DE1771955C3

DE1771955C3 - Bad und Verfahren zur Verbesserung der Verschleissfestigkeit von Metalloberflächen

Info

Publication number: DE1771955C3
Application number: DE1771955A
Authority: DE
Inventors: Claude Jacques Saint Etienne Amsallem (Frankreich)
Original assignee: Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Current assignee: Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Priority date: 1967-08-07
Filing date: 1968-08-07
Publication date: 1975-05-07
Also published as: DE1771955B2; DE1771955A1; NL6811235A; ES356893A1; JPS4823774B1; BE718732A; PL80345B1; LU56642A1; GB1227452A; FR1541726A; US3591472A; CH487258A; CS150961B2

Description

Die Schmiereigenschaften von lamellcnförmigcn Verbindungen mit Schichtaulbau, wie der Disulfide oder Diselemde von Molybdän. WoI! ι am oder Niob «ind bekannt. Die bisher bekannten Verfahren zum mehr oder weniger festen Aufbringen von Filmen derartiger fester Schmiermittel auf metallische Teile sind nicht zufriedenstellend. Die Filme überdauern im allgemeinen nicht einmal die für ein einfaches Einschleifen oder Läppen erforderliche Zeit.

Man hat festgestellt, daß die Abscheidung mit Hilfe von elektrischem Strom gewisse Verbesserungen bringen kann. So zeigt die britische Patentschrift 530 635 die elektrophoretisch^ Abscheidung einer Graphitschicht auf einer Oberfläche aus einer Dispersion von kollodialem Graphit. Die USA.-Patentschrift 2 9¹W 78° zeigt die gleichzeitige Abscheidung von Metall und Metallsulfid auf einer Metalloberfläche, wobei das F.lektrolytbad eine Lösung eines Salzes oder einer anderen diemischen Verbindung des abzuscheidenden Metalls und das Metallsulfid in fein verteilter Suspension enthält. Das Metall wird elektrolytisch und das Metallsulfid elektrophorctisdi abgeschieden.

Das Aufbringen dieser Schmiermittel aus einem Bad, das die Schmiermittel in Suspension enthält, liefert jedoch keine dauerhaften Filme.

Aufgabe der Erfindung ist ein Bad und ein Verfahren, mit dem eine Metalloberfläche dauerhaft mit einem dünnen Film versehen wird, welche einen geeigneten Anteil an lamellenförmigen Schmiermitteln aufweist, die durch ein Sulfid oder ein Selenid gebunden sind.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß das Bad aus einer wäßrigen Lösung von Salzen der Thiomoiybdänsäure. Selcnomohbdansaure. Ί hu,-wc.llranisäure. Selenow oll ramsäure. I hioniohsäure oder Sdenoniohsäuiv, einzeln oder im Gemisch, oder einem Gemisch der zur Bildung dieser Salze in situ , im Bad beiahisiicn Verbindungen besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enth.iil es die Alkalisalze oder Lrdalkahsalzc von Thio- oder Selciionuily bdänsäure. 'Ihio- oder Selenowolframsäure und oder ThU)- «'der Selenoniobsaure.

Das Verfahren besteht darin, daß die N:.·' tllober-

fläche vorzugsweise als Kathode geschallt ir eine

Zeitspanne von 1 Minute bis <>0 Minuten »ei einer

Stromdichte /wischen 2.5 und 75 Λ dm- behandelt

wird wobei die Behandlung vorzugsweise so lange

,c formesetzt wird, bis die Dicke der abgeschiedenen

Schmiermittclschidrt 0.1 bis < > Mikron betragt.

Selbstverständlich können sowohl massive Teile

•uis M-MaII als auch nichtmetallische Teile, z. B. aus

Kunststoff die vorher durch beliebige Mittel mit

einer Metallschicht überzogen wurden, mn dem

Schmiermittel beschichtet werden.

Bei der crtindungsgeniäßen Behandlung entsteht ein Film, in dem das Disulfid oder Diselenid von Molvbdän WoHram oder Niob enthalten ist. Die zu elekirolvsierende wäßrige Lösung kann entweder durch direkte Autlosung der Substanz oder d-r Substanzen erhalten werden, die bei der Fleklro-Kse die Disulfide oder Diselcnide bilden, oder wie in einem speziellen Beispiel noch gezeigt wird, durch Rekonstitution solcher die Disulfide oder Diselemde bei der Elektrolyse bildenden Substanzen aus einem Gcmisdi der zur Bildung dieser Salze in situ im Bad befähigten Verbindungen.

