WO2021139973A1 - Iron-containing metal component comprising an alloyed burnished layer - Google Patents

Iron-containing metal component comprising an alloyed burnished layer Download PDF

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WO2021139973A1
WO2021139973A1 PCT/EP2020/086276 EP2020086276W WO2021139973A1 WO 2021139973 A1 WO2021139973 A1 WO 2021139973A1 EP 2020086276 W EP2020086276 W EP 2020086276W WO 2021139973 A1 WO2021139973 A1 WO 2021139973A1
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alloyed
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Definitions

  • the present invention relates to a ferrous metal component with an alloyed burnishing layer according to patent claim 1. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a metal component according to patent claim 5.
  • coatings can be favorably influenced by incorporating additional substances.
  • black oxide layers which are conversion layers and only as a direct reaction of the black oxide solution with the surface of the metal component or the iron of the metal component, it is not possible to reduce its wear and tear.
  • an alloy of the resulting layer is possible within the framework of a burnishing. Such an alloy can add additional properties to the layer that is created during the burnishing.
  • An iron-containing metal component with an alloyed burnishing layer applied to the metal component by means of burnishing is therefore proposed.
  • the alloyed burnishing layer ensures that a completely covering burnishing layer with a measurable content of alloying elements is created.
  • This alloyed burnishing layer in particular the choice of the added alloying elements, can improve the wear of the layer compared to a pure burnishing layer.
  • the other properties of a browning layer are retained in order to provide additional functions such as corrosion protection, improved lubricant adhesion, hydrogen barrier, protection against oil additives, etc. for as long as possible.
  • the alloyed burnishing layer can lose about 50% of its thickness during the running-in of the metal component, e.g. a roller bearing ring or a rolling element, which smooths the production roughness of the metal component. Thereafter, however, the alloyed burnishing layer ensures that the layer remains in place for as long as possible, in particular over the life of the metal component, that is, it does not wear out completely like a pure burnishing layer.
  • the alloyed black oxide layer improves the wear resistance and / or the hardness compared to a pure black oxide layer.
  • the alloyed burnishing layer has iron oxide, which itself is produced by the burnishing, ie by a reaction of a burnishing solution with the iron of the metal component.
  • the alloyed burnishing layer has additive metal alloy elements. Since the burnishing layer itself has a high content of oxygen due to the iron oxide, it is preferable to use metal alloy elements which show no reaction with respect to oxygen or are at least inert. If alloying elements are used that are reactive with respect to oxygen, this can lead to damage to the black oxide layer. Furthermore, in this case, the metal alloy elements would if they are added to the burnishing solution, already react with it and compete with the iron of the metal component.
  • the metal alloy elements can thus be, for example, metal oxide or elements that are inert with respect to oxygen. It is particularly advantageous to alloy the iron oxide layer (i.e. the burnishing layer) with another metal oxide.
  • tungsten oxide preferably tungsten trioxide, can be used as the metal alloy element.
  • Other alloying elements are also possible.
  • alloying is generally understood to mean that non-iron oxide additional elements or additional compounds, i.e. metal alloy elements, are added to the burnishing layer consisting of iron oxides in order to influence the technical layer properties.
  • additional compounds can be incorporated into the layer so finely that no agglomerates of the additional elements can be seen in the scanning electron microscope under 5000x magnification, the layer thus appears optically and analytically homogeneous, and a content of additional elements in the entire layer can be detected in EDX.
  • a method for producing a metal component as described above includes the formation of an alloyed burnishing layer by means of burnishing.
  • the alloyed burnishing layer contains both iron oxide from the burnishing and embedded additive metal alloying elements.
  • the alloyed burnished layer is not a burnished layer on which another substance is deposited on top, but rather a layer that is both a burnished layer and contains metal alloy elements.
  • This layer can be produced in two different ways, as explained below.
  • the alloyed burnishing layer is formed by immersing the metal component in a burnishing solution, the burnishing solution containing metal alloy elements.
  • the burnishing can be done in a strongly alkaline bath (eg made of sodium hydroxide and nitrite / nitrate) at approx. 150 ° C.
  • the burnishing solution can be provided as a bath for immersing the metal component, but also as a solution for applying to the surface of the metal component.
  • the burnishing bath is strongly mixed due to the boiling and insoluble substances, i. H. the metal alloy elements, at least partially in suspension, it is possible to add the metal alloy elements to the metal component simultaneously with the production of the burnishing layer. In this way, a completely opaque finish with a measurable content of metal alloy elements is created.
