DE3327346A1 - Galvanisch abgeschiedene dispersionsschicht - Google Patents

Galvanisch abgeschiedene dispersionsschicht

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Description

ba/fr
MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
München, 26. Juli 1983
Galvanisch abgeschiedene Dispersionsschicht
Die Erfindung bezieht sich auf eine galvanisch abgeschiedene Dispersionsschicht mit einer Kobaltmatrix und einer nichtmetallischen dispersen Phase und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schicht.
Aus der GB-PS 13 58 538 sind Schichten der vorgenannten Gattung bekannt, bei denen in eine Kobaltmatrix Hartstoff phasen, wie z. B. Chromkarbid, Wolframkarbid oder Siliziumkarbid eingelagert sind. Es hat sich aezeigt, daß diese Dispersionsschichten als Verschleißschutzschichten auf temperaturbelasteten Teilen geeignet sind, weil sie große Härte aufweisen und weil die elektrochemische Abscheidung die Beschichtung auch kompliziert geformter Werkstücke zuläßt. Bei einem Vergleichstest zeigte das System Kobalt/Chromkarbid in einem Temperaturbereich von etwa 300 0C bis 600 0C besonders niedrige Verschleißwerte infolge Reibkorrosion. Nachteile dieses vorbekannten Verbundsystems aus einer Kobaltmatrix und einer Chromkarbidphase sind darin zu sehen, daß sich bei einer der galvanischen Abscheidung nachfolgenden
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Wärmebehandlung zur Erzielung einer Diffusion das Chromkarbid zersetzt und ein komplexes Chrom-Kobalt-Karbid entsteht. Weiterhin ist die Verarbeitung von Chromkarbid schwierig, weil es ein relativ hohes spezifisches Gewicht hat und deshalb besondere Maßnahmen verlangt, um es im Elektrolyten in Suspension zu halten und weil es relativ gut elektrisch leitend ist und daher dendritisches Wachstum in der abgeschiedenen Schicht entsteht.
IQ Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Dispersionsschicht zu schaffen, die noch höheren Widerstand gegen Reibkorrosion bietet als vorbekannte Dispersionsschichten und zwar in einem Temperaturbereich, der möglichst schon Temperaturen ab 200 0C einschließt.
Dabei soll die Schicht verfahrenstechnisch einfach herstellbar sein und problemlos einer Wärmebehandlung unterziehbar sein.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, 2Q daß bei einer gattungsgemäßen Dispersionsschicht die disperse Phase aus Cr2O3~Partikeln besteht.
In Reibkorrosionstests konnte nachgewiesen werden, daß die erfindungsgemäße Dispersionsschicht unter denselben Ver-Suchsbedingungen noch erheblich geringerem Verschleiß "unterliegt als bislang bekannte galvanische Kobalt-Chromkarbid-Verbundschichten. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die hohe Verschleißbeständigkeit bereits bei Temperaturen von 200 0C beginnt, wogegen vergleich-
QQ bare Werte mit dem Verbundsystem Kobalt/Chromkarbid erst ab 300 0C erreichbar sind. Schließlich bietet das Verbundsystem Kobalt/Chromoxid verfahrenstechnische Vorteile, indem Chromoxid ein relativ niedriges spezifisches Gewicht aufweist und dadurch leicht im Elektrolyten
og zu suspendieren ist und indem Chromoxid darüber hinaus
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aufgrund seines hohen spezifischen Widerstands eindeutig als elektrisch nichtleitend anzusprechen ist.
Beste Ergebnisse im Hinblick auf Reibkorrosion konnten erzielt werden, wenn die Einbaurate der dispersen Phase 20 bis 50 %, vorzugsweise 30 % Vol. des Schichtmaterials beträgt. Die Partikelgröße der Chromoxidpartikel soll dabei unter 10 um, vorzugsweise zwischen 3 und 6 um liegen.
Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer vorstehend gekennzeichneten Dispersionsschicht, bei dem in einem kobaltionenhaltigen Elektrolyten die disperse Phase suspendiert ist. Erfindungsgemäß ist ein solches Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt einen PH-Wert von 4,5 bis 4,9 aufweist und bei einer Temperatur von 40 bis 6 0 0C vorzugsweise 50 0C und einer Stromdichte von 1 A/dm2 bis 6 A/dm2, vorzugsweise 3,5 A/dm2 abgeschieden wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnten sowohl, was die Homogenität der abgeschiedenen Schicht als auch was die Haftfestigkeit anlangt, beste Ergebnisse erzielt werden.
Vorzugsweise soll der Elektrolyt eine wässrige Lösung folgender Zusammensetzung sein:
Cobaltsulfat (CoSO4.öH-O) 430 - 470 g/l
Natriumchlorid (NaCl) 15 - 20 g/l
Borsäure (H3BO3) 25 - 30 g/l.
Eine Weiterbildung erfährt das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß die elektrolytisch abgeschiedene Dispersionsschicht einer solchen Wärmebehandlung unterzogen wird, die eine Oxidation der Matrix bewirkt. Die Oxidation des Cobalts zu. Co3O /CoO wird durch das vorhandene (eingelagerte)Cr9O3 beeinflußt. Im Gegensatz zur Oxidation von reinem Cr sind diese Oxidschichten dünner
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und gut haftend. Hierdurch kann insbesondere die Dauerhaftigkeit der Schicht erhöht werden. Vorzugsweise erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 500 0C bis 700 0C und einer Dauer von 7 bis 9 Stunden. Innerhalb dieser Grenzen liegen die optimalen Bedingungen bei 600 0C und einer Dauer von 8 Stunden.
Beste Ergebnisse im Hinblick auf Beständigkeit gegen Reibkorrosion können bei Bauteilen für thermische Turbomaschinen erzielt werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Verschleißschutzschicht in einer Schichtdicke von 10 bis 300 um beschichte-t werden.
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Claims (1)

