WO2010091924A1 - Verfahren zur herstellung eines beschlages, eines seitengitters oder eines gargutträgers für hochtemperaturanwendungen und metallisches bauteil - Google Patents

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WO2010091924A1
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metallic coating
blank
solid lubricant
coating
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PCT/EP2010/050690
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Peter Jährling
Willi Grigat
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Paul Hettich Gmbh & Co. Kg
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    • F24C15/00—Details
    • F24C15/16—Shelves, racks or trays inside ovens; Supports therefor
    • F24C15/168—Shelves, racks or trays inside ovens; Supports therefor with telescopic rail systems
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    • C25D5/34—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
    • C25D5/36—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of iron or steel

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fitting, a side rail or a product support according to the preamble of claim 1 and a metallic component for use in the high-temperature region, according to the preamble of claim 10.
  • EP 0 218 645 discloses a plating bath for co-depositing metal and a permanently lubricated solid lubricant, the plating bath comprising a specific water-soluble, cationic surfactant.
  • DE 1 255 431 discloses the incorporation of dry lubricant particles into a metal coating. This takes place by means of storage in plastic bubbles in the form of microencapsulations.
  • the present invention therefore, starting from the previous methods of application of solid lubricants in the task of creating a component with a coating, which ensures a lower abrasion of the lubricants and also corrosion resistant and suitable for high temperature applications.
  • the present invention solves this object by a method and a metallic component by the features of the characteristics of claims 1 and 10.
  • the process for producing a fitting, a side rail or a product carrier for high-temperature applications involves two successive production steps.
  • a metallic blank is made or formed, and in a subsequent second step, a metallic coating is applied to the blank.
  • this metallic coating at least one solid lubricant is incorporated.
  • Solid lubricants predominantly have a layered structure. Their tribologically advantageous properties can be explained by a shift of the superimposed layers. This results in prolonged use to a sliding wear of the lubricant layer. Metal layers are both removed during friction and shifted to each other. If, however, the soft solid lubricants are incorporated in metal layers, then material factors such as Vickers hardness and friction coefficient can be optimized in such a way that significantly less abrasion of the coating material takes place. This lower abrasion is expressed in abrasion factors, which are four to five times lower than in pure metal coatings. Another advantage is that the solid lubricant can not be removed by mechanical cleaning of the sliding surface, but is firmly connected to the metal surface.
  • the surface can be additionally surface-treated by applying several types of metal.
  • the solid lubricant is incorporated as boron nitride during application of the metallic coating in the metal structure.
  • the excellent tribological properties of the boron nitride are additionally supplemented by the incorporation into the metallic coating.
  • Hexagonal boron nitride retains its tribological properties at over 600 ° C. as much as possible and is therefore particularly suitable as a lubricant for use in ovens and the like with pyrolysis operation. It is also extremely pressure-resistant, whereby the coefficient of friction under pressure load decreases even further, which corresponds to a thixotropic mode of action.
  • this coating can already be achieved in an advantageous manner by immersing a metallic raw part in a solution with dissolved metal ions. This occurs, for example, in the cementation of copper on iron fittings.
  • an advantageous application of a metallic coating by means of electrochemical deposition can be effected by a galvanic process.
  • nickel plating of the metallic blank can take place with incorporation of solid lubricants.
  • a large proportion of the supplied current is used for depositing the nickel on the metallic blank. Therefore, a nickel plating process is very energy efficient compared to other galvanic processes.
  • the nickel coating is also chemically resistant to dilute acids and much of
  • Lyes as used in aggressive chemical cleaning agents.
  • nickel is not corrodible and resistant to water and air.
  • the metallic blank after coating with a metallic coating passes through a tempering process, in which an additional curing of the coating takes place. Larger dislocations in the metal grid are eliminated and the stored solid lubricants are more firmly integrated into the metal structure.
  • the heating process should be controlled slowly by a temperature gradient.
  • the cooling should be controlled by a gradient to avoid disorder due to different
  • the annealing process between 300 to 700 0 C, preferably 400-600 0 C operated. Higher degrees of hardness of the metal coatings with solid lubricant contents can be achieved in this area than is the case with comparable uncured metal coatings.
  • Solved baking ovens which provides a molded blank with a metallic coating, which additionally contains at least one solid lubricant.
  • this component Due to the nature of this component, it can be used wherever high-temperature friction occurs. This relates primarily to equipment for food preparation, but can also be used in appliances such as drying ovens, for example for drying chemical preparations, muffle ovens, vacuum ovens and the like, where pull-out guides or other fittings are used.
  • drying ovens for example for drying chemical preparations, muffle ovens, vacuum ovens and the like, where pull-out guides or other fittings are used.
  • the metallic coating contains boron nitride.
  • Boron nitride in this case has excellent tribological properties, is also used in areas of about 300 0 C and therefore can be subjected to a tempering s process to increase the coating hardness together with the metallic component.
  • Another advantageous solid lubricant which is present in or on the metallic coating of the component is polytetrafluoroethylene.
