen korjaukseen. Menetelmää on selostettu konepaja-mieslehdessä no 3, 1985, sivuilla 31-33, "SIVELYPINNOITUS - nopea korjaus palkan päällä", Dipl.ins. Pentti Lehtonen, Valmet Oy Rautpohja.

Sivelypinnoitusta käytetään myös kulumis- ja korroosionkestävien pinnoitteiden tuotannolliseen valmistamiseen. Menetelmällä voidaan valmis- 35 2 74308 1 taa erittäin kovia, tiiviitä, hyvin kiinnittyneitä ja korroosionkestäviä pintoja.

Koska pinnoituslaittelsto on helposti siirrettävissä, voidaan pinnoituk-5 set tehdä itse paikalla. Pinnoitettavaa koneenosaa ei siis tarvitse välttämättä irrottaa, jolloin säästetään aikaa ja vältytään useinkin hankalalta purkutyöltä.

Sivelypinnoituksessa tarvitaan virtalähde, anodipidin ja anodi ja erilai-10 siä elektrolyyttejä. Työkappale yhdistetään katodiksi ja työkalu anodiksi. Kun työkalu (anodi) ja työkappale (katodi) koskettavat toisiaan, sulkeutuu sähköinen piiri ja elektrolyytin sisältämä metalli saostuu työkappa-leen pinnalle eli kappale pinnoittuu.

15 Pinnoitteita on valittavana noin 60 erilaista. Yleisimmin käytettyjä pinnoitteita ovat nikkeli- ja kuparipinnoitteet. Muita käyttökelpoisia metalleja ovat esim. jalometallit ja erilaiset seokset. Pinnoitemateriaa-lin valintaan vaikuttaa ensisijaisesti käyttöolosuhteet, kuten korroosio-ympäristö, kulumisolosuhteet, lämpötila jne.

20

Pinnoitettavana perusaineena voivat olla erilaiset sähköäjohtavat materiaalit esim. sinkki, koboltti ja kadmium.

Tässä hakemuksessa esitetään uusi tapa käyttää tunnettua sivelypinnoi-25 tusmenetelmää, jolla menetelmällä aikaansaadaan kulumlskestävyydeltään ja korroosionkestävyydeltään entistä parempi pinta, ja jolla myös liuku-ominaisuudet voidaan säätää kuhunkin käyttötarkoitukseen sopivaksi.

Keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että 30 a) pinnoituksen ensimmäisessä vaiheessa pinnoitetaan tiivis metallipin-noitekerros sinänsä tunnetulla sivelypinnoitusmenetelmällä normaaleilla tunnetuilla slvelyplnnoitusparametrelllä ja 35 b) pinnoituksen toisessa vaiheessa synnytetään mainittuun tliviseen metallipinnoitteeseen välittömästi liittyvä huokoinen ja pylväsmäinen pinnoitekerros "vääristämällä" sivelypinnoituksen ajoparametrejä, ja 74308 1 c) vaiheessa b) tehtyyn kerrokseen imeytetään polymeeri.

Keksinnön mukainen pinnoite on puolestaan pääasiassa tunnettu siltä, että pinnoituksen ensimmäinen sisempi kerros on metallinen tiivis korroosiota 5 kestävä kerros ja pinnoituksen toinen kerros on ensimmäiseen kerrokseen välittömästi liittyvä huokoinen pylväsmäinen kerros metallista, johon imeytetään polymeeri.

Pinnoituksen ensimmäisessä vaiheessa pinnoitetaan siis tiivis noin 20-50 10 ^im:in vahvuinen pinnoitekerros. Tämä kerros saadaan aikaan aivan normaaleilla ja yleisesti tunnetuilla sivelypinnoitusparametreillä.

