DE2455529A1

DE2455529A1 - Galvanische erzeugung der laufflaeche einer drehkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2455529A1
Application number: DE19742455529
Authority: DE
Inventors: Henry Brown
Original assignee: Oxy Metal Industries Corp
Current assignee: Oxy Metal Industries Corp
Priority date: 1973-12-03
Filing date: 1974-11-23
Publication date: 1975-06-05
Also published as: AR204180A1; FR2253107A1; JPS5085708A; FR2253107B3; CA1026261A; BR7410111A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck

. DIpT. Phys. VV. Schmitz

Dipl. Inn. E. Graaifs

Dipl. Ing. W. Wohnort

Dipl. Phys. W. Carstens

2 Hamburg 36

Neuer Wall 41

Hamburg, 22. November

Galvanische Erzeugung der Lauffläche einer Drehkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch gewisse Stufenfolgen der Galvanotechnik zur galvanischen Erzeugung einer verschleißfesten Lauffläche in dem Aluminiumgehäuse von Drehkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere die galvanische Erzeugung der epitrochoiden Lauffläche des Aluminiumgehäuses der Brennkraftmaschine des Wankeltyps. Insbesondere betrifft das Verfahren galvanische Erzeugung der Lauffläche durch Elektroplattieren einer Reihe von' Belägen auf einem Kern, welcher für die Drehkolben-Brennkraftmaschine des Wankeltyps die epitrodfcide Gestalt und Größe der Lauffläche hat, und wobei man dann das Aluminiumgehäuse gegen den letzten galvanischen Belag gießt und das Gehäuse mit den befestigten galvanischen Belägen, welche den oder die VerschlÄißbeläge enthalten, entfernt.

Das gegenwärtig angewandte Verfahren zur Erzielung einer verschleißfesten Oberfläche für die epitrochoide Lauffläche in dem

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Aluminiumgehäuse der Drehkolben-Brennkraftmaschine des Wankeltyps besteht darin, daß man das Aluminiumgehäuse direkt auf den Kern oder auf einen porösen, gespritzen, auf dem Kern angebrachten Eisenauftrag spritzt und dann einen dicken Nickelbelag, welcher mit abgeschiedene, feine SiIiciumcarbidteilchen enthält, auf die epitrochoide Lauffläche auf der Innenseite des Aluminiumgehäuses oder einen dicken Ghrombelag oben auf den Eisenauftrag elektroplattiert. Dann wird der dicke Belag auf exakte Größe bearbeitet. Diese "Verfahren erfordern innere Anoden zum Plattieren der Lauffläche und es muß viel Metall verworfen werden, weil ein besonders dicker Belag, gewöhnlich von der zweifachen Enddicke, welche nach Bearbeiten und Honen auf die Endgröße für die Bohrung zurückbleiben muß, abgeschieden werden muß. Auch trägt die Zeit zum Plattieren des dicken Belages in hohem Maße zu den Kosten bei.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kern anstatt der inneren Lauffläche des Aluminiumgehäuses plattiert und bei.Verwendung eines Kernes von hoher Feinbearbeitung und exakter Größe ist kaum, wenn überhaupt, irgendeine Bearbeitung der epitrochoiden Oberfläche erforderlich. Daher kann dünnere Hartbelegung verwendet werden und es geht wenig Metall, wenn überhaupt welches, durch Bearbeiten verloren.

Um die erfolgreiche technische Verwendung des Systems, in welchem das Äußere des Kernes anstatt des Inneren des Gehäuses aus Aluminiumlegierung elektroplattiert wird, zu ermöglichen, ist es erforderlich, daß (1) der Belag leicht von dem Kern gelöst werden kann' und (2) das Spritzgußgehäuse aus Aluminium mit guter Bindung an den Endbelägen haftet.

Bei Verwendung eines weitgehend bearbeiteten, genauen Kernes wäre, wenn überhaupt, viel weniger Bearbeitung oder Schleifen für eine endgültige, genaue Oberfläche mit diesem Verfahren erforderlich als für das gegenwärtige Verfahren zum Plattieren des Inneren des Gehäuses aus Aluminiumlegierung. Das gegenwärtige

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Verfahren erfordert das galvanische Niederschlagen sehr dicker Beläge, etwa 0,381 - 0,508 mm (15 bis 20 mils), um sicher zu sein, daß nach Schleifen oder Bearbeiten genügend Belag (0,1016-0,1524 mm, 4- bis 6 mils) zurückbleibt, und dieses bedeutet einen großen wirtschaftlichen Verlust. Diese kostspielige Arbeitsweise, welche zum Plattieren des Inneren des Aluminiumgehäuses angewandt wird, ergibt sich aus der Tatsache, daß.der Belag'mit zunehmender Dicke weniger glatt wird, sowie auch daraus, daß die Verteilung des Belags aus sauren Bädern (Nickel und. Chrom) vergleichsweise schlecht ist, was zu einer nicht-gleichmäßigen Dicke des Belags auf der epitrochoiden Fläche führt. Bei dem Verfahren zum Plattieren des Äußeren des Kernes wird der erste Teil des Belags verwendet und er ist so glatt wie der Kern und so genau in den Abmessungen wie der Kern. Selbst wenn der Kern nicht absolut genau in den Abmessungen ist, ist daher das benötigte Ausmaß der Bearbeitung oder des Schleifens weit geringer als bei dem gegenwärtigen Verfahren, bei dem das Innere des Gehäuses plattiert wird. Außerdem können der erste Belag oder die ersten Beläge, die auf dem Kern niedergeschlagen sind, vergleichsweise dünne Beläge aus weniger hartem Material als die verschleißfesten Beläge sein. Diese Beläge können leicht bearbeitet oder gehont werden und könnten sogar als Einschleifbeläge (wear-in) verwendet werden bevor der verschleißfeste Belag erreicht wird.