  • Burnishing baths can generate large amounts of sludge, which settles on the bottom of the container and has to be removed manually with shovels / scrapers on a regular basis.
  • the concentration of the metal alloy elements in the burnishing bath should be monitored during the formation of the alloyed burnishing layer and possibly added again (e.g. if the concentration falls below a defined threshold value).
  • the metal component is first immersed in a pre-immersion solution that contains metal alloy elements.
  • a pre-immersion solution that contains metal alloy elements.
  • the metal alloy elements are deposited on a surface of the metal component.
  • the pre-dip solution can be hot and alkaline, for example a sodium hydroxide solution, and contains either the metal alloy elements or one of their precursors.
  • the use of a preliminary stage can in particular reduce costs.
  • this can be tungsten oxide or disodium tungstate dihydrate.
  • Other alloy elements are also possible.
  • precipitates of the metal alloy elements form on the surface of the metal component. These are preferably evenly distributed and are rinse-proof.
  • germ cells can use a highly diluted phosphating activation solution (in which the metal component can be immersed before the alloy bath) to set starting points for subsequent precipitations.
  • a highly diluted phosphating activation solution in which the metal component can be immersed before the alloy bath
  • the use of such germ cells is only optional.
  • the alloyed burnishing layer is then formed by dipping the metal component into a burnishing bath or by applying the burnishing solution to the metal component. More precisely, the metal component surface is provided with adhering metal alloy elements, for example in the form of spheres, by the pre-immersion. The surface is not covered with the beads, but they are randomly but evenly distributed. Between the spheres there are always several spherical diameters free from an uncoated surface. In the blackening bath, these globules slowly dissolve and the metal alloy elements are deposited in the blackened layer. The resulting layer does not contain any irregular structures, but is homogeneous and contains the evenly distributed metal alloy elements as well as the iron oxide.
  • the method has to expose the iron of the metal component before the alloyed burnished layer is formed.
  • the metal component can be rinsed off after immersion in the Vorauchlö solution in order to remove superfluous metal alloy elements.
  • Fig. 1 shows a possible schematic sequence of a method for producing a metal component 2 with an alloyed burnishing layer 14.
  • the metal component 2 is shown here as a roller bearing ring, but any other metal component can also be provided with such an alloyed burnishing layer 10 .
  • the metal component 2 is first immersed in a pre-immersion solution 4.
  • the Vorauchlö solution 4 can be a hot, alkaline solution containing metal alloy elements.
  • the metal alloy elements are deposited on the surface of the metal component 2, as is shown here by way of example with beads 6.
  • the deposited metal alloy elements 6 have a certain distance from one another, which can be achieved, for example, by activating germ cells on the surface of the metal component 2. By activating such germ cells it is achieved that the metal alloy elements 6 attach to these germ cells and not to other points of the metal component 2.
  • the metal component 2 is removed from the pre-immersion solution 4 and immersed in a burnishing solution 8.
  • the burnishing solution 8 By immersing in the burnishing solution 8, the accumulated me- tall alloying elements 10 slowly and form a homogeneous alloyed bronzing layer 14 with the bronzing layer 12 arising in the bronzing solution 8.
  • This alloyed burnishing layer 14 can achieve that the properties of a burnishing layer with regard to wear resistance and degree of wear can be improved.

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Abstract

The invention relates to an iron-containing metal component (2) comprising an alloyed burnished layer (14) applied to the metal component (2) by means of burnishing.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Eisenhaltiges Metallbauteil mit einer legierten Brünierschicht Ferrous metal component with an alloyed burnishing layer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein eisenhaltiges Metallbauteil mit einer legierten Brünierschicht gemäß Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Metallbauteils gemäß Patentanspruch 5. The present invention relates to a ferrous metal component with an alloyed burnishing layer according to patent claim 1. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a metal component according to patent claim 5.
Es ist bekannt, auf eisenhaltigen Metallbauteilen Brünierungen aufzubringen, um einen Schutz der Metallbauteile vor verschiedenen Schäden, unter anderem vor Korrosion, zu erreichen. Dabei wird das Eisen der Oberfläche des Metallbauteils beispielsweise in ein oder mehrere oxidierende Bäder getaucht. Hierdurch entsteht eine fest mit dem Grund werkstoff verbundene Konversionsschicht, die die Abmessungen des Metallbauteils im Wesentlichen nicht beeinflusst. Eine solche Brünierschicht hat jedoch den Nachteil, dass das Eisenoxid der Brünierschicht weicher als gehärteter Stahl ist und sich je nach Verwen dung des Metallbauteils abnutzt. It is known to apply browning to ferrous metal components in order to protect the metal components from various types of damage, including corrosion. The iron on the surface of the metal component is immersed in one or more oxidizing baths, for example. This creates a conversion layer that is firmly connected to the base material and essentially does not affect the dimensions of the metal component. However, such a burnished layer has the disadvantage that the iron oxide of the burnished layer is softer than hardened steel and wears down depending on the use of the metal component.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Metallbauteil mit einer Schutzschicht bereitzustellen, die einen geringen Abnutzungsgrad aufweist. It is therefore an object of the present invention to provide a metal component with a protective layer which has a low degree of wear.
