EP1063323A2 - Process for coating a work piece with a lubricant - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for coating a workpiece with a lubricant based on molybdenum sulfide.
- Molybdenum disulphide (MoS 2 ) is a graphite-like substance that is used as a dry lubricant and in compound lubricants due to its excellent sliding properties.
- the molybdenide disulfide is usually applied in a solvent mixture in liquid form.
- the layer thickness that arises after drying is between about 5 ⁇ to 15 ⁇ under tribological stress. It is suitable for high pressure and temperature loads and is mainly used to improve the inlet.
- This object is achieved in that the workpiece cleaned in a known manner before coating with molybdenum disulfide and is activated and that it is then a galvanic chrome plating bath is exposed to form a coating of hard chrome a hardness of at least 600 HV with pearl or columnar structure Surface and that this pearl or columnar structure-like surface due to the subsequently applied lubricant based on molybdenum disulfide is filled in and smoothed.
- the pearl-like or columnar structure Surface of the hard chrome underlayer has an extraordinarily high adhesive effect on the molybdenum disulfide.
- the molybdenum disulfide as far as it projects above the lower hard chrome layer, in practical operation in a kind of running-in process within a short time depending on the application and Load is compressed such that the upper ends of the pearl or Column structure are exposed more or less and as highly resilient Act as wings for the counterpart to be stored.
- the hard chrome coating with a pearl or columnar structure-like surface is expediently carried out in accordance with German patent 25 02 284. There, a chrome plating bath is described with which shiny to metal-gray chrome coatings with a pearl structure-like surface and a hardness of up to approximately 1500 HV can be achieved. These chrome coatings with the trade name Duralloy "are characterized by high wear resistance.
- the coating according to the invention with molybdenum disulfide galvanic deposition is unsuitable. Instead, it is recommended mix the lubricant with a carrier liquid and apply it in liquid form, such as brushing or spraying.
- the molybdenum disulfide can be present in an air-drying solvent, this Solvents in particular ester, butyl acetate and, if appropriate contains inorganic binder.
- the lubricant should be applied in such a thickness that the molybdenum disulfide remaining after drying has a layer thickness reached from 5 ⁇ to 15 ⁇ .
- the lubricant vaporized in a vacuum or using sputter technology or gas discharge technology is applied.
- PVD process physical waper deposition process
- CVD chemical Vapor deposition
- the coating by the so-called Arc technology This is done by an electrical Arc Moliband disulphide and other ions are ejected from a source, so that they deposit on the workpiece to be coated.
- the starting point is a metallic workpiece that is initially thermal with a maximum of 70 ° C and degreased electrolytically and then by a 5% sulfuric acid stain from basic to acidic is transferred to it for subsequent galvanic treatment activate.
- the workpiece is then immersed in a chrome plating bath the 400 to 500 g / l chromium trioxide, 2 to 4 g / l strontium sulfate, 4 to 26 g / l Potassium silicofluoride, 2 to 8 g / l potassium dichromate and 4 to 50 g / l technical Contains 2,2-dichloromonic acid.
- the other treatment parameters reference is made to the already mentioned German patent 25 02 284.
- the workpiece 1 thus contains a hard chrome coating 2 with a layer thickness of at least 2 ⁇ , preferably about 4 - 6 ⁇ or more.
- the bath parameters are set so that the Surface of the hard chrome layer a more or less regular Pearl structure 2a with a roughness depth of at least about 1 ⁇ , preferably sets about 1.5 ⁇ to about 5 ⁇ .
- the workpiece is rinsed to remove the remains of the Remove chrome baths.
- molybdenum disulfide which is in a solvent mixture with inorganic Binder is in liquid form, by brushing or applied to the pearl structure 2a by spraying.
- the order should be in such an amount that the pearl structure 2a of the hard chrome layer at least is filled in and leveled, expediently also a certain one Coverage is obtained, as is the case with the molybdenum disulfide layer shown in FIG 3 is the case.
- Layer 3 is cured in about 30 minutes at room temperature.
- the Molibdändisulfid can also by atomization in a vacuum be applied to the pearl structure.
- FIG. 2 shows the final state of the two-layer system according to the invention, how it comes after a short break-in period.
- Coverage of the molybdenum disulfide layer removed and in the pearl structure has been compacted into being approximately flush with the upper ones Ends of the pearl structure 2a runs.
- You get a coherent Molybdenum disulfide phase from a variety of hard chrome islands is enforced. It has no pores or cracks and is therefore also highly corrosion-resistant.