Diese Art Belag wird in einigen der unten verzeichneten Beispiele näher erläutert.

Das Verfahren zum Elektroplattieren des Äußeren des Kernes anstatt des Inneren des Gehäuses aus Aluminiumlegierung ermöglicht auch die Verwendung von neuem verschleißfestem Belag, welcher viel weniger kostspielig ist als die gegenwärtig verwendeten verschleißfesten Beläge aus dickem Nickel, welche etwa 2,5 Gew.-% mit abgeschiedene feine Siliciumcarbidteilchen enthalten, oder aus dickem Chrom ("Hartchrom"). Der neue verschleißfeste Belag für die Drehkolben-Brennkraftmaschine des Wankeltyps ist in

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Beispiel 1 beschrieben und bestellt aus elektroplattiertem Eisen, welches 2,5 Gew.-% und darüber mitabgeschiedene feine Siliciumcarbidteilchen enthält. Es ist möglich, in den sehr warmen (etwa 71 - 88⁰C; etwa 160 - 190⁰F) Eisenplattierungsbädern mit niedrigem pH (um 1 herum) auf vertikalen Oberflächen doppelt so viel feine Siliciumcarbidteilchen als in Nickelbädern mitabzuscheiden. Da wenig oder sogar kein Bearbeiten oder Schleifen der harten, verschleißfesten Oberfläche zu erfolgen braucht, kann der härteste verschleißfeste Belag., der möglich ist, verwendet werden, d.h. Eisen- oder Nickelbelag oder ihre Kombination mit höherem Prozentgehalt (bis zu 8 Gew.-% in dem Eisenbelag) an mitabgeschiedenen Siliciumcarbidteilchen. Beim Plattieren der epitrochoiden Lauffläche auf der Innenseite des Gehäuses aus Aluminiumlegierung ist es zu schwierig, ein heißes Eisenplattierungsbad mit niedrigem pH zu verwenden, weil das Aluminiumgehäuse in den Bereichen, welche keine Plattierung erhalten, angegriffen wird.

Tatsächlich kann mehr als ein verschleißfester Belag viel leichter verwendet werden, wenn der Kern anstatt des Inneren des Gehäuses aus Aluminiumlegierung plattiert wird, wie in Beispielen 2 und 3 dargelegt ist.

Beispiel 1

Ein Stahlkern mit guter Oberflächenbearbeitung und Abmessungen, welche den gewünschten Abmessungen der epitrochoiden Lauffläche nahekommen oder gleich sind (annähernd 24·,13 cm für den längsten Durchmesser der epitrodDiden Lauffläche, etwa 17jÖ cm für den eingeschnürten Durchmesser und etwa 6,1 cm für die Breite) wird mit der folgenden Reihe von Belägen elektroplattiert.

(1) Ein dünner Bleibelag von etwa 0,0025 mni (0,1 mil) oder noch weniger wird zuerst auf den Stahlkern plattiert, indem man beispielsweise ein saures Bleifluoboratbad, welches vorzugsweise ein oder mehrere Zusatzmittel aus der Gruppe Gelatine, Naphthol,

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nichtionisches netzmittel und Ligninsulfonat enthält, verwendet. Dieses kann ein Belag von 1 oder 2 Minuten ( 1 or 2 min.plate) sein.

(2) Hierauf folgt ein Kupferbelag, vorzugsweise aus einem blanken, sauren Kupfersulfatplattierungsbad, wie es beispielsweise in den US-PS 2 707 166, 2 738 318, 3 288 690 und 3 328 273 beschrieben ist. Der Kupferbelag kann eine Dicke von etwa 0,0025 (0,1) bis etwa 0,0051 mm (0,2 mil) aufweisen.

(3) Hierauf folgt ein Eisenbelag, welcher mitabgeschiedene feine Siliciumcarbidteilchen zu etwa 2,5 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% enthält. Das Eisenbad kann hauptsächlich aus Eisen(II)-chlorid, etwa 300 g/l mit oder ohne etwa 150g/l Calciumchlorid bereitet sein und bei pH von etwa 1 sowie Badtemperatur von etwa 71 bis 88⁰C (160 - 190⁰F) arbeiten. Die Konzentration des Siliciumcarbidpulvers kann etwa 25 bis 150 g/l betragen, welches in dem Bad durch mechanische Bewegung dispergierfc ist. Anstatt aus Eisen(ll)-chlorid kann das Bad hauptsächlich aus Eisen(H)-sulfat bereitet sein, das wie oben für das Eisen(ll)-chlorid-Bad beschrieben, arbeitet. Es werden gewöhnlich niedrigere Stromdichten für das Eisen(II)-sulfat-Bad im Vergleich zu dem Chloridbad verwendet. Jedoch hat das warme Sulfatbad mit niedrigem pH den Vorteil, daß keine korrodierenden Chlorwasserstoffsäuredämpfe aus dem Bad entweichen, wie es bei dem Chloridbad der Fall ist.