Diese Aufgabe wird durch ein eisenhaltiges Metallbauteil gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbauteils gemäß Patentanspruch 5 gelöst. This object is achieved by a ferrous metal component according to claim 1 and a method for producing a metal component according to claim 5.
Allgemein können Beschichtungen durch Einlagern von zusätzlichen Stoffen günstig be einflusst werden. Bislang war es für Brünier schichten, die Konversionsschichten sind und nur als direkte Reaktion der Brünierlösung mit der Oberfläche des Metallbauteils, bzw. dem Eisen des Metallbauteils, entstehen, nicht möglich, deren Verschleiß und Abnutzung zu reduzieren. Es wurde nun jedoch von dem Erfinder festgestellt, dass im Rahmen einer Brünierung eine Legierung der entstehenden Schicht möglich ist. Durch eine solche Legie rung können der bei der Brünierung entstehenden Schicht weiteren Eigenschaften hinzuge fügt werden. In general, coatings can be favorably influenced by incorporating additional substances. Up to now, it was used for black oxide layers, which are conversion layers and only as a direct reaction of the black oxide solution with the surface of the metal component or the iron of the metal component, it is not possible to reduce its wear and tear. However, it has now been established by the inventor that an alloy of the resulting layer is possible within the framework of a burnishing. Such an alloy can add additional properties to the layer that is created during the burnishing.
Es wird daher ein eisenhaltiges Metallbauteil mit einer auf das Metallbauteil mittels Brünierung aufgebrachten legierten Brünierschicht vorgeschlagen. Durch die legierte Brünierschicht wird erreicht, dass eine vollständig deckende Brünierschicht mit einem messbaren Gehalt an Legierungselementen entsteht. Durch diese legierte Brünierschicht, insbesondere durch die Wahl der zugegebenen Legierungselemente, kann erreicht werden, dass der Verschleiß der Schicht im Vergleich zu einer reinen Brünierschicht verbessert wird. Gleichzeitig werden aber die weiteren Eigenschaften einer Brünierschicht beibehal ten, um zusätzliche Funktionen wie Korrosionsschutz, verbesserte Schmierstoffanhaftung, Wasserstoffbarriere, Schutz vor Öladditiven etc. möglichst lange bereitzustellen. An iron-containing metal component with an alloyed burnishing layer applied to the metal component by means of burnishing is therefore proposed. The alloyed burnishing layer ensures that a completely covering burnishing layer with a measurable content of alloying elements is created. This alloyed burnishing layer, in particular the choice of the added alloying elements, can improve the wear of the layer compared to a pure burnishing layer. At the same time, however, the other properties of a browning layer are retained in order to provide additional functions such as corrosion protection, improved lubricant adhesion, hydrogen barrier, protection against oil additives, etc. for as long as possible.
Beispielsweise bei Lagerbauteilen kann die legierte Brünierschicht während eines Einlau fens des Metallbauteils, z.B. einem Wälzlagerring oder einem Wälzkörper, etwa 50 % ihrer Dicke verlieren, wodurch ein Glätten der Fertigungsrauheit des Metallbauteils erreicht wird. Danach wird durch die legierte Brünierschicht jedoch erreicht, dass die Schicht mög lichst lange, insbesondere über die Lebensdauer des Metallbauteils, vorhanden bleibt, das heißt, sich nicht wie eine reine Brünier Schicht vollständig abnutzt. Durch die legierte Brünierschicht wird somit der Verschleißwiderstand und/oder die Härte im Vergleich zu einer reinen Brünierschicht verbessert. In the case of bearing components, for example, the alloyed burnishing layer can lose about 50% of its thickness during the running-in of the metal component, e.g. a roller bearing ring or a rolling element, which smooths the production roughness of the metal component. Thereafter, however, the alloyed burnishing layer ensures that the layer remains in place for as long as possible, in particular over the life of the metal component, that is, it does not wear out completely like a pure burnishing layer. The alloyed black oxide layer improves the wear resistance and / or the hardness compared to a pure black oxide layer.