- Workpieces coated according to the invention are for all sliding and roller bearings, also suitable spindles or the like, where it is low Friction arrives with a long service life.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstückes mit einem Schmierstoff auf Molybdänsulfid-Basis.The invention relates to a method for coating a workpiece with a lubricant based on molybdenum sulfide.
Molybdändisulfid (MoS2) ist ein graphitähnlicher Stoff, der durch seine hervorragenden Gleiteigenschaften als Trockenschmierstoff und in zusammengesetzten Schmierstoffen Anwendung findet. Meist wird das Molybdäridisulfid in einem Lösungsmittelgemisch in flüssiger Form aufgebracht. Die sich nach dem Trocken einstellende Schichtdicke liegt bei tribologischer Beanspruchung zwischen etwa 5µ bis 15µ. Es ist für hohe Druck- und Temperaturbeanspruchungen geeignet und wird vor allem zur Einlaufverbesserung verwendet.Molybdenum disulphide (MoS 2 ) is a graphite-like substance that is used as a dry lubricant and in compound lubricants due to its excellent sliding properties. The molybdenide disulfide is usually applied in a solvent mixture in liquid form. The layer thickness that arises after drying is between about 5µ to 15µ under tribological stress. It is suitable for high pressure and temperature loads and is mainly used to improve the inlet.
Es ist auch bekannt, die Molybdändisulfid-Baschichtung zu einem kombinierten
Schichtsystem zu modifizieren. Solche Schichtsysteme sind für TiN
und Al2O3 realisiert worden, vergleiche Bae, Y.W. u. a. Synthesis and frictions
behaviour of chemically vapor deposited composite coatings containing
discrete TiN and MoS2 phases", J. of the American Ceramic Society,
79 (1996) Vol4, 819 bis 824 bzw. Srivatav, A. u. a.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein längerfristiger Einsatz von Schmierstoffen auf Molybdändisulfidbasis angestrebt. Insbesondere soll die Haftung des Schmierstoffes auf dem Werkstück entscheidend verbessert werden, damit die durch das Molybdändisulfid gebildete Gleitfläche eine wesentlich höhere Lebensdauer aufweist als bisher. Dabei sollen die bereits bekannten positiven Eigenschaften dieses Schmierstoffes in vollem Umfang gewahrt bleiben.With the present invention a long-term use of Molybdenum disulfide-based lubricants sought. In particular, should the adhesion of the lubricant to the workpiece is significantly improved be so that the sliding surface formed by the molybdenum disulfide a has a much longer lifespan than before. The should already known positive properties of this lubricant in full Keep the scope.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück vor der Beschichtung mit Molybdändisulfid in an sich bekannter Weise gereinigt und aktiviert wird und daß es sodann einem galvanischen Verchromungsbad ausgesetzt wird zur Bildung eines Überzuges aus Hartchrom einer Härte von zumindest 600 HV mit perl- oder säulenstrukturartiger Oberfläche und daß diese perl- oder säulenstrukturartige Oberfläche durch den anschließend aufgebrachten Schmierstoff auf Molybdändisulfid-Basis ausgefüllt und geglättet wird.This object is achieved in that the workpiece cleaned in a known manner before coating with molybdenum disulfide and is activated and that it is then a galvanic chrome plating bath is exposed to form a coating of hard chrome a hardness of at least 600 HV with pearl or columnar structure Surface and that this pearl or columnar structure-like surface due to the subsequently applied lubricant based on molybdenum disulfide is filled in and smoothed.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß die perl- oder säulenstrukturartige Oberfläche der Hartchromunterschicht eine außerordentlich hohe Haftwirkung auf das Molybdändisulfid ausübt. Hinzu kommt, daß das Molybdändisulfid, soweit es die untere Hartchromschicht überragt, im praktischen Betrieb in einer Art Einlaufvorgang innerhalb kurzer Zeit je nach Einsatz und Belastung verdichtet wird, derart, daß die oberen Enden der Perl- oder Säulenstruktur mehr oder weniger freigelegt werden und als hochbelastbare Tragflächen für das zu lagernde Gegenstück fungieren. Demgegenüber sind die Zwischenräume, die mindestens 80 % der Reibfläche ausmachen, mit Molybdändisulfid gefüllt, woraus eine dauerhafte Reduzierung des Reibungswiderstandes resultiert.It has surprisingly been found that the pearl-like or columnar structure Surface of the hard chrome underlayer has an extraordinarily high adhesive effect on the molybdenum disulfide. In addition, the molybdenum disulfide, as far as it projects above the lower hard chrome layer, in practical operation in a kind of running-in process within a short time depending on the application and Load is compressed such that the upper ends of the pearl or Column structure are exposed more or less and as highly resilient Act as wings for the counterpart to be stored. In contrast are the spaces that make up at least 80% of the friction surface, filled with molybdenum disulfide, resulting in a permanent reduction in frictional resistance results.