Der Eisenbelag mit den mitabgeschiedenen Siliciumcarbidteilchen wird .in einer Dicke von etwa 0, Ό51 (2 mils) bis sogar 0,254-mm (10 mils) oder darüber abgeschieden, wenn es gewünscht wird. Die letzten 0,025 mm (1 mil) oder 0,051 mm (2 mils) des dickeren Belags können gröbere Siliciumcarbidteilchen in einem getrennten Bad verwenden, um einen rauhen Belag von in den Eisenbelag fest eingebettenen Siliciumcarbidteilchen zu ergeben.

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Dieser rauhe Belag unterstützt die Bindung an das nachfolgende Gehäuse aus Aluminiumlegierung, welches auf diesem -^elag gegossen wird. Anstatt die Aluminiumlegierung direkt auf diese Eisenoberfläche zu gießen, wird vorzugsweise ein dünner Zinkbelag von etwa 0,0025 (0,1 mil) bis etwa 0,051 mm (2mil) auf die Eisenoberfläche plattiert und dann folgt die Vergießstufe der Aluminiumlegierung. Der Zinkbelag kann sowohl auf einem glatten als auch einem rauhen Eisenbelag abgeschieden werden und unterstützt in hohem Maße die Bindung des Aluminium an den Eisenbelag. Das Zink schmilzt, wenn das heiße Aluminiumlegierungsmetall auf das Zink trifft und das meiste des Zinks geht in die Aluminiumlegierung und etwas in den Eisenbelag. Diese Methode erlaubt, daß die Aluminiumlegierung mit Eisenbelag in Berührung kommt, welcher keinen Oxydüberzug aufweist, da die Eisenoberfläche durch den Zinkbelag geschützt war.

Die Wärme von der geschmolzenen Aluminiumlegierung verursacht das Schmelzen des dünnen Bleibelags gegen den Stahlkern und dieses ermöglicht die Entfernung des Belags mit dem befestigten Aluminiumgehäuse von dem Kern. Der Kern kann hohl sein, d.h. in der Form eines epitrochoiden Binges, oder kann Löcher für Kühlzwecke aufweisen. Das Kühlen des Kerninneren (mit kaltem Wasser) verursacht Zusammenziehung und kann die Entfernung des Belags mit seinem befestigten Gehäuse unterstützen.

Der Endzinkbelag ist vorzugsweise von großer Reinheit, um zur Erzielung der besten Bindung des Aluminiums an den oder die Endbeläge beizutragen. Andererseits ist es am besten, für den oder die ersten Belage gegen den Kern Bäder mit Einschlüssen, wie beispielsweise von Zusatzmitteln, zu verwenden, um die Erzielung der schlechten Haftung, die zur Trennung von dem ^ern notwendig ist, zu unterstützen. Blei mit seinem niedrigen Schmelzpunkt (327⁰C) verliert seine Haftung an Stahl und das geschmolzene Blei ist bei diesen Temperaturen praktisch unlöslich in dem Kupfer, welches oben auf ihm plattiert ist. Bei dem Kühlen des Kernes, beispielsweise durch die Zirkulation von Wasser durch

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einen zylindrischen Hohlraum oder einen epitrochoiden Hohlraum oder durch Löcher in dem Inneren des Kernes unterstützt die sich ergehende Zusammenziehung auch die Trennung von dem Kern an der Bleizwischenfläche.

Beispiel 2

Es ist dieselbe Arbeitsweise wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß Nickelbelag mit mitabgeschiedenen feinen Siliciumcarbidteilchen bis zu der Menge von etwa 2,5 Gew.-% und höher anstatt des gesamten Eisenbelags mit mitabgeschiedenen SiIiciumcarbidteilchen oder eines Teils des Eisenbelags verwendet wird.

Der Nickelbelag mit den mitabgeschiedenen Siliciumcarbidteilchen kann aus den sauren Bädern des Watts-Typ, Typen mit viel Ohlorid oder viel Bromid, oder SuIfamat oder Fluoborat abgeschieden werden. Da der saure Fluoborattyp Anodenkörbe aus Titan angreift, ist der lluoborattyp gegenüber den anderen Typen nicht bevorzugt. Die Nickelbäder können Zusatzmittel der Klasse I enthalten, wie Benzol- oder Toluolsulfonamid, Di-benzol- oder Di-toluolsulfonimide, o-Benzoylsulfonimid (Saccharin), Benzolmono- oder disulfonsäuren, Benzol- und Toluol-sulfinsäuren, Naphthalinsulfonsäuren, Allylsulfonsäuren, o-Sulfobenzaldehyd (oder die Natrium- oder Kalium- und ähnliche Salze dieser verschiedenartigen Säuren) , Sulfonimide und Sulfinsäuren oder ähnliehe Verbindungen der Klasse I. Diese Verbindungen der Klasse I verursachen das Einbringen von etwa 0,01' bis etwa 0,2 % Schwefel als Sulfid in den Nickelbelag, welches die Härte und Zugfestigkeit des Nickelbelags stark erhöht. Die für die Zwecke der Erfindung und einschließlich der Mitabscheidung von feinen SiIiciumcarbidteilchen oder anderen feinen harten Teilchen bevorzugten Verbindungen der Klasse I sind die Benzol- oder Toluolsulfonamide, die Di-benzol- oder Di-toluol-sulfonimide. Diese Verbindungen der Klasse I erlauben die maximale Mitabscheidungsmenge der feinen Teilchen, wie Siliciumcarbid, für eine gegebene

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Konzentration dispergierter feiner Teilchen in den Nickelbädern. Die bevorzugte Konzentration von Siliciumcarbidteilchen liegt in dem Bereich von 25 bis I50 g/l. Bei der bevorzugten Methode zur Dispersion der Teilchen in den Nickelbädern wird Luftbewegung angewandt. Es können Benetzungsmittel, wie Natrium-n-octylsulfat oder Natrium-2-äthyl-hexylsulfat in den Nickelbädern vorhanden sein. Sie werden normalerweise bei Konzentrationen von etwa 0,1 bis etwa 1 g/l angewandt.