Die legierte Brünierschicht weist Eisenoxid, das durch die Brünierung, d.h. durch eine Re aktion einer Brünierlösung mit dem Eisen des Metallbauteils, selbst entsteht, auf. Zusätz lich weist die legierte Brünierschicht additive Metalllegierungselemente auf. Da die Brünierschicht selbst einen hohen Gehalt an Sauerstoff durch das Eisenoxid hat, ist es be vorzugt, Metalllegierungselemente zu verwenden, die bezüglich Sauerstoff keine Reaktion zeigen oder zumindest reaktionsträge sind. Würden Legierungselemente verwendet, die bezüglich Sauerstoff reaktionsfreudig sind, kann dies zu einer Schädigung der Brünier schicht führen. Des Weiteren würden die Metalllegierungselemente in diesem Fall, wenn sie der Brünierlösung zugefügt werden, bereits mit dieser reagieren und in Konkurrenz zu dem Eisen des Metallbauteils treten. The alloyed burnishing layer has iron oxide, which itself is produced by the burnishing, ie by a reaction of a burnishing solution with the iron of the metal component. In addition, the alloyed burnishing layer has additive metal alloy elements. Since the burnishing layer itself has a high content of oxygen due to the iron oxide, it is preferable to use metal alloy elements which show no reaction with respect to oxygen or are at least inert. If alloying elements are used that are reactive with respect to oxygen, this can lead to damage to the black oxide layer. Furthermore, in this case, the metal alloy elements would if they are added to the burnishing solution, already react with it and compete with the iron of the metal component.
Daher ist es vorteilhaft, ein Metalllegierungselement zu verwenden, dass sich gar nicht oxidieren lässt oder ein bereits ausreagiertes Oxid ist. Auf diese Weise kann eine Reaktion der Metalllegierungselemente mit dem Sauerstoff des Eisenoxids der Brünierschicht und/oder mit dem Sauerstoff der Brünierlösung verhindert werden. It is therefore advantageous to use a metal alloy element that cannot be oxidized at all or is an oxide that has already reacted. In this way, a reaction of the metal alloy elements with the oxygen of the iron oxide of the burnishing layer and / or with the oxygen of the burnishing solution can be prevented.
Die Metalllegierungselemente können somit beispielsweise Metall oxid oder bezüglich Sauerstoff reaktionsträge Elemente sein. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Eisenoxid schicht (d.h. die Brünierschicht) mit einem anderen Metalloxid zu legieren. Beispielsweise kann als Metalllegierungselement Wolframoxid, vorzugsweise Wolframtrioxid, verwendet werden. Andere Legierungselemente sind ebenfalls möglich. The metal alloy elements can thus be, for example, metal oxide or elements that are inert with respect to oxygen. It is particularly advantageous to alloy the iron oxide layer (i.e. the burnishing layer) with another metal oxide. For example, tungsten oxide, preferably tungsten trioxide, can be used as the metal alloy element. Other alloying elements are also possible.
Unter Legieren wird allgemein in der vorliegenden Beschreibung verstanden, dass der aus Eisenoxiden bestehenden Brünierschicht nichteisenoxidische Zusatzelemente oder Zusatz verbindungen, d.h. Metalllegierungselemente, hinzugefügt werden, um die technischen Schichteigenschaften zu beeinflussen. Diese Zusatzverbindungen können in der Schicht so feinverteilt eingebaut werden, dass im Rasterelektronenmikroskop unter 5000x Vergröße rung keine Agglomerate der Zusatzelemente erkennbar sind, die Schicht somit optisch und analytisch homogen wirkt, und in EDX ein Gehalt an Zusatzelementen in der gesamten Schicht nachweisbar ist. In the present description, alloying is generally understood to mean that non-iron oxide additional elements or additional compounds, i.e. metal alloy elements, are added to the burnishing layer consisting of iron oxides in order to influence the technical layer properties. These additional compounds can be incorporated into the layer so finely that no agglomerates of the additional elements can be seen in the scanning electron microscope under 5000x magnification, the layer thus appears optically and analytically homogeneous, and a content of additional elements in the entire layer can be detected in EDX.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbauteils, wie es oben beschrieben ist, vorgeschlagen. Das Verfahren weist dabei das Ausbilden einer legierten Brünierschicht mittels Brünierung auf. Wie bereits erläutert, enthält die legierte Brünierschicht sowohl Eisenoxid aus der Brünierung als auch eingelagerte additive Metall legierungselemente. According to a further aspect, a method for producing a metal component as described above is proposed. The method includes the formation of an alloyed burnishing layer by means of burnishing. As already explained, the alloyed burnishing layer contains both iron oxide from the burnishing and embedded additive metal alloying elements.