  1. ba/fr
    MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
    MÜNCHEN GMBH
    München, 26. Juli 1983
    Patentansprüche
    1
    f 1.}Galvanisch abgeschiedene Dispersionsschicht mit einer ^^ Kobaltrcatrix und einer nichtmetallischen dispersen Phase, dadurch gekennzeichnet, daß die disperse Phase aus Cr~O-,-Partikeln besteht.
    2. Dispersionsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaurate der dispersen Phase 20 % bis 50 %, vorzugsweise 30 % Vol. des Schichtmaterials beträgt.
    3. Dispersionsschicht nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgröße der dispersen Phase unter 10 um vorzugsweise bei 3 bis 6 um 1iegt.
    4. Verfahren zur Herstelluna einer Dispersionsschicht nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei dem in einem kobaltionenhaltigen Elektrolyten die disperse Phase suspendiert ist, dadurch aekennzeichnet, daß der Elektrolyt einen PH-Wert von 4,5 bis 4,9 aufweist und bei einer Tempera^ tür von 40 bis 6 0 0C vorzugsweise 50 0C und einer Strom-
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    dichte von 1 A/dm2 bis 6 A/dm2, vorzugsweise 3,5 A/dm2 abgeschieden wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine wässrige Lösung folgender Zusammensetzung ist:
    Cobaltsulfat (CoSO4.6H3O) 430 - 470 g/l
    Natriumchlorid (NaCl) 15 - 2 0 g/l
    Borsäure (H3BO3) 25 - 30 g/l
    6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrolytisch abgeschiedene Schicht einer solchen Wärmebehandlung unterzogen wird, die eine gezielte Oxidation der Matrix bewirkt.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 500 0C bis 700 0C und einer Dauer von 7 bis 9 Stunden stattfindet.
    8. Bauteil einer thermischen Turbomaschine mit einer Verschleißschutzschicht nach den Ansprüchen 1 bis 3, in einer Schichtdicke von 10 bis 300 μπι.
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    26.07.1983
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