Toisessa vaiheessa pinnoitetaan huokoinen ja pylväsmäinen 10 ^im - 300 jim:n paksuinen pinnoitekerros ensimmäisen kerroksen päälle "vääristämällä" 15 ajoparametreja. Pinnoitusta el tarvitse keskeyttää ensimmäisen ja toisen pinnoitusvaiheen välillä, vaan pinnoitusta voidaan jatkaa keskeytyksettä.

Tässä toisessa vaiheessa pyritään siis saamaan huokoinen ja pylväsmäinen pinnoitekerros, johon Imeytetään esim. kapillaarivoiman avulla polymeeri.

20

Huokoinen ja pylväsmäinen pinnoitekerros voidaan valmistaa kolmella eri tavalla. Jokainen näistä tavoista antaa erilaisen (eri tyyppisen) huo-kosrakenteen. Huokoisen ja pylväsmäisen pinnoitteen valmistusmahdolli-suudet ovat seuraavat.

25 1) Pienennetään anodi-katodi liikenopeutta eri metallielektrolyyteille sallituista arvoista, noin 80 Eriin, ja nostetaan anodin ja katodin välistä jännitettä, noin neljällä-viidellä voltilla (CV) 30 2) Pienennetään anodi-katodi painetta, 50 %:lla, vapaasti kantavan anodin paineesta 3) Anodin ja katodin välissä käytetään normaalisti pinnoitettaessa hiovaa ja metallielektrolyyttiä imevää väliainetta. Tämän väliai-35 neen täytyy olla hiovaa, jotta pinnoitteesta tulisi hyvä. Muut tamalla tämä väliaine sellaiseksi, ettei se hio pinnoitetta, mutta imee edelleen elektrolyytin itseensä ja nostamalla virrantiheys 4 74308 1 normaalia suuremmaksi saadaan syntymään huokoista pintaa.

Kolmannessa valheessa Imeytetään esim. kapillaari-imua hyväksikäyttäen polymeerlalne huokoiseen pintaan. Muovipolymeeri voidaan sulattaa esim.

5 infrapunateknilkalla.

Keksinnön mukaisen pinnoitteen liuku- ja kulumisominaisuudet voidaan joka tilanteeseen säätää optimaalisiksi vaihtelemalla metallin ja polymeerin osuuksia pinnoitteen pinnassa, koska metalli antaa kulumiskestä-10 vyyden ja polymeeri pienentää kitkaa. Esim. PTFErn kitkakerroin on noin μ = 0,07 ja nikkelin noin p * 0,3.

Kitkakerrointa ja kulumiskestävyyttä voidaan säätää mahdollisella lisävaiheella hiomalla metallipintaa enemmän näkyviin, jolloin 15 kitkakerroin kasvaa ja kulumiskestävyys paranee. Polymeerin voidaan antaa kulua myös itsestään, jolloin huokoinen metalllpinta tulee ajan myötä näkyviin.

Keksintöä selostetaan nyt yksityiskohtaisemmin seuraavlln kuvioihin ja 20 esimerkkeihin viitaten.

Kuvio 1 on periaatekuva sivelypinnoitusmenetelmästä.

Kuvio 2 on leikkauskuva keksinnön mukaisesta pinnoitteesta.

25

Kuvio 3 on leikkauskuva keksinnön mukaisesta pinnoitteesta, jossa metallipintaa on hiottu näkyviin.

Kuvio 4 on SEM-kuva keksinnön esimerkin 1 mukaisesta huokoisesta ja pyl-30 väemäisestä nikkelistä.

Kuvio 5 on SEM-kuva huokoiseen nlkkeliplntaan pinnoitetusta fluorimuo-vista.