Bei der legierten Brünierschicht handelt es sich nicht um eine Brünierschicht, auf der oben eine weitere Substanz angelagert wird, sondern vielmehr um eine Schicht, die sowohl eine Brünierschicht ist als auch Metalllegierungselemente enthält. Diese Schicht kann auf zwei unterschiedliche Arten hergestellt werden, wie im Folgenden erläutert wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die legierte Brünierschicht durch Eintauchen des Me tallbauteils in eine Brünierlösung ausgebildet, wobei die Brünierlösung Metalllegierungs elemente enthält. Beispielsweise kann das Brünieren in einem ca. 150 °C heißen, stark al kalischen Bad (z.B. aus Natriumhydroxid und Nitrit/Nitrat) erfolgen. Die Brünierlösung kann als Bad zum Eintauchen des Metallbauteils, aber auch als Lösung zum Aufträgen auf die Oberfläche des Metallbauteils bereitgestellt werden. The alloyed burnished layer is not a burnished layer on which another substance is deposited on top, but rather a layer that is both a burnished layer and contains metal alloy elements. This layer can be produced in two different ways, as explained below. According to one embodiment, the alloyed burnishing layer is formed by immersing the metal component in a burnishing solution, the burnishing solution containing metal alloy elements. For example, the burnishing can be done in a strongly alkaline bath (eg made of sodium hydroxide and nitrite / nitrate) at approx. 150 ° C. The burnishing solution can be provided as a bath for immersing the metal component, but also as a solution for applying to the surface of the metal component.
Da das Brünierbad sich siedebedingt stark durchmischt und unlösliche Substanzen, d. h. die Metalllegierungselemente, zumindest teilweise in Schwebe hält, ist es möglich, die Me talllegierungselemente gleichzeitig mit der Erzeugung der Brünierschicht auf dem Metall bauteil anzulagern. Auf diese Weise entsteht eine vollständig deckende Brünierschicht mit einem messbaren Gehalt an Metalllegierungselementen. Since the burnishing bath is strongly mixed due to the boiling and insoluble substances, i. H. the metal alloy elements, at least partially in suspension, it is possible to add the metal alloy elements to the metal component simultaneously with the production of the burnishing layer. In this way, a completely opaque finish with a measurable content of metal alloy elements is created.
Brünierbäder können große Mengen an Schlamm erzeugen, der sich am Boden des Behäl ters absetzt und regelmäßig mit Schaufeln/Schabern manuell ausgetragen werden muss.Burnishing baths can generate large amounts of sludge, which settles on the bottom of the container and has to be removed manually with shovels / scrapers on a regular basis.
Die zugegebenen Substanzen, d. h. die Metalllegierungselemente, geraten dabei in den Schlamm. Daher sollte während des Ausbildens der legierten Brünierschicht die Konzent ration der Metalllegierungselemente in dem Brünierbad überwacht und eventuell erneut zugesetzt werden (z.B. falls die Konzentration unter einen definierten Schwellwert fällt). The substances added, d. H. the metal alloy elements get into the mud. For this reason, the concentration of the metal alloy elements in the burnishing bath should be monitored during the formation of the alloyed burnishing layer and possibly added again (e.g. if the concentration falls below a defined threshold value).
Gemäß einer anderen Ausführungsformen wird das Metallbauteil zunächst in eine Vor tauchlösung eingetaucht, die Metalllegierungselemente enthält. Durch das Eintauchen in die Vortauchlösung werden die Metalllegierungselemente an einer Oberfläche des Metall bauteils abgelagert. Die Vortauchlösung kann heiß und alkalisch sein, beispielsweise eine Natronlauge, und enthält entweder die Metalllegierungselemente oder eine ihrer Vorstufen. Durch die Verwendung einer Vorstufe können insbesondere die Kosten verringert werden. According to another embodiment, the metal component is first immersed in a pre-immersion solution that contains metal alloy elements. By immersion in the pre-immersion solution, the metal alloy elements are deposited on a surface of the metal component. The pre-dip solution can be hot and alkaline, for example a sodium hydroxide solution, and contains either the metal alloy elements or one of their precursors. The use of a preliminary stage can in particular reduce costs.