Bei dieser Methode des Plattierens des Kernes kann der Nickelbelag mit den mitabgeschiedenen Siliciumcarbidteilchen in zwei oder mehr Schritten aufgebracht werden. Beispielsweise kann zuerst ein dünner reiner Nickelbelag von etwa 0,0127 mm (0,5 mil) bis etwa 0,0254- mm (1 mil) aufgebracht werden, dann der Nickelbelag mit den mitabgeschiedeneη Teilchen von Siliciumcarbid abgeschieden werden. Bei dem Verfahren der Erfindung des Plattierens des Äußeren des Kernes anstatt des Inneren des Gehäuses aus Aluminiumlegierung kann eine gröbere Sorte von Siliciumcarbid verwendet werden anstatt von gleichmäßigen, sehr feinen Siliciumcarbidteilchen, welche verwendet werden müssen, wenn das Innere des Aluminiumgehäuses plattiert wird oder der Belag wird mit fortschreitendem Plattieren unzulässig rauh. Bei dem Verfahren der Erfindung ist der erste Teil des Belages der wichtigste und er ist glatt, weil das Plattieren gegen eine glatte Oberfläche beginnt und bei fortgesetztem Plattieren ist die Rauheit, die mit den größeren Siliciumcarbidteilchen auftritt, zur Verbindung mit der vergossenen Aluminiumlegierung förderlich. Der Nickelbelag kann mit feinen, gleichmäßigen, feinstgemahlenen Siliciumcarbidteilchen für den ersten Teil des Nickelbelags abgeschieden werden, dann kann der Nickelbelag mit mitabgeschiedenen Siliciumcarbidteilchen aus einem Nickelbad, welches gröbere Siliciumcarbidteilchen dispergiert enthält zur Erzielung eines rauhen Belages fortgeführt werden. Der letztere ermöglicht mit oder ohne einen Zinkbelag bessere Haftung an der Aluminiumlegierung, die darauf vergossen wird. Die Verwendung eines dünnen reinen Zinkbelags von etwa 0,0025 mm (0,1 mils)

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bis 0,051 mm (2 mils) wird für den besten Bindungsvorgang bevorzugt, gleichgültig ob der rauhe Nickelbelag verwendet wird oder nicht. Der reine Nickelbelag, welcher am Beginn des Nickelplattierungsteils der !Folge von Belägen verwendet werden kann, kann bei abgeschalteter Luftbewegung in dem Bad, welches die Siliciumcarbidteilchen enthält, oder in einem gesonderten Bad, in welchem keine Teilchen oder vergleichsweise wenige Teilchen anwesend sind, hergestellt werden.

Der verschleißfeste Belag kann aus einem ersten Nickelbelag von etwa 0,0254- (1 mil) bis 0,076 mm (3 mils) Dicke hergestellt werden, welcher mitabgeschiedene fein verteilte Siliciumcarbidteilchen enthält, gefolgt von einem Eisenbelag ähnlicher Stärke, welcher mitabgeschiedene Siliciumcarbidteilchen enthält. Der Endzinkbelag zur Erzielung maximaler Haftung des Aluminiumgehäuses wird dann vor der Vergießstufe der Aluminiumlegierung auf dem Eisenbelag abgeschieden.

Beispiel 3

Es ist dieselbe Arbeitsweise wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß nach dem Kupferbelag von Stufe (2) Chrombelag für Stufe (3) anstatt des Eisenbelags mit mitabgeschiedenen Siliciumcarbidteilchen niedergeschlagen wird. Das Chrom könnte direkt auf den Kupferbelag oder auf einen vergleichsweise dünnen Nickel- oder Eisenbelag plattiert werden. Das Chrom kann in einer Dicke von etwa 0,051 mm (2 mils) bis etwa 0,254 mm (10 mils) plattiert werden. Außerdem können durch Plattieren des Kernäußeren die sauren Schnellstplattierungsbäder des sechswertigen Chroms leicht verwendet werden, welche sowohl Sulfat- als auch Fluorid- (oder komplexes lluorid) Katalysatoren verwenden, wie die in den Us-Ps 3 334 033, 2 78? 588 und 2 640 022 beschriebenen. Wenn das Innere des Aluminiumgehäuses mit einem dicken Belag verchromt wird, zieht man es im allgemeinen vor, das St andard-"Hartchrom"-Plattierungsbad einzusetzen, welches nur das Sulfatanion als Katalysator verwendet, weil das fluoridhaltige

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Anion möglicherweise das Aluminium in den Bereichen, welche keine Verchromung erhalten, angreift, wenn nicht besondere Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden.