Derartig beschichtete Werkstücke haben bei Versuchen ohne zusätzliche Schmierstoffe eine bis zu siebzigfache Standzeit gegenüber Werkstücken mit MoS2 auf glatter gehärteter Oberfläche erbracht.Workpieces coated in this way have, in tests without additional lubricants, a service life of up to seventy times that of workpieces with MoS 2 on a smooth hardened surface.
Die Herstellung des Hartchromüberzuges mit perl- oder säulenstrukturartiger
Oberfläche erfolgt zweckmäßig gemäß dem deutschen Patent 25 02
284. Dort wird ein Verchromungsbad beschrieben, mit dem sich glänzende
bis metallgraue Chromüberzüge mit perlsturkturartiger Oberfläche einer
Härte bis etwa 1500 HV erzielen lassen. Diese Chromüberzüge mit dem
Handelsname
Zwar ist es durch die DE 195 29 843 desselben Anmelders bekannt, diesen Hartchromüberzug durch galvanisch aufgebrachtes Schwarzchrom zu beschichten, wodurch sich ebenfalls sehr gute Gleiteigenschaften ergeben. Man konnte aus dieser Schwarzchrom-Beschichtung allerdings keine Anregung ableiten, statt dessen eine nicht galvanische Beschichtung aus Molybdändisulfid vorzusehen.It is known from DE 195 29 843 by the same applicant, this Coating hard chrome plating with electroplated black chrome, which also results in very good sliding properties. However, no suggestion could be made from this black chrome coating a non-galvanic coating made of molybdenum disulfide instead to provide.
Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Beschichtung mit Molybdändisulfid ist eine galvanische Abscheidung ungeeignet. Statt dessen empfiehlt es sich, den Schmierstoff mit einer Trägerflüssigkeit zu vermischen und flüssig aufzubringen, etwa aufzupinseln oder aufzusprühen. Das Molybdändisulfid kann dabei in einem lufttrocknenden Lösungsmittel vorliegen, wobei dieses Lösungsmittel insbesondere Esther, Buthylacetat und gegebenenfalls ein anorganisches Bindemittel enthält.With regard to the coating according to the invention with molybdenum disulfide galvanic deposition is unsuitable. Instead, it is recommended mix the lubricant with a carrier liquid and apply it in liquid form, such as brushing or spraying. The molybdenum disulfide can be present in an air-drying solvent, this Solvents in particular ester, butyl acetate and, if appropriate contains inorganic binder.
Der Schmierstoff sollte dabei in einer solchen Dicke aufgetragen werden, daß das nach der Trocknung verbleibende Molybdändisulfid eine Schichtdicke von 5µ bis 15µ erreicht.The lubricant should be applied in such a thickness that the molybdenum disulfide remaining after drying has a layer thickness reached from 5µ to 15µ.
Zur Erzielung einer guten Haftung empfiehlt es sich, daß der Schmierstoff gasförmig im Vakuum aufgedampft oder mittels Sputtertechnik oder Gasentladungstechnik aufgebracht wird. Neben den sogenannten physical waper deposition-Verfahren (PVD-Verfahren) kommt auch eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) in Betracht. Bei diesen Verfahren wird entweder reines Molibdändisulfid beschichtet oder - was noch zweckmäßiger ist - die Molibdändisulfidbeschichtung erfolgt gemeinsam mit Titan, wobei der Titananteil maximal etwa 10 % beträgt. Ebenso kann das Molibdändisulfid auch gemeinsam mit Chrom, Nickel und oder Gold aufgebracht werden. To achieve good adhesion, it is recommended that the lubricant vaporized in a vacuum or using sputter technology or gas discharge technology is applied. In addition to the so-called physical waper deposition process (PVD process) also comes a chemical Vapor deposition (CVD) into consideration. With these procedures either pure moliband disulphide is coated or - what else is more appropriate - the Molibdändisulfid coating is done together with titanium, the maximum titanium content being about 10%. Likewise can the Molibdändisulfid also together with chrome, nickel and or gold be applied.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Beschichtung durch die sogenannte Arctechnik vorzunehmen: Dabei werden durch einen elektrischen Lichtbogen Molibdändisulfid- und andere Ionen aus einer Quelle herausgeschleudert, so daß sie sich auf dem zu beschichtetenden Werkstück abscheiden.It is also within the scope of the invention, the coating by the so-called Arc technology: This is done by an electrical Arc Moliband disulphide and other ions are ejected from a source, so that they deposit on the workpiece to be coated.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnungen näher erläutert; dabei zeigt
- Figur 1
- einen Querschnitt durch das Werkstück nach dem Aufbringen der Hartchrom- und der Schwarzchromschicht und
Figur 2- den gleichen Querschnitt nach dem Einlaufen des Werkstückes.