Die bei der Behandlung entstehende Schicht haltet vollkommen am Grundmetall und verleiht den Teilen hinsichtlich der Reib- und Verschleißfestigkeit F.icenschafleii. wie sie bisher nicht bekannt s:nd.

Bei der Prüfung zeigt Mch. daß diese Schichten unter anderem von dem festen Schmiermittel entsprechend der elektrolysierten Substanz oder den elcktrolysierten Substanzen und Metallsulfide!! oder Metallseleniden entsprechend dem Grundmetall gebildet werden.

B e i s ρ i e 1 1

¹OOg Ammoniumthiomolybdat der Formel [(NH₁)J-MoSaJ gelöst in 800cm³ Wasser bilden das Bad. dessen Temperatur 35 C beträgt. Das zu behandelnde Teil ist ein Faville-Levally-Reibprüfkörper aus zementiertem, gehärtetem und geschliffenem Stahl 16 NC 6 von 6,5 mm Durchmesser und 40 mm Höhe.

Dieses Teil ist mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden.

Die Anode besteht aus einem zur Kathode konzentrischen Zylinder mit einer Höhe von 40 mm und einem Innendurchmesser von 50 mm.

Die Elektrolyseparameter sind folgende: Kathoden-Stromdichte 6 A/dm²,

Potentialdifferenz Anode-Kathode 7,5 Volt, Behandlungsdauer 15 Minuten. Das Teil wird aus dem Bad genommen, mit klarem Wasser zwei Stunden lang gewaschen und metallisch gebr.rstet.

Das Teil ist dann mit einer feinen grauen Haut ühcrzotten, deren Dicke 2 Mikron beträgt. Es wird zwischen zwei entsprechend dem Faville-Levally-

Vorsuch ausgebildeten unbehandelien Backen aus zementiertem, gehärtetem Stahl 16 NC 6 in Drehung verset/t.

Der Versuch in der Faville-i.evallj-Maschine dauert 6 Minuten bei einer Belastung von 15 000 N bei einer Drehgeschwindigkeit des Prüfkörpers von 350 Umdrehungen pro Minute mit einem mittleren Trockeiireibungskoeffizienlen von 0,04.
Zum Vergleich sei darauf hingewiesen, daß ein zementierter und gehärteter Prüfkörper aus 16 NC 6, der mittels bekannter Verfahren mit Molybdänsulfid überzogen, dann während zweier Stunden gewaschen und anschließend metallisch gebürstet wurde, bei einer Belastung von 4000 N nach einigen Sekunden des Versuchs sich bereits festfrißt.

Beispiel 2

Die Lösung gemäß dem folgenden Beispiel der Erfindung wild nicht ausgehend von den drundsub-Manzen, sondern durch Mischung der verschiedenen Substanzen erhalten, die geeignet sind, zur Rekon- »titulion des Stoffs des Beispiels 1 zu führen.

150 g Molybdänoxid MoOj werden in 700 cm³ 20"'«igem Ammoniak Γ!HaOI I gelöst.

Eine derartige Mischung besitzt bei einer Temperatur von 35 C einen pH-Wert von 10.3.

Dieser Lösung werden IMK) cm-¹ an 20" «igem Ammoniumsulfid (Nlli).»S zugefügt; der pH-Wert bleibt zwischen 10,1 und 10.5.

Wird eine bestimmte Anzahl von Elektrolysen, entsprechend 4 dm² an behandelter Oberfläche, mit einem derartigen Bad durchgeführt, so fällt der pH-Wert auf den Wert 9,1. Der pH-Wert wird dadurch wieder hergestellt, daß der Mischung Molybdänoxid und Ammoniak zugeführt wird, um sie auf einem pH-Wert von 10,5 zu halten.

Die hinsichtlich der Reibung erhaltenen Ergebnisse sind für Teile, die in der vorstehend angeführten und auf einem pH-Wert von 10,5 gehaltenen Lösung mit denselben elektrolytischcn Parametern wie in Beispiel 1 angegeben behandelt wurden, gleich den vorstehend bereits angeführten Ergebnissen.

Beispiel 3

Das Bad und die elektrolytischen Parameter entsprechen dem Beispiel 2. Das zu behandelnde Teil ist ein Faville-Levally-Prüfkörper aus rostfreiem Stahl Z3 CN 18-8. Die Badtemperatur beträgt 53 C; die elektrolytischen Parameter sind 20 Minuten und 10 A/dm².