Nachdem der Chrombelag abgeschieden ist, kann ein Nickelbelag, beispielsweise aus einem Watts-, Chlorid- oder Sulfamatbad auf dem Chrom abgeschieden werden, nachdem man dem Chrombelag zunächst ein dünnes Nickelelektrodendeposit bei niedrigem pH (Woodsches Nickel) erteilt, um die Bindung an dem Chrombelag zu sichern. Der Nickelbelag kann beispielsweise bis zu 0,127 mm ( 5 mils) dick sein, wenn der Chrombelag etwa 0,051 mm (2 mils) bis 0,152 mm (6 mils) beträgt, oder etwa 0,0254- mm (1 mil) bis 0,102 mm (4 mils), wenn der Ghrombelag etwa 0,102 mm (4 mils) bis etwa 0,152 mm (6 mils) beträgt. Das Nickelbad kann auch sowohl Zusatzmittel der Klasse I, die in dem Beispiel 2 aufgezählt sind, als auch mitabgeschiedene Siliciumcarbidteilchen enthalten« Nach dem Nickelbelag wird ein dünner, vorzugsweise reiner Zinkbelag vor der Gießstufe der Aluminiumlegierung zur Sicherung maximaler Haftung aufgebracht. Anstatt eines Nickelbelags, welcher auf dem Chrombelag aufgebracht wird, kann Eisenbelag mit oder ohne mitabgeschiedene Siliciumcarbidteilchen aufgebracht werden, wie oben beschrieben. Der Eisenbelag erhält dann auch vorzugsweise einen dünnen Zinkbelag vor der Vergießstufe des Aluminiums. Sogar wenn es eine weitere Stufe erfordert, ist es tatsächlich auch möglich, das Nickel mit Eisenbelag oder umgekehrt oder mit Kobalt zu plattieren und dann mit einem dünnen, im wesentlichen Zinkbelag vor der Vergießstufe der Aluminiumlegierung zu plattieren. Das gilt auch für Beispiel 1 und Beispiel 2. In der Vergießstufe der Aluminiumlegierung bewahrt das Zink mit seiner ausgezeichneten Haftung an Nickel, Eisen, Kobalt oder ihren Legierungen nicht nur" die Reinheit der Oberfläche dieser letzteren Beläge und ihre Freiheit von Oxyd, sondern bei der Hitze von dem geschmolzenen Aluminium legiert sich das Zink mit diesen unteren Metallen und legiert sich auch in verträglicher Weise mit dem geschmolzenen Aluminium.

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-11 Beispiel 4

Die Oberfläche des Stahlkernes wird zunächst wie folgt vorbereitet. Der Stahlkern wird haftend mit Nickel plattiert (etwa 0,0051 (0,2 mils) bis 0,127 mm (5 mils). Dieses kann aus einem einfachen Watts-Nickelbad oder anderen sauren Nickelbädern, wie beispielsweise chloridreiche oder Sulfamat- oder aus einem halbblanken oder blanken Nickelplattierungsbad geschehen. Ein halbblanker oder blanker, gleichmäßiger Nickelbelag wird bevorzugt. Der Nickelbelag wird zum maximalen Korrosionsschutz des Kernes verwendet. Der Nickelbelag wird dann mit etwa 0,0000254 ( 0,001 mil) bis etwa 0,0051 nun (0,2 mil) verchromt. Der Kern kann direkt verchromt werden, aber man zieht es vor, ihn zuerst zu vernickeln. Auch kann es wünschenswert sein, einen Kupferdeckgrund für das Nickel oder das Chrom zu verwenden, um Wärmeoder Kälteübergang zu unterstützen. Der Kern mit seiner Chromoberfläche ist jetzt der fertige Kern, bereit zur Verwendung in den Plattierungsfolgen und den Endvergießstufen der Legierung, wie unten beschrieben wird.

Die verchromte Oberfläche des Kernes ist insofern als eine der Trennungsbelagsstufen anzusehen, als es möglich ist, wegen der großen Passivität der Verchromung schlechte Verbindung an Chromoberflächen zu erzielen. Es ist am wichtigsten, schlechte Haftung gegen Chrombelag zu erzielen, aber ohne blasigen Belag. Dieses kann mit den folgenden plattierten Metallen, Zink, Zinn, Nickel, Kobalt, Eisen und ihren Legierungen erreicht werden, wenn saure Plattierungsbäder dieser Metalle unter kontrollierten Bedingungen verwendet werden. Bei Verzinkung wird ein saures Bad von pH etwa 2 bis etwa 4, vorzugsweise etwa 2 bis 3 verwendet; bei Verzinnung wird ein Zinn(II)-Bad von pH etwa 0 bis etwa 3 verwendet und bei Nickel, Kobalt, Eisen und ihren Legierungen wird ein pH von etwa 1,5 Ms etwa 6 bevorzugt. Diese Beläge können von einer kurzzeitigen oberflächlichen Plattierung bis etwa 0,051 mm (2 mils) in Stärke reichen. Für Zink und Zinn beträgt die bevorzugte Stärke etwa 0,00254 mm (0,1 mil) oder we-

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niger, erreicht in einer Plattierungszeit von etwa 1 bis etwa 2 Minuten. Im Falle von Nickel, Kobalt, Eisen und ihren Legierungen kann sogar dickerer Belag als 0,0254 mm (1 mil) direkt auf dem verchromten Kern verwendet werden und in der Tat kann ihr verschleißfester Belag mit mitabgeschiedenen harten Teilchen direkt auf den Chrombelag mit schlechter Haftung zwecks Trennung plattiert werden. Wenn der pH der Bäder zum Plattieren dieser Metalle weit unter einem pH von etwa 1 bis 1,5 liegt, haften die Nickel-, Kobalt- und Eisenbeläge zu fest, haften in der Tat vollkommen, wenn der pH um Null herum oder tiefer liegt und insbesondere wenn keine filmbildenden Zusätze, wie beispielsweise Butindiol, in diesen Bädern anwesend sind. Die Bäder können saure Sulfat, Chlorid, Bromid, SuIfamat, Fluoborat, Methansulfonat und andere Nickelplattierungssalze oder Mischungen dieser Salze sein. Im allgemeinen wird das Nickelbad des Sulfamattyps mit seiner sehr niedrigen Beanspruchung zur Verwendung für den ersten Belag gegen den verchromten Kern bevorzugt, wobei der pH um 4 und die Badtemperatur auf 49 bis 54⁰C geregelt wird.