35 Kuvio 6 on SEM-kuva hiotusta siveJykomposiittlplnnoltteesta.

Sivelypinnoituksen periaate on esitetty kuviossa 1. Sivelyplnnoltuksessa 74308 1 tarvitaan virtalähde, anodipidin ja anodi sekä elektrolyyttiä. Työkappa-le 1 yhdistetään kuvion 1 mukaisesti tasasuuntaajan 2 negatiiviseen napaan katodiksi ja työkalu 3 positiiviseen napaan anodiksi. Pinnoite-elektrolyytti 4 tuodaan työkohteeseen joko pumpun 5 avulla hiilielektrodin 5 läpi tai kastamalla työkalua aika ajoin elektrolyyttiin 4. Anodi-materiaalina käytettävän grafiitin päällä on huokoista materiaalia, johon elektrolyytti 4 imeytyy. Kun työkalu 3 (anodi) ja työkappale 1 (katodi) koskettavat toisiaan, sulkeutuu sähköinen piiri ja elektrolyytin sisältämä metalli saostuu työkappaleen 1 pinnalle, eli kappale pinnolttuu. Pinnoitit) taessa täytyy työkalun 3 ja työkappaleen 1 olla liikkeessä toisiinsa nähden. Käytännössä tämä järjestetään yleensä niin, että työkappaleen ollessa pyörähdyskappale, sitä pyöritetään anodin pysyessä paikallaan. Tasopintoja pinnoitettaessa työkappale on paikallaan ja työkalulle sivellään pinnoitettavaa pintaa. Vaadittava anodi-katodiliikenopeus on luok-15 kaa 10-20 m/min valitusta pinnoitteesta riippuen.

Kuviossa 2 keksinnön mukainen pinnoite nähdään leikkauskuvana. Pinnoitettava perusaine on merkitty viitenumerolla 1. Sisempi, sivelypinnoituksen normaaleilla parametreillä tehty tiivis metalllpinnolte on merkitty 20 viitenumerolla 6, se tehdään yleensä 20-50 um:n paksuiseksi. Kohtaa, jossa sivelypinnoituksen normaaleja parametrejä aletaan muuttamaan huokoisen metallikerroksen 7 saamiseksi, on merkitty katkoviivalla. Huokoiseen metallikerrokseen 7 imeytetään polymeerikerros 8. Pinnoituksen toisen kerroksen paksuus on sopivasti noin 10 um - 300 um. Polymeerikerroksen 25 voidaan antaa kulua itsekseen, jolloin metallipintaa 7 tulee näkyvin tai sitä voidaan haluttaessa hioa pois halutussa määrin.

Kuvio 3 kuvaa tilannetta, jossa metallipintaa 7 on hiottu näkyviin kes-tävämmän pinnan saamiseksi. Polymeeriosuudet 8 antaa pinnalle liukuomi-30 naisuuksla.

Esimerkki 1

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettiin ensin sisempi tiivis pin-35 noitekerros nikkelistä normaaleilla slvelypinnoitusparametreillä, sitten valmistettiin huokoinen nikkellpinta, seuraavllla arvoilla.

6 74308 1 I ' 1

Ensimmäinen tiivis kerros Huokoinen toinen kerros

Pinnoite: NiH 3® I NiH^

5 Jännite: 10 V 14 V

1 2 2 Virrantiheys: 0,5 A/cm 0,7 A/CM

Anodi-katodi liikenopeue: 10 m/min 10 m/min

Pinnoitusanodin 10 valmistus: Hiova väliaine Graflittianodi päällystetty polypropeenivillalla ja puuvi1laverko11a

Anodipaine: Normaali Normaali 15___________________________

Edellä mainituilla huokoisen toisen kerroksen parametreillä saadaan kuvion 5 mukaista huokoista ja pylväsmäistä nikkeliä. Tässä huokoinen ja pylväsmäinen pinnoite on aikaansaatu niin, että normaalisti käytetty hiova väll-20 aine on vaihdettu sellaiseksi, joka ei hio pinnoitetta ja virrantiheyttä on nostettu normaalia suuremmaksi.

Esimerkki 2 25 Valmistettiin keksinnön mukainen pinnoite, jonka ensimmäisessä kerroksessa käytettiin samoja sivelypinnoitusparametrejä kun esimerkissä 1 ja toisessa kerroksessa pienennettiin anodi-katodi llikenopeutta arvoksi: 8m/min ja jännite nostettiin arvoksi 14 V. (Ni-pinnoite).