Beispielsweise kann dies Wolframoxid oder Dinatriumwolframatdihydrat sein. Andere Le gierungselemente sind ebenfalls möglich. Durch das Eintauchen in die Vortauchlösung bilden sich auf der Oberfläche des Metallbauteils Niederschläge der Metalllegierungsele mente. Diese sind vorzugsweise gleichmäßig verteilt und haften abspülfest. For example, this can be tungsten oxide or disodium tungstate dihydrate. Other alloy elements are also possible. As a result of the immersion in the pre-immersion solution, precipitates of the metal alloy elements form on the surface of the metal component. These are preferably evenly distributed and are rinse-proof.
Elm eine Brünierung des Metallbauteils zu ermöglichen, ist ein freier Zugang zum Eisen des Metallbauteils für die Schichtbildung erforderlich. Elm dies sicherzustellen und die Anhaftungspunkte der Legierungselemente bei Bedarf zu steuern, können durch eine Akti vierung mit Keimzellen auf der Oberfläche des Metallbauteils beabstandete Punkte für die spätere Anhaftung der Metalllegierungselemente, festgesetzt werden. Diese Keimzellen können aus einer stark verdünnten Aktivierungslösung des Phosphatierens (in die das Me tallbauteil noch vor dem Legierungsbad getaucht werden kann) Startpunkte für spätere Niederschläge setzen. Die Verwendung von solchen Keimzellen ist jedoch nur optional. In order to enable the metal component to be blackened, free access to the iron of the metal component is necessary for the layer formation. Elm ensure this and the To control attachment points of the alloy elements if necessary, spaced points for the later attachment of the metal alloy elements can be established by activating with germ cells on the surface of the metal component. These germ cells can use a highly diluted phosphating activation solution (in which the metal component can be immersed before the alloy bath) to set starting points for subsequent precipitations. However, the use of such germ cells is only optional.
Anschließend wird die legierte Brünierschicht durch Eintauchen des Metallbauteils in ein Brünierbad oder Aufträgen der Brünierlösung auf das Metallbauteil ausgebildet. Genauer wird durch das Vortauchen die Metallbauteiloberfläche mit anhaftenden Metalllegierungs elementen, beispielsweise in der Form von Kügelchen, versehen. Die Oberfläche wird da bei nicht mit den Kügelchen bedeckt, sondern sie sind statistisch, aber gleichmäßig verteilt. Zwischen den Kügelchen sind immer mehrere Kugeldurchmesser aus unbeschichteter Oberfläche frei. Im Brünierbad lösen sich diese Kügelchen langsam auf und die Metallle gierungselemente lagern sich gelöst in der Brünierschicht ab. Die entstehende Schicht ent hält keine unregelmäßigen Strukturen, sondern ist homogen und enthält die gleichverteilten Metalllegierungselemente sowie das Eisenoxid. The alloyed burnishing layer is then formed by dipping the metal component into a burnishing bath or by applying the burnishing solution to the metal component. More precisely, the metal component surface is provided with adhering metal alloy elements, for example in the form of spheres, by the pre-immersion. The surface is not covered with the beads, but they are randomly but evenly distributed. Between the spheres there are always several spherical diameters free from an uncoated surface. In the blackening bath, these globules slowly dissolve and the metal alloy elements are deposited in the blackened layer. The resulting layer does not contain any irregular structures, but is homogeneous and contains the evenly distributed metal alloy elements as well as the iron oxide.
Um, wie oben erwähnt, die Brünierung des Metallbauteils zu ermöglichen, weist das Ver fahren vor dem Ausbilden der legierten Brünierschicht ein Freilegen des Eisens des Me tallbauteils auf. Beispielsweise kann das Metallbauteil nach Eintauchen in die Vortauchlö sung abgespült werden, um überflüssige Metalllegierungselemente zu entfernen. In order, as mentioned above, to enable the metal component to be blackened, the method has to expose the iron of the metal component before the alloyed burnished layer is formed. For example, the metal component can be rinsed off after immersion in the Vorauchlö solution in order to remove superfluous metal alloy elements.
