PL80345B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Centre Stephanois de Recherche Mecaniaue Hydromecaniaue et Frottement, Saint Etienne (Francja) Sposób obróbki powierzchni metalowych Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki po¬ wierzchni metalowych umozliwiajacy poprawienie odpornosci tych powierzchni na scieranie i zuzy¬ cie, przez poddawanie obrabianej powierzchni ele¬ ktrolizie.Znane sa wlasciwosci smarowe substancji o struk¬ turze plytkowej, na przyklad dwusiarczku moli¬ bdenu (MoS2), dwusiarczku wolframu (WS2), dwu¬ siarczku niobu (N6S2), dwuselenku molibdenu (MoSe2), dwuselenku wolframu (WSe2), dwuselenku niobu (N6Se2). Jednak znane sposoby nakladania cienkich lub grubych warstw tych smarów na po¬ wierzchnie czesci mechanicznych sa wyraznie nie- zadawalajace, a warstwy te po zwyklym rodowa- niu nie wykazuja niezbednej wytrzymalosci w cza¬ sie .Dotychczas, trace sie czesci posypywano pro¬ szkiem dwusiarczku molibdenu, sposób ten jest nieekonomiczny i nieskuteczny. Wykorzystywano takze mieszanine dwusiarczku molibdenu z pszenna maka. Mieszanine suszono w piecu a zweglajaca sie mase usuwano za pomoca drucianej szczotki.Sposoby te ograniczaly sie tylko do badan jako¬ sciowych nowego materialu i nie znalazly prakty¬ cznego zastosowania.Poniewaz smarowanie realizuje sie za pomoca powierzchniowej blonki, niezbedne jest, azeby ona spójna warstwa utrzymywala sie na roboczej po¬ wierzchni. Prostszym sposobem stosowania dwu¬ siarczku molibdenu okazuje sie smarowanie tra- 20 30 cych sie detali pasta przeciwcierna stanowiaca dwu¬ siarczek molibdenu z powierzchniowo czynna sub¬ stancja na bazie nafty przy czym blonka utrzy¬ muje sie na powierzchni swoja naturalna przycze¬ pnoscia. Innym sposobem jest wykorzystanie su- spensji dwusiarczku molibdenu w lotnych roztwo¬ rach, które mozna nanosic na robocze powierzchnie rozpylaczem pedzelkiem albo przez zanurzenie.Nastepnie wynaleziono mozliwosci stosowania wo¬ dnych suspensji, co okazuje sie bardziej dogodne w tych przypadkach, gdy obrabiana powierzchnia jest zwilzona wodnymi roztworami.W ostatnich czasach szerokie rozpowszechnienie znalazly lakiery przeciwcierne, w których jako srodek wiazacy dla dwusiarczku molibdenu wyko¬ rzystuje sie zywice. Glówna cenna zaleta takich lakierów jest to, ze powierzchnie pokryte nimi wy¬ kazuja dobra odpornosc na korozje zarówno przy zabezpieczeniu jak i podczas eksploatacji przy czym przeciwcierne wlasciwosci dwusiarczku mo¬ libdenu sa zachowane. Ponadto zywica okazuje sie nie tylko srodkiem wiazacym, ale równiez nie do¬ puszcza do przeciekania wody a dwusiarczek mo¬ libdenu utrzymuje sie na swoich miejscach i sluzy w dalszym ciagu jako material smarujacy. Do tych celów wypróbowano mieszanine dwusiarczku mo¬ libdenu z zywicami epoksydowymi. W tym przy¬ padku powaznym utrudnieniem okazuje sie konie¬ cznosc suszenia uzyskanej blonki w temperaturze okolo 200°C, co dla wielu metali jest niedopuszczal- 80 34580 345 3 ne. Diatego bardziej dogodne jest poslugiwanie sie lakierami na bazie zywic rozpuszczalnych w alkoholu. Mimo, ze ochrona przed korozja w tym przypadku nie jest calkowicie wystarczajaca je¬ dnakze wieksza predkosc suszenia i unikniecia niezbednej obróbki w wysokiej temperaturze kom¬ pensuje ten niedostatek w tych przypadkach w których wymagania przeciwkorozyjne nie sa stawiane zbyt sztywno.