30 Esimerkki 3

Valmistettiin keksinnön mukainen pinnoite, jonka ensimmäisessä kerroksessa käytettiin samoja parametreja kuin esimerkissä 1 ja toisessa kerroksessa pienennettiin anodi-katodi painetta puoleen jouslkuormituksen avulla, 35 jolloin pinnoitteen hioutuminen ei ole niin voimakasta ja saadaan huokoinen pinnoite. (Ni-pinnoite).

7 74308 1 Esimerkki 4

Menetelmän kolmannessa vaiheessa imeytettiin kapillaari-imua hyväksikäyttäen polymeeriaine, (Fluorimuovi) (TefloiP^ huokoiseen pintaan.

5

Kuviossa 5 on esitetty huokoiseen nikkelipintaan pinnoitettua fluorimuo-via.

Esimerkki 5 10

Menetelmän lisävaiheena nikkellpintaa hiottiin enemmän näkyviin kestävyyden kohentamiseksi.

Kuva 6 on SEM-kuva hiotusta slvelykomposiittipinnoitteesta. Nikkellpinta 15 on hiottu näkyviin, jolloin kitkakerroin on kasvanut.

Seuraavasea on esitetty patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnön ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

20 25 30 35

Claims (8)

74308

1. Menetelmä pinnoitteen valmistamiseksi, tunnettu seuraavista vaiheista: 5 a) pinnoituksen ensimmäisessä valheessa pinnoitetaan tiivis metalli- pinnoite -kerros sinänsä tunnetulla sivelypinnoitusmenetelmällä normaaleilla tunnetuilla sivelypinnoitusparametreillä, ja 10 b) pinnoituksen toisessa vaiheessa synnytetään mainittuun tiiviiseen metal-liplnnoitteeseen välittömästi liittyvä huokoinen ja pylväsmäinen plnnoitekerros "vääristämällä" sivelypinnoituksen ajoparametrejä, ja c) vaiheessa b) tehtyyn toiseen kerrokseen imeytetään polymeeri. 15

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen ja pylväsmäinen plnnoitekerros valmistetaan pienentämällä anodi-katodi liikenopeutta eri metallielektrolyyteille sallituista arvoista, noin 80 %:iin, ja nostamalla anodin ja katodin välistä jännitettä, 20 noin 4-5 :llä voltilla (V).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen ja pylväsmäinen plnnoitekerros valmistetaan pienentämällä anodi- katodi painetta, noin 50 %:lla, vapaasti kantavan anodin pai- 25 neesta.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen ja pylväsmäinen plnnoitekerros valmistetaan muuttamalla anodin ja katodin välistä olevaa väliainetta sellaiseksi, että se 30 ei lainkaan hio pinnoitetta, tai hioo sitä normaalia vähemmän, mutta imee edelleen elektrolyytin Itseensä ja nostamalla virrantiheys normaalia suuremmaksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että kulumlskestävyyttä ja kitkakerrointa säädetään vaihtelemalla huokoisessa ja pylväsmäisessä rakenteessa metallin ja polymeerin osuuksia pinnassa, esim. hiomalla metallia tarpeellinen määrä näkyviin tai 74308 1 antamalla sen hioutua Itse.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeri imeytetään kapillaarivoimalla. 5

7. Pinnoite, tunnettu siitä, että pinnoituksen ensimmäinen si-sempi kerros on metallinen tiivis korroosiota kestävä kerros ja pinnoituksen toinen kerros on ensimmäiseen kerrokseen välittömästi liittyvä huokoinen pylväsmäinen kerros metallista, johon on imeytetty polymeeri. 10

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen pinnoite, tunnettu siitä, että kerrosten metalli on Ni, Cu, jalometalli tai metallien seos ja polymeeri on fluorimuovi tai parafiini. 15 20 25 30 35 74308