Wenn die Kernobei'f lache Stahl ist, dann kann nicht nur Blei sondern es können auch andere niedrigschmelzende Metalle und Legierungen direkt auf den Kern plattiert werden, gefolgt von· Kupfer oder Messing aus einem alkalischen Bad oder Nickel aus einem neutralen oder einem nahezu neutralen oder einem alkalischen Bad, um das Trennen von dem Kern zu erreichen. Beispielsweise kann anstatt eines dünnen Bleibelags von etwa 0,00254 mm (0,1 mil) oder sogar darunter auf dem Kern ein dünner Cadmiumbelag (Smp. 321⁰C) verwendet werden. Die Wärme von der Vergießstufe des geschmolzenen Aluminiums verursacht, daß die Verbindung des Cadmiumbelags unterbrochen wird, sowohl infolge Schmelzens als auch infolge Diffusion in einen überlagerten Belag, wie beispielsweise Kupfer oder Messing. Dünner Zinnbelag (Smp. 232⁰C) kann auch mit oder anstatt Blei und Cadmium verwendet werden. Zinkbelag (Smp. 420⁰C) wird jedoch gegenüber Zinn, Blei oder Cadmium oder ihren Legierungen bevorzugt, weil es

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weniger kostspielig und reichlicher als Zinn vorhanden ist sowie, weit weniger toxisch als Blei und Cadmium ist. Wenn beispielsweise ein dünner Zinkbelag auf dem Kern abgeschieden wird, gefolgt von einem dünnen Kupfer- oder Nickelbelag, gefolgt von den verschleißfesten bereits beschriebenen Belägen, gefolgt von einem Endzinkbelag, dann wird sich unter dem Einfluß der Wärme von der Aluminiumvergießstufe der gegen den Kern liegende dünne Zinkbelag mit dem dünnen Kupfer- oder Nickelbelag darüber legieren und seine Verbindung mit dem Kern verlieren. Für diese Folge von Belägen wird der verchromte Kern vorgezogen, insbesondere wenn Zink direkt gegen ihn aus einem sauren (pH 3-4) Zinksulfatbad bei Raumtemperatur plattiert wird.

Die Verwendung des verchromten Kernes, auf welchem ein Belag jeweils von Nickel, Kobalt, Eisen oder ihren Legierungen, aber vorzugsweise Nickel, zur Erzielung der erforderlichen schlechten Haftung an dem verchromten Kern für die Trennungsstufe abgeschieden wird, bietet die kürzeste Folge von Belägen für das Verfahren der Erfindung. Beispielsweise kann der verchromte Kern direkt mit Nickel in einer Stärke von etwa 0,00254 bis etwa 0,051 mm (0,1 - 2 mils) aus einem blanken Nickelsulfamatbad (mit oder ohne etwa 10 bis 20 g/Liter Nickelchlorid) vom pH etwa 3,5 "bis 4,5 sowie Badtemperatur von etwa 49 bis 54°C (120-130⁰F) plattiert werden. Der wenig Spannung aufweisende Nickelbelag hat schlechte Verbindung mit dem verchromten Kern. Es wird vorgezogen, in diesem Bad keine organischen Zusätze- außer einem Benetzungsmittel zum Verhindern von Wasserstoffraß zu verwenden. Nachdem dieser erste Nickelbelag auf dem Chrom mit schlechter Haftung, aber ohne Blasenbildung abgeschieden ist, wird der Kern in ein luftbewegtes Schnellplattierungsbad für Nickel überführt, welches darin dispergiert etwa 50 bis 150 g/l feine Siliciumcarbidteilchen enthält. Das bevorzugte Schnellbad für die Abscheidung dieses verschleißfesten Nickelbelags ist das Nickelsulfamatbad, obgleich die chloridreichen oder Watts-Nickelbäder auch verwendet werden können. Die maximale Mitabscheidung der feinen Siliciumcarbidteilchen auf vertikalen

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Flächen erfolgt bei pH-Werten des Bades von 4 bis 5· Auch können in diesen Bädern die Zusatzmittel der Klasse I für Nickel, wie beispielsweise Saccharin, Benzol- oder Toluolsulfcnamid, o-Sulfobenzaldehyd, Benzol- oder Naphthalinsulfonsäuren etc. zum Härten des Nickelgefüges, welches die mitabgeschiedenen feinen harten Teilchen enthält, verwendet werden. Es ist wichtig, daß Spannung in der Nickelauflage durch die Verwendung der oben erwähnten Spannungsverminderer so niedrig wie möglich gehalten wird. Dieses ist besonders wichtig in Watts- und in chloridreichen Nickelbädern. In dem Sulfamatbad können ein Minimum der Spannungsverminderer oder überhaupt keine verwendet werden. Nach der Abscheidung von etwa 0,102 mm (4 mils) des verschleißfesten Nickelbelags geringer Spannung, welcher etwa 2,5 bis etwa 4 Gew.-% mitabgeschiedene Siliciumcarbidteilchen enthält, wird ein Zinkbelag von etwa 0,00254 bis etwa 0,051 mm (0,1 bis 2 mils) Stärke als Endbelag vor der Vergießstufe für das Aluminiumgehäuse abgeschieden.