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu umozliwiajacego trwale osadzenie na powierzchni metalowej cienkiej warstwy zawierajacej odpowie¬ dnia czesc smarów o strukturze plytkowej powia¬ zanych siarczkiem lub selenkiem.] Sposób wedlug wynalazku polega na poddawaniu obrabianej powierzchni metalowej elektrolizie w roztworze tiomolibdenianu lub molibdenianu- \ selenu, tiowolfrarifiianu lub wolframianu-selenu, i tioniobianu lub niobianu-selenu, lub w mieszaninie produktów- wyjsciowych niezbednych do wytwa- rzenia wymienionej lub wymienionych substancji.W czasie elektrolizy wytwarza sie warstwa smaru o strukturze plytkowej, zwiazanego trwale z obra¬ biana powierzchnia 'siarczkiem lub selenkiem me¬ talu pokrywanego.Oczywistym jest, ze roztwór do elektrolizy we¬ dlug wynalazku moze byc wykonany przez bezpo¬ srednie rozpuszczenie w wodzie w/w substancji, bad^ tez ich wytworzenie z produktów wyjscio¬ wych w roztworze, co zostanie uwidocznione przy omawianiu szczególowych przykladów. Zaleca sie umieszczac obrabiany przedmiot na katodzie, to znaczy na ujemnym biegunie zródla pradu stalego lub wyprostowanego, natomiast anode stanowi element z materialu przewodzacego prad. Gestosc pradu wynosi od 2,5 A/dcm2 do 75 A/dcm2.Za pomoca elektrolizy przeprowadzonej w cia¬ gu od 1 minuty do 60 minut, w kapieli wedlug wy¬ nalazku, pokrywa sie powierzchnie obrabianego przedmiotu warstwa o grubosci w granicach od 0,1 mikrona do 9 mikronów, dobrze przylegajaca do metalu podstawowego, która wykazuje nieznana dotychczas trwalosc na scieranie i zuzycie.Wzory chemiczne stosowanych substancji do spo¬ rzadzania roztworów sa nastepujace: Tiomolibdenian (X)2 Mo 08S (X)2 Mo 02S2 (X)2 Mo O S3 (X)2 Mo S4 Moliibdieinian selenu (X)2 Mo 02 Se2 (X)2 Mo O Se8 (X)2 Mo Se4 Tak samo dla tiowolframianów i wolframianów se¬ lenu przy zastapieniu Mo przez W.Podobnie dla niobianów: Tioniobianów X Nb 03 X Nb 02 S X Nb O S2 X Nb S8 Tak samo dla niobianów selenu przy zastapieniu S przez Se. W tych wzorach X moze oznaczac amon, sód, potas, wapn.Nastepujace przyklady obróbki wedlug wynala- ku, wyjasniaja sposób postepowania. 4 P r z y k l a d I. 200 g tiomoliWenianu j. amonu o wzorze (NH4)2—MoS4 rozpuszcza sie .-w?;800 cm3 wody. Powstala kapiel ma temperature 35°C. Ele¬ mentem obrabianym jest próbka na scieranie Fa- 5 vLEe^Levally ze sitali 16 NC6 cementowana, harto¬ wana i oczyszczana o srodnicy 6,5 mm i wysoko¬ sci 40 mm. Próbke uklada sie na ujemnym"biegunie dolaczonym do zródla pradu stalego. AftcSia jest wykonana w ksztalcie cylindra umieszczonego 10 wspólsrodkowo z katoda o wysokosci 46 mm i sre¬ dnicy wewnetrznej 50 mm.Parametry elektrolizy sa nastepujace: — Gestosc pradu wynosi 6 A/dcm2 — Róznica potencjalów anoda-katoda -¦- 7,5 V 15 — Czas obróbki — 15 minut.Po poddaniu elektrolizie, próbke wyjmuje ^sie z kapieli, myje sie w czystej wodzie przez dwie godziny i szczotkuje sie metalowa szczotka.Po obróbce zgodnie z wynalazkiem, próbke pokryta 20 cienka szara warstewka o grubosci 2 mikronów umieszcza sie miedzy dwoma obrotowymi szczeka¬ mi takimi jakie stosuje sie w próbie Faville-Le- vally ze stali 1 GNC6 cementowanej, hartowanej nie powleczonej. Próba w maszynie Faville-Levally 25 trwa 6 minut pod naciskiem 15.000 N przy szybko¬ sci obracania próbki 350 obr/min ze srednim wspól¬ czynnikiem tarcia na sucho 0,04. W celu porówna¬ nia próbke ze stali 16NC6 cementowanej, harto¬ wanej, powleczona dwusiarczkiem molibdenu spo- 30 sobem wedlug wynalazku, myta przez dwie godzi¬ ny a nastepnie szczotkowana metalowa szczotka umieszcza sie pod naciskiem 4 000 N po kilku se¬ kundach próby.Przyklad II. Roztwór stosowany w przykla- 35 dzie wedlug wynalazku sporzadza sie nie przy uzy¬ ciu substancji podstawowych lecz przy uzyciu od¬ powiednich mieszanin róznych substancji umozli¬ wiajacych powstanie ^substancji wymienionych w przykladzie 1. 