- Figure 1
- a cross section through the workpiece after the application of the hard chrome and black chrome layer and
- Figure 2
- the same cross-section after running in the workpiece.
Ausgegangen wird von einem metallischem Werkstück, das zunächst thermisch mit maximal 70° C und elektrolytisch entfettet und sodann durch eine 5 %ige Schwefelsäurebeize vom basischen in den sauren Zustand überführt wird, um es für die anschließende galvanische Behandlung zu aktivieren. Sodann wird das Werkstück in ein Verchromungsbad getaucht, das 400 bis 500 g/l Chromtrioxid, 2 bis 4 g/l Strontiumsulfat, 4 bis 26 g/l Kaliumsilikofluorid, 2 bis 8 g/l Kaliumdichromat und 4 bis 50 g/l technische 2.2-Dichlormalonsäure enthält. Hinsichtlich der übrigen Behandlungsparameter sei auf das bereits genannte deutsche Patent 25 02 284 verwiesen.The starting point is a metallic workpiece that is initially thermal with a maximum of 70 ° C and degreased electrolytically and then by a 5% sulfuric acid stain from basic to acidic is transferred to it for subsequent galvanic treatment activate. The workpiece is then immersed in a chrome plating bath the 400 to 500 g / l chromium trioxide, 2 to 4 g / l strontium sulfate, 4 to 26 g / l Potassium silicofluoride, 2 to 8 g / l potassium dichromate and 4 to 50 g / l technical Contains 2,2-dichloromonic acid. With regard to the other treatment parameters reference is made to the already mentioned German patent 25 02 284.
Das Werkstück 1 (vergl. Figur 1 und 2) enthält dadurch einen Hartchrom-Überzug
2 mit einer Schichtdicke von zumindest 2 µ, vorzugsweise etwa 4
- 6 µ oder mehr. Die Badparameter werden so eingestellt, daß sich an der
Oberfläche der Hartchromschicht eine mehr oder weniger regelmäßige
Perlstruktur 2a mit einer Rauhtiefe von zumindest etwa 1 µ, vorzugsweise
etwa 1,5 µ bis etwa 5 µ einstellt.The workpiece 1 (see FIGS. 1 and 2) thus contains a
Nach dieser Behandlung wird das Werkstück gespült, um die Reste des Chrombades zu entfernen. After this treatment, the workpiece is rinsed to remove the remains of the Remove chrome baths.
Sodann wird Molybdändisulfid, das in einem Lösungsmittelgemisch mit anorganischem Bindemittel in flüssiger Form vorliegt, durch Pinseln oder durch Sprühen auf die Perlstruktur 2a aufgebracht. Der Auftrag sollte in solcher Menge erfolgen, daß die Perlstruktur 2a der Hartchromschicht zumindest ausgefüllt und geebnet wird, zweckmäßig auch eine gewisse Überdeckung erhält, wie dies bei der in Figur 1 dargestellten Molybdändisulfidschicht 3 der Fall ist.Then molybdenum disulfide, which is in a solvent mixture with inorganic Binder is in liquid form, by brushing or applied to the pearl structure 2a by spraying. The order should be in such an amount that the pearl structure 2a of the hard chrome layer at least is filled in and leveled, expediently also a certain one Coverage is obtained, as is the case with the molybdenum disulfide layer shown in FIG 3 is the case.
Die Aushärtung der Schicht 3 erfolgt in etwa 30 Minuten bei Raumtemperatur.
Alternativ kann das Molibdändisulfid auch durch Zerstäubung im Vakuum auf die Perlstruktur aufgebracht werden.Alternatively, the Molibdändisulfid can also by atomization in a vacuum be applied to the pearl structure.
Figur 2 zeigt den Endzustand des erfindungsgemäßen Zweischichtsystems, wie es sich nach einer kurzen Einlaufphase einstellt. Dabei ist die erwähnte Überdeckung der Molybdändisulfidschicht soweit abgetragen und in die Perlstruktur hinein verdichtet worden, daß sie etwa bündig mit den oberen Enden der Perlstruktur 2a verläuft. Man erhält somit eine zusammenhängende Molybdändisulfidphase, die von einer Vielzahl von Hartchrominseln durchsetzt ist. Sie weist keinerlei Poren oder Risse auf und ist dadurch auch hochgradig korrosionsbeständig.FIG. 2 shows the final state of the two-layer system according to the invention, how it comes after a short break-in period. Here is the one mentioned Coverage of the molybdenum disulfide layer removed and in the pearl structure has been compacted into being approximately flush with the upper ones Ends of the pearl structure 2a runs. You get a coherent Molybdenum disulfide phase from a variety of hard chrome islands is enforced. It has no pores or cracks and is therefore also highly corrosion-resistant.