Anstatt der obigen verschleißfesten Beläge von Nickel und Eisen oder irgendeiner Kombination dieser Beläge ist es möglich, Chrombeläge als den hauptsächlichen verschleißfesten Belag zu verwenden. Jedoch zieht man es wegen der Sprödigkeit des sehr harten; dicken Chrombelags (Hartchrom) vor, das Chromdeposit mit einem oder mehreren der zähen Beläge von Nickel, Kobalt, Eisen oder ihren Legierungen in etwa gleicher oder größerer Stärke als der Chrombelag zu verwenden. Dieses ist notwendig, um zu verhindern, daß man einen spröden, harten Belag hat, welcher gegen die vergleichsweise weiche Oberfläche des Aluminiumgehäuses liegt.

Die Verwendung eines verchromten Kernes mit einem ersten Belag aus geringer Spannung aufweisendem Nickel, beispielsweise aus einem Sulfamatbad, stellt eine ausgezeichnete Methode für die Trennungsstufe dar. Der verchromte Kern bleibt sauber zurück und die abgetrennte Oberfläche ist sauber und hat die exakte Oberflächenbeschaffenheit des verchromten Kernes, welche blank

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oder mattiert sein kann. Zur Wiederverwendung des verchromten Kernes ist entweder keine Reinigung oder eine kathodische Reinigung in einem alkalischen Reinigungsmittel mit nachfolgendem Spülen die einzige notwendige Stufe. Frisches, dünnes Verchromen des Kernes erfordert nur Spülen bevor der Trennbelag aufgebracht wird.

Diese Methode ist durchweg der Methode des Plattierens von Nickel, Kobalt oder Eisen oder ihren Legierungen auf einen mit passiviertem Nickel plattierten Kern und dann Trennen des Nickels von Nickel überlegen. Der vernickelte Kern kann durch kontrolliertes anodisches alkalisches Reinigen oder durch Eintauchen in schwache Chromsäure oder Chromate oder durch andere, sichtbare oder unsichtbare Häutchen, wie beispielsweise Sulfidhäutchen, Kupferhäutchen (Tauchkupferhäutchen), etc. passiviert werden.

Die verchromte Oberfläche des Kernes ist ausgezeichnet als eine passive Oberfläche und sie kann nicht nur auf Stahl und vernickelten Stahl, sondern auch auf Kerne aus Invar, Kovar oder rostfreiem Stahl plattiert werden. Dennoch kann eine rostfreie Stahloberfläche oder eine ähnliche passivierte Oberfläche ohne den Chrombelag verwendet werden, wenn auch die letztere Oberfläche bevorzugt wird.

In wiederholten Versuchen kann unter Verwendung eines verchromten Stahlkernes, welcher mit Nickel geringer Spannung aus einem Sulfamatnickelbad vom pH von etwa 4 und Badtemperatur von 4-9 54-⁰C plattiert ist, schlecht haftender Belag, aber ohne Blasenbildung übereinstimmend erhalten werden, sogar wenn er hohen Temperaturen von 500⁰G und darüber ausgesetzt wird. Der Stahlkern war rohrförmig und war haftend mit blankem Nickel plattiert, etwa 0,051 mm (2 mils) dick, bevor der Chrombelag von etwa 0,00254· mm (0,1 mil) aufgebracht wurde. Es ist wichtig, daß der Kern nach Aufbringen des Zinkbelags auf den Endnickelbelag (oder Kobaltbelag) mit seinen Belägen auf etwa 400⁰C oder sogar darüber vorerhitzt wird, bevor die Vergießstufe der Aluminiumlegierung durchgeführt wird. Diese Vorerhitzungsstufe erlaubt

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maximale Ausdehnung des Kernes bevor das heiße geschmolzene Aluminium die plattierte Kernoberfläche umgibt. Dann ist es leicht nach Kühlen bei der resultierenden Zusammenziehung des Kernes das Gehäuse mit seiner jetzt befestigten verschleißfesten Lauffläche von der Oberfläche des verchromten Kernes zu entfernen.

Die Verwendung eines Antifriktionsmaterials in Form von Makroteilchen, wie beispielsweise Bariumsulfat, Strontiumsulfat oder Glimmer zur Mitabscheidung mit dem Nickel-, Kobalt- oder Eisenbelag oder ihren Legierungen hat aus zweierlei Gründen entschiedenen Vorteil bei dem Verfahren der Erfindung. In dem ersten Belag auf dem verchromten Kern, wie beispielsweise dem Nickelbelag geringer Spannung aus dem Sulfamatbad, erlaubt die Anwesenheit mitabgeschiedener feiner Bariumsulfatteilchen bis zu der Menge von etwa 1 bis etwa 3 Gew.-% ein leichteres Trennen von dem Kern. In dem verschleißfesten Belag allein oder zusammen mit mitabgeschiedenen feinen Siliciumcarbidteilchen verursacht es verminderte Reibung gegen eine Reibungsfläche, wie die Dichtungen, die in Tfelaufmotoren verwendet werden. Die Konzentration, die in den Nickel-, Kobalt- oder Eisenplattierungsbädern dispergiert verwendet werden kann, beträgt etwa 20 bis I50 g/l feine Bariumsulfatteilchen von etwa 0,1 bis etwa 5 Mikron Größe.