Wie in Tests festgestellt wurde, wird bei Verwendung von Wolframat als Legierungsele ment die Reibung des Metallbauteils durch die Legierungselemente in einer solche legierte Brünierschicht nicht beeinflusst. Es zeigt sich jedoch ein signifikant erhöhter Verschleiß widerstand im Vergleich zu einer reinen Brünierschicht. Andere Legierungselemente kön nen diese und/oder weitere positive Eigenschaften haben, wie beispielsweise eine Verbes serung der Schmierstoffanhaftung. As was found in tests, when tungstate is used as an alloying element, the friction of the metal component is not influenced by the alloying elements in such an alloyed burnishing layer. However, it shows a significantly increased wear resistance compared to a pure burnishing layer. Other alloy elements can have these and / or other positive properties, such as an improvement in lubricant adhesion.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Be schreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen kön nen. Further advantages and advantageous embodiments are specified in the description, the drawings and the claims. In particular, the combinations of features specified in the description and in the drawings are pure exemplary, so that the features can also be present individually or combined in other ways.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen An sprüche definiert. In the following the invention will be described in more detail with reference to Ausfüh shown in the drawings approximately examples. The exemplary embodiments and the combinations shown in the exemplary embodiments are purely exemplary and are not intended to define the scope of protection of the invention. This is defined solely by the pending claims.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1: einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Metallbauteils. 1: a schematic sequence of a method for producing a metal component.
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In the following, elements that are the same or have the same function are identified with the same reference symbols.
Fig. 1 zeigt einen möglichen schematischen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Metallbauteils 2 mit einer legierten Brünierschicht 14. Das Metallbauteil 2 ist hier bei spielhaft als ein Wälzlagerring dargestellt, es kann jedoch auch jedes beliebige andere Me tallbauteil mit einer solchen legierten Brünierschicht 10 versehen werden. Fig. 1 shows a possible schematic sequence of a method for producing a metal component 2 with an alloyed burnishing layer 14. The metal component 2 is shown here as a roller bearing ring, but any other metal component can also be provided with such an alloyed burnishing layer 10 .
Das Metallbauteil 2 wird zunächst in eine Vortauchlösung 4 eingetaucht. Die Vortauchlö sung 4 kann eine heiße, alkalische Lösung sein, die Metalllegierungselemente enthält. Durch das Eintauchen des Metallbauteils 2 in die Vortauchlösung 4 werden die Metallle gierungselemente an der Oberfläche des Metallbauteils 2 angelagert, wie hier beispielhaft durch Kügelchen 6 dargestellt ist. Die angelagerten Metalllegierungselemente 6 haben ei nen gewissen Abstand zueinander, was beispielsweise durch eine Aktivierung von Keim zellen auf der Oberfläche des Metallbauteils 2 erreicht werden kann. Durch Aktivierung solcher Keimzellen wird erreicht, dass sich die Metalllegierungselemente 6 an diesen Keimzellen und nicht an anderen Punkten des Metallbauteils 2 anlagern. The metal component 2 is first immersed in a pre-immersion solution 4. The Vorauchlö solution 4 can be a hot, alkaline solution containing metal alloy elements. By immersing the metal component 2 in the pre-immersion solution 4, the metal alloy elements are deposited on the surface of the metal component 2, as is shown here by way of example with beads 6. The deposited metal alloy elements 6 have a certain distance from one another, which can be achieved, for example, by activating germ cells on the surface of the metal component 2. By activating such germ cells it is achieved that the metal alloy elements 6 attach to these germ cells and not to other points of the metal component 2.
Nach dem Anlagem der Metalllegierungselemente 6 an der Oberfläche des Metallbauteils 2 wird das Metallbauteil 2 aus der Vortauchlösung 4 entfernt und in eine Brünierlösung 8 eingetaucht. Durch das Eintauchen in die Brünierlösung 8 lösen sich die angelagerten Me- talllegiemngselemente 10 langsam auf und bilden mit der in der Brünierlösung 8 entste henden Brünierschicht 12 eine homogene legierte Brünierschicht 14. After the metal alloy elements 6 have come to rest on the surface of the metal component 2, the metal component 2 is removed from the pre-immersion solution 4 and immersed in a burnishing solution 8. By immersing in the burnishing solution 8, the accumulated me- tall alloying elements 10 slowly and form a homogeneous alloyed bronzing layer 14 with the bronzing layer 12 arising in the bronzing solution 8.
Anstelle von zwei Bädern 4, 8 kann auch nur ein Brünierbad 8 verwendet werden, wobei in diesem Fall dem Brünierbad 8 die Metalllegierungselemente zugesetzt werden. Instead of two baths 4, 8, only one burnishing bath 8 can be used, in which case the metal alloy elements are added to the burnishing bath 8.
Durch diese legierte Brünierschicht 14 kann erreicht werden, dass die Eigenschaften einer Brünierschicht in Bezug auf Verschleißwiderstand und Abnutzungsgrad verbessert werden. This alloyed burnishing layer 14 can achieve that the properties of a burnishing layer with regard to wear resistance and degree of wear can be improved.