Erfindungsgemäß beschichtete Werkstücke sind für alle Gleit- und Rollagerungen, auch Spindeln oder dergleichen geeignet, bei denen es auf niedrige Reibung bei hoher Lebensdauer ankommt.Workpieces coated according to the invention are for all sliding and roller bearings, also suitable spindles or the like, where it is low Friction arrives with a long service life.
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück (1) vor der Beschichtung zunächst gereinigt und aktiviert wird und sodann einem galvanischen Verchromungsbad ausgesetzt wird zur Bildung eines Überzuges (2) aus Hartchrom mit einer Härte von zumindest 600 HV und mit perl- oder säulenstrukturartiger Oberfläche (2a) und daß diese perl- oder säulenstrukturartige Oberfläche durch den anschließend aufgebrachten Schmierstoff (3) auf Molybdändisulfid-Basis ausgefüllt und geglättet wird.Process for coating a workpiece (1) with a lubricant (3) based on molybdenum disulfide,
characterized,
that the workpiece (1) is first cleaned and activated before coating and then exposed to a galvanic chrome plating bath to form a coating (2) made of hard chrome with a hardness of at least 600 HV and with a pearl or columnar structure-like surface (2a) and that this pearl-like or columnar structure-like surface is filled and smoothed by the subsequently applied lubricant (3) based on molybdenum disulfide.
dadurch gekennzeichnet,
daß spätestens nach dem Einlaufen des Werkstückes (1) die oberen Enden der Perl- oder Säulenstruktur (2a) freigelegt werden und als Tragstruktur für das zu lagernde Gegenstück fungieren.Method according to claim 1,
characterized,
that at the latest after the workpiece (1) has run in, the upper ends of the pearl or column structure (2a) are exposed and act as a supporting structure for the counterpart to be stored.
dadurch gekennzeichnet,
daß die oberen Enden der Perl- oder Säulenstruktur (2a) maximal 20 %, vorzugsweise weniger als 12 % der fiktiven planen Werkstückoberfläche ausmachen.Method according to claim 2,
characterized,
that the upper ends of the pearl or column structure (2a) make up a maximum of 20%, preferably less than 12% of the fictitious plane workpiece surface.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmierstoff (3) beim Aufbringen oder danach in die Vertiefungen der Perl- oder Säulenstruktur (2a) hinein verdichtet wird.Method according to claim 1,
characterized,
that the lubricant (3) is compressed during application or afterwards into the depressions of the pearl or column structure (2a).
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmierstoff (3) mit einer Trägerflüssigkeit vermischt und flüssig aufgebracht, insbesondere aufgepinselt oder aufgesprüht wird.Method according to claim 1,
characterized,
that the lubricant (3) is mixed with a carrier liquid and applied in liquid form, in particular brushed on or sprayed on.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Molybdändisulfid in einer lufttrocknenden Trägerflüssigkeit bereitgestellt wird.Method according to claim 5,
characterized,
that the molybdenum disulfide is provided in an air drying carrier liquid.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägerflüssigkeit Esther, Buthylacetat und gegebenenfalls ein anorganisches Bindemittel enthält.Method according to claim 5,
characterized,
that the carrier liquid contains ether, butyl acetate and, if appropriate, an inorganic binder.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmierstoff (3) in einer Schichtdicke von etwa 5 µ bis etwa 15 µ aufgetragen wird.Method according to claim 1,
characterized,
that the lubricant (3) is applied in a layer thickness of about 5 microns to about 15 microns.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmierstoff (3) gasförmig im Vakuum aufgedampft oder mittels Sputtertechnik oder Gasentladungstechnik aufgebracht wird.Method according to claim 1,
characterized,
that the lubricant (3) is vaporized in a vacuum or applied by means of sputtering or gas discharge technology.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmierstoff (3) in nahezu reinem Molybdändisulfid vorliegt.Method according to claim 1,
characterized,
that the lubricant (3) is in almost pure molybdenum disulfide.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmierstoff (3) aus einer Mischung von Molibdändisulfid mit anderen Metallen, insbesondere Titan, Chrom, Nickel und/oder Gold besteht.Method according to claim 1,
characterized,
that the lubricant (3) consists of a mixture of Molibdändisulfid with other metals, in particular titanium, chromium, nickel and / or gold.
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