150 g trójtlenku molibdenu roz- 40 puszcza sie w 700 cm3 20% wodorotlenku amonu.Temperatura uzyskanego roztworu wynosi 35°C, wartosc pH=10,3. Do tego roztworu dodaje sie 1600 cm3 20% siarczku amonu wartosc pH pozosta¬ je nie zmieniona miedzy 10,1^-10,5. Po wykonaniu 45 pewnej liczby elektroliz odipowiadajacych 4 dcm2 obrabianej powierzchni wartosci pH w takiej ka¬ pieli maleje do wartosci 9,1. W tym przypadku wartosc pH poprawia sie przez dodanie mieszaniny tlenku molibdemu i amonu w celu uzyskania war- 50 tosci pH=10,5. Wyniki tarcia próbek obrabianych w omawianym roztworze przy pH zachowujacym wartosc 10,5 oraz przy pozostalych parametrach elektrolizy jakie przytoczono w przykladzie I sa identyczne z poprzednio omawianymi. d5 Przyklad III. Kapiel i parametry elektrolitu sa identyczne z wymienionymi w przykladzie II, czescia obrabiana jest próbka Faville-Levally ze stali nierdzewnej Z3 CN 18 — 8. Temperatura kapieli wynosi 53°C, parametry elektrolizy sa na- 60 stepujace: czas trwania 20 minut, gestosc pradu — 10 A/dcm2. Po elektrolizie próbke myje sie w~bie- zacej wodzie przez dwie godziny, nastepnie szczot¬ kuje sie metalowa szczotka, czas trwania próby Faville—Levally dla tak obrobionej próbki obraca- 65 nej miedzy dwoma szczekami wykonanymi ze stali \8fr34& 5 Z3 CN 18 — 8 wynosi 1 minuta 30 sekund pod na¬ ciskiem 8000 N przy wspólczynniku tarcia nie prze¬ kraczajacym 0,05.Przyklad IV. Kapiel uzyskuje sie przez roz¬ puszczenie 100 g tlenku wolframu w 700 ml 20°/o wodorotlenku amonu. Po rozpuszczeniu tego tlen¬ ku w wodorotlenku amonu wprowadza sie powoli do kapieli przy wystepowaniu „bulgotania" siarko¬ wodór w celu wytworzenia tiowolframianu amonu.Temperatura kapieli zawiera sie w granicach mie¬ dzy 25 i 70°C, w temperaturze 40°C wartosc pH roztworu jest zawarta miedzy 7 i 8,5, parametry elektrolizy sa nastepujace: 50 A/dcm2 i 30 minut.Jezeli umiesci sie próbke Faville-Lavally ze stali 16 NC 6 cementowanej, hartowanej w takich wa¬ runkach, stwierdza sie po obróbce i umyciu w bie¬ zacej wodzie przez 2 godziny i szczotkowaniu szczotka metalowa, ze na próbce pozostaje war¬ stwa o grubosci jednego mikrona, doskonale przy¬ legajaca do metalu. Próba Faville na tarcie takiej próbki ze stali 16 NC 6 cementowanej i hartowa¬ nej, obrabianej jak omówiono, obracanej miedzy dwoma szczekami ze stali 16 NC 6 cementowanej, hartowanej nie powleczonej w czasie 2 minut pod obciazeniem 20.000 N i szybkosci poslizgu 0,075 m/s ze wspólczynnikiem tarcia nie przekraczajacym 0,06.Przyklady. Sklad kapieli jest identyczny jak w przykladzie II. Temperatura kapieli 43°C, wartosc pH w tej temperaturze jest 10,8. Próbka powlekana wykonana jest ze stopu tytanu TA 6V 6 wyzarzonego, anoda jest identyczna do wymienio¬ nej w przykladzie I, parametry elektrolizy sa 10 minut, 10 A/dcm2. Jezeli po takiej obróbce próbka zostanie wymyta w wodzie biezacej 5 w ciagu 2 godzin i wyszczotkowana szczotka metalowa i jezeli podda sie te próbke próbie FavilJje-Levally, imiedzy dwoma sziozejkami p ksztalcie V z wyzarzonego tytanu TA 6V nie pokrytego, czas trwania próby wynosi 2 minuty pod 10 obciazeniem 2.500 N przy srednim wspólczynniku tarcia nie przekraczajacym 0,05. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 15 1. Sposób obróbki powierzchni metalowych przez poddawanie obrabianej powierzchni elektrolizie, znamienny tym, ze elektrolize prowadzi sie w roz¬ tworze tiomolibdenianu lub molibdenianu selenu, tiowolframianu lub wolframianu selenu, tioniobia- 20 nu lub niobianu selenu, lub w mieszaninie produk¬ tów wyjsciowych niezbednych do wytworzenia wy¬ mienionej lub wymienionych substancji, przy czym w czasie elektrolizy wytwarza sie warstwa smaru o strukturze plytkowej, zwiazanego trwale z po- 25 wierzchnia obrabiana siarczkiem lub selenkiem metalu pokrywanego.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie gestosc pradu elektrolizy 2,5 — 75 A/dcm2. f 30

3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze elektrolize prowadzi sie w ciagu 1—60 minut. PL PL