Ein anderer Belag, welcher anstatt Zink oder zinkreicher Legierungen wie beispielsweise ein galvanischer Überzug aus Weißoder Gelbkupfer verwendet werden kann, um gute Haftung des gegen den Endbelag aus Nickel, Kobalt, Eisen oder ihren Legierungen gegossenen Gehäuses aus Aluminiumlegierung zu ermöglichen, ist ein dünner Silberbelag anstatt des Zinkbelags für den Endbelag vor der Vergießstufe des Aluminiumgehäuses. Mit Silber kann der Belag vor der Vergießstufe des Aluminiums auf höhere Temperaturen (500-70O⁰C) vorerhitzt werden als mit Zinkbelag. Dieses erlaubt weniger Stfrß in der Vergießstufe, welcher eine unterlegene Bindung herstellen kann. Versilberung ergibt für diesen Zweck viel bessere Resultate als Verkupferung.

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Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur galvanischen Erzeugung der epitrochoiden Lauffläche für den Rotor einer Drehkolben-Brennkraftmaschine. Das Verfahren umfaßt die galvanische Abscheidung einer Folge von Belägen auf einem Kern von epitrochoider Gestalt mit einer Chromoberfläche und Gießen eines Gehäuses aus Aluminiumlegierung auf den Endbelag. Die Folge der auf den verchromten Kern aufgebrachten Beläge umfaßt (1) einen ersten Belag mit schlechter Haftung aus der hauptsächlich aus Wickel, Kobalt, Eisen oder ihren Legierungen bestehenden Gruppe, (2) einen verschleißfesten Belag und (3) einen Endbelag zur Unterstützung guter Haftung des darauf gegossenen Aluminiumgehäuses. Dieses sind die Hauptstufen. Es können auch Zwischenstufen eingeschlossen sein, wie beispielsweise Verwendung von zwei oder mehr verschleißfesten Belägen in Stufe (2). Es können auch Stufe (1) und Stufe (2) zu einer Plattierungsstufe kombiniert werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ausbilden eines Gehäuses im wesentlichen aus Aluminium für die Lauffläche einer Drehkolben-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch die Stufen:

(1) galvanisches Niederschlagen einer ersten Schicht auf einem Kern von der Gestalt der Lauffläche des Rotors, wobei der Kern eine Ohromoberfläche aufweist und die erste darauf abgeschiedene Schicht ein Metall aus der in der Hauptsache aus Nickel, Kobalt, Eisen und ihren Legierungen bestehenden Gruppe ist und während nachfolgender Stufen von dem Kern trennbar ist,

(2) galvanisches Niederschlagen einer verschleißfesten Schicht auf dieser ersten Schicht,

(3) dann Gießen eines Gehäuses im wesentlichen aus Aluminium

(4) Trennen des Gehäuses von dem Kern mit einer Chromoberflache.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern die Gestalt der epitrochoiden Lauffläche der Drehkolben-Maschine aufweist.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (1) und (2) zu einer Stufe kombiniert werden, wobei die erste galvanisch auf dem Kern mit einer Chromoberflache niedergeschlagene Schicht einen verschleißfesten Belag, welcher von dem Kern mit einer Chromoberfläche trennbar ist, darstellt und aus der Gruppe Nickel, Kobalt, Eisen und ihre Legierungen ausgewählt ist sowie mitabgeschiedene feine, harte, nichtmetallische Teilchen enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die mitabgeschiedenen feinen, harten Teilchen Siliciumcarbid sind.

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5- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgend auf Stufe (2) auf der verschleißfesten Schicht eine metallische Schicht zum Verbessern der Haftung des Aluminiumgußteils an der zuvor gebildeten verschleißfesten Sehicht gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch i , dadurch gekennzeichnet,. daß der verschleißfeste Belag Ghrom ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5·» dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht zur Verbesserung der Haftung des Aluminiumgußteils eine galvanisch niedergeschlagene Schicht aus der Gruppe Zink, Messing, Miekel, Kobalt, Eisen und ihre legierungen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrombelag weiter mit einem Metall aus der -Gruppe Micke 1, Kobalt, Eisen und ihre legierungen plattiert wird,.

9. Verfahren nach Anspruch 7s dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zur Verbesserung der Haftung des Äluminiumgußteils· im wesentlichen Zink ist, welches auf einem Metall aus der Gruppe Nickel, Kobalt, Eisen und ihre legierungen sowie Messing abgeschieden ist.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Belag im wesentlichen Uiekelbelag ist, welcher etwa 2 bis etwa 4 Gew,.-$> feine Siliciumcarbidteilchen enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Belag im wesentlichen Eisenbelag ist., welcher etwa 2 bis etwa 8 Gew.-% feine Siliciumcarbidteilchen enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste in Stufe (1) abgeschiedene Schicht, welch von dem verchromten Kern trennbar ist, aus einem wässerigen, sauren Bad vom pH etwa S₁ ^ffä&i&fa'a?^ 'abgeschieden wird.

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13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Belag im wesentlichen Nickelbelag ist, welcher etwa 1 bis etwa 4 Gew.-% feine Bariumsulfatteilchen enthält.

14-. Verfahren nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht zur Verbesserung der Haftung des Aluminiumgußteils eine galvanisch niedergeschlagene Schicht aus Silber ist.

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