Nach der Behandlung wird der Prüfkörper in strömendem Wasser während zweier Stunden gewaschen und anschließend metallisch gebürstet. Die Dauer des Fuville-Levally-Tests eines derart behandelten Prüfkörpers, der sich zwischen zwei ebenfalls aus Stahl Z3 CN 18-8 bestehenden Backen dreht, beträgt 1 Minute und 30 Sekunden unter einer Belastung von Ki)OO N mit einem Reibungskoeffizienten, der 0,05 nicht überschreitet.

Beispiel 4

Das Bad setzt sich zu Beginn aus 100 g WoJframoxid WOj und 700 cm¹ Ammoniak NHjOH von 20", ,ι zusammen. Nach Auflösung des Oxids im Ammoniak wird in das Bad Schwefelwasserstoff H2S eingeblasen, um Ammoniumlhiowolframal zu erzeugen. Die Temperatur der Lösung liegt zwischen 25 und 70 C; der pH-Wert der Lösung liegt bei einer Temperatur von 40 C zwischen 7 und 8,5. Die elektrolytischen Parameter sind 50 A'dm² und 30 Minuten. Wenn ein Faville-Levally-Prüfkörper aus zementiertem, gehärtetem Stahl 16 NC 6 bei derartigen Bedingungen behandelt wird, so kann nach der Behandlung und nach dem zwei Stunden dauernden Waschen in strömendem Wasser und metallischem Bürsten festgestellt werden, daß auf dem Teil eine Schicht von 1 Mikron Dicke verbleibt, welche vollkommen an dem Metall haftet.

Der Faville-Reibungstest eines denmigen Prüfkörpers aus zementiertem, gehärtetem und in der vorstehend beschriebenen Weise behandelten Stahl 16 NC 6. welcher sich zwischen zwei Backen aus zementiertem, gehärtetem und unbehandeltem Stahl 16 NC 6 dreht, dauert bei einer Belastung von 20 000 N und einer Gleitgeschwindigkeit von 0.075 m/Sekunden mit einem Reibungskoeffizienten, der 0,06 nicht überschreitet, zwei Minuten.

Beispiel 5

Die Zusammensetzung des Bades ist identisch zu der in Beispiel 2. Die Temperatur des Bades beträgt 43 C und der pH-Wert bei dieser Temperatur 10,8.

Der zu behandelnde Prüfkörper besteht aus einer geglühten bzw. angelassenen Titanlegierung TA 6V. Die Anode ist identisch zu der in Beispiel 1 angegebenen Anode. Die elektrolytischen Parameter sind 10 Minuten und 10 A/dm².

Wenn nach einer derartigen Behandlung der Prüfkörper während zweier Stunden in strömendem Wasser gewaschen und metallisch gebürstet und dann dem Faville-Levally-Test zwischen 2 V-förmig ausgeschnittenen Backen aus angelassenem und unge-

härtetem Titan TA 6V unterzogen wird, so beträgt die Dauer des Tests 2 Minuten bei einer Betastung von 2500 N mit einem mittleren Reibungskoeffizienten, der 0,05 nicht überschreitet.

Claims

Patentansprüche:

1. Bad zur elektrolyt isdieii Abscheidung von lamellen fonniücn festen Sdimiermitieln auf Metalloberflächen, d a d u r .· h g c k c η η ζ e i c !>. net, daß es aus einer wäßrigen Losung \on Salden der Thiomolybdänsäure, Selenomolvbdänsäurc, Thiowolframsäure, Selenowolframsäure, 1 hioüiobsäure oder Selenoniobsaure. einzeln oder im Gemisch oder einem Gemisch der /ur Büdung dieser Salze in situ im Bad befähigten Verbindungen besteht.

2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzcidinet, daß es die Alkalisalzc oder Lrdalkalisal/e \on Thio- oder Selenomoly bdänsäure, Thio- oder Selenowolframsäure und oder Thioodcr Scleneoniobsäure enthält.

3. Verfahren zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Metalloberflächen durdi elcktrolytische Abscheidung eines laniellenförmigen Schmiermittels, unter Verwendung eines Bades nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberflache, vorzugsweise als Kathode geschaltet, für eine Zeitspanne von I Minute bis 60 Minuten bei einer Stromdichte zwischen 2.5 und 75 A dm- behandelt wird.

4. Verfahren nadi Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung solange fortgesetzt wird, bis die Dicke der abgeschiedenen Schmiermitlelschicht 0.1 bis ^l) Mikron beträgt.