Bezusszeichenliste Reference symbol list
2 Metallbauteil 2 metal component
4 Vortauchlösung 4 pre-immersion solution
6 Metalllegierungselemente 6 metal alloy elements
8 Brünierlösung 8 Browning solution
10 angelöste Metalllegierungselemente10 dissolved metal alloy elements
12 Brünierschicht 12 browning layer
14 legierte Brünierschicht 14 alloyed burnishing layer

Claims

P a t e n t a n s p rü c h e Eisenhaltiges Metallbauteil mit einer legierten Brünierschicht Patent claims Ferrous metal component with an alloyed burnishing layer
1. Eisenhaltiges Metallbauteil (2) mit einer auf das Metallbauteil (2) mittels Brünierung aufgebrachten legierten Brünierschicht (14). 1. Iron-containing metal component (2) with an alloyed burnishing layer (14) applied to the metal component (2) by means of burnishing.
2. Metallbauteil nach Anspruch 1, wobei die legierte Brünierschicht (14) Eisenoxid und additive Metalllegierungselemente (6) aufweist. 2. Metal component according to claim 1, wherein the alloyed burnishing layer (14) comprises iron oxide and additive metal alloy elements (6).
3. Metallbauteil nach Anspruch 2, wobei die Metalllegierungselemente (6) zumindest ein Metalloxid und/oder bezüglich Sauerstoff reaktionsträge Elemente umfassen.3. Metal component according to claim 2, wherein the metal alloy elements (6) comprise at least one metal oxide and / or elements which are inert with respect to oxygen.
4. Metallbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallbauteil (2) ein Lagerelement, insbesondere ein Wälzlagerring oder Wälzkörper, ist. 4. Metal component according to one of the preceding claims, wherein the metal component (2) is a bearing element, in particular a rolling bearing ring or rolling body.
5. Verfahren zum Herstellen eines Metallbauteils (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren das Ausbilden einer legierten Brünierschicht (14) mittels Brünierung aufweist. 5. The method for producing a metal component (2) according to any one of the preceding claims, wherein the method comprises the formation of an alloyed burnishing layer (14) by means of burnishing.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: 6. The method of claim 5, wherein the method comprises the step of:
Ausbilden der legierten Brünierschicht (14) durch Eintauchen des Metallbauteils (2) in eine Brünierlösung (8), wobei die Brünierlösung (8) Metalllegierungselemente (6) enthält. Forming the alloyed burnishing layer (14) by immersing the metal component (2) in a burnishing solution (8), the burnishing solution (8) containing metal alloy elements (6).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Überwachung der Konzentration der Metalllegierungselemente (6) in der Brünierlö sung (8) und Erneutes Zusetzen von Metalllegierungselementen (6), falls die Konzentration unter einen definierten Schwellwert fällt. 7. The method according to claim 6, wherein the method comprises the steps of: monitoring the concentration of the metal alloy elements (6) in the Brünierlö solution (8) and Re-addition of metal alloy elements (6) if the concentration falls below a defined threshold value.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: 8. The method of claim 5, wherein the method comprises the steps of:
Eintauchen des Metallbauteils (2) in eine Vortauchlösung (4), die Metalllegierungs elemente (6) enthält, um die Metalllegierungselemente (6) an einer Oberfläche des Metallbauteils (2) abzulagem, und Immersing the metal component (2) in a pre-immersion solution (4) containing the metal alloy elements (6) in order to deposit the metal alloy elements (6) on a surface of the metal component (2), and
Ausbilden der legierten Brünierschicht (14) durch Eintauchen des Metallbauteils (2) in eine Brünierlösung (8), wobei die Metalllegierungselemente (10) zumindest zum Teil in der Brünierschicht (14) gelöst sind. Forming the alloyed burnishing layer (14) by immersing the metal component (2) in a burnishing solution (8), the metal alloy elements (10) being at least partially dissolved in the burnishing layer (14).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Vortauchlösung eine heiße, alkalische Lösung ist. 9. The method of claim 8, wherein the pre-dip solution is a hot, alkaline solution.
10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren vor Ausbilden der legierten Brünierschicht (14) ein Freilegen des Eisens des Metallbauteils (2), insbesondere ein Abspülen des Metallbauteils (2), aufweist. 10. The method according to claim 7, wherein the method comprises exposing the iron of the metal component (2), in particular rinsing off the metal component (2), before the alloyed burnishing layer (14) is formed.
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