  • This solid lubricant is characterized by its high availability and its small particle size. Due to this small particle size, the solid lubricant can be dissolved disperse in an electrolyte solution and then finely dispersed in the metallic coating to be stored.
  • solid lubricants which may be present on or in the metallic coating, are molybdenum sulfide and graphite. These solid lubricants have a maximum operating range of 35O 0 C and 45O 0 C and can be used in these temperature ranges in ovens as solid lubricant additives in coatings. By using a cobalt-nickel alloy as a metallic coating with the aforementioned solid lubricants, the wear resistance of the coating can be increased again.
  • a high boron nitride content usually also leads to a high phosphorus content, which is embedded in the metal structures.
  • sprozes s can advantageously be a hardening of the metallic coating by removal of phosphides from the metal structure.
  • Figure 1 is a front view and a perspective view of a pullout guide according to the invention
  • Figure 2 is an exploded view of the pullout guide
  • FIGS. 3a-f show several side views, a front view and a perspective view of a further embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic temperature diagram for producing a coated component.
  • a pullout guide 1 for high-temperature applications comprises a guide rail 2 and a guide rail 3 movable relative to the guide rail 2, between which a middle rail 10 is mounted. Furthermore, the pullout guide 1 can also have more than one middle rail.
  • rolling elements 4 in particular made of ceramic, are provided for the movable mounting of the middle rail 10 and the running rail 3 .
  • a plurality of raceways 6 for the spherical rolling elements 4 are provided on the guide rail 2, the middle rail 10 and the running rail 3 in each case.
  • the rolling elements are arranged in a Wälz Eisenmaschinefig.
  • Other components of the pullout guide are a stopper 7, a stopper 10 a plurality of brackets 8 for fixing the pullout guide 1 and a diaphragm. 9
  • FIG. 3 Another pullout guide 1 'for high temperature applications is shown in Figure 3 and shows a guide rail 2' and a movable relative to the guide rail track 3 ', which is mounted on the guide rail.
  • a guide rail 2' and a movable relative to the guide rail track 3 ' which is mounted on the guide rail.
  • the running rail 3 'rolling elements 4' in particular made of ceramic, are provided, which are guided in raceways 6 '.
  • Other components such as a stop V, a plurality of brackets 8 'and a diaphragm 9' are mounted analogously to the previously described embodiment of the pullout guide.
  • the rails 1, 2, 3, 1 'and 2' are made for use in ovens from a stamped and bent sheet steel and provided with a coating.
  • the components of the pullout guide, in particular the rails 1, 2, 3, 1 'and 2', are manufactured by the following steps:
  • the metallic blanks are produced by punching and bending a steel sheet.
  • the blank can be machined.
  • a metal layer is electrodeposited on the surface of the blanks, wherein the electrolyte solution contains boron nitride or other solid lubricant, which is incorporated in the application deposited in the metal layer deposited on the blank.
  • boron nitride In the deposited metal layer can be incorporated up to a volume fraction of 29% boron nitride, which is a boron nitride content of about 28-33 g / l in the electrolyte solution. Boron nitride is dispersed in the electrolyte solution. Other process parameters are the current density (at 4-6 A / dm 2 ), the pH (at pH 2-4) and the electrolyte temperature (at 40-60 0 C).
  • the coated blanks are then heated to a temperature of at least
  • the hardness of the metallic coating can be three to four times harder (up to 630 HV) in the case of a NiBN layer (nickel boron nitride) than a normal nickel coating.
  • the abrasion was performed according to the Taber Abraser test according to existing DIN standards and gave a Taber Wear Index of 2.5 for a nickel coating with a boron nitride content of 29% and 3.5 for a boron nitride content of 12%, after three grinding cycles.
  • Another possibility of the coating consists in an autocatalytic chemical reduction process, wherein a phosphorus-containing NiBN layer is deposited on the metallic surface of the blank.
  • the phosphorus content increases with increasing proportion of boron nitride in the nickel.
  • the layer thickness decreases for the same duration of the deposition process.
  • the galvanic application of a mixture of several metals in which also boron nitride molecules are incorporated during the deposition process.
  • the metal mixture for example a nickel-cobalt mixture, may also be phosphorus-containing.
  • An inventive phosphorus-containing nickel-cobalt coating consists of:
  • Hexagonal boron nitride mass fraction 0.03-0.04 nickel: mass fraction 0.63-0.71
  • the tempering can be carried out according to the annealing process shown in FIG.
  • FIG. 4 schematically shows a temperature diagram for the method of the temperature of galvanically coated fittings, side grilles and food carriers with boron nitride molecules embedded in the metallic coating for high-temperature applications.
  • the coated blank is first heated from ambient temperature i3 0th It starts with a temperature gradient of 8-15 K / min, in particular 10 K / min, starting from an initial temperature 0 C in a temperature gradient of 25 K / min over. When reaching a target temperature i ⁇ 2 of 500 0 C follows a temperature plateau over 30 min away. Finally, a cooling phase with 10-20 K / min, in particular 15 K / min back to
  • a galvanically coated pullout guide has been described.
  • other metallic components with a coating according to the invention.
  • food supports, side rails, fittings or other usable in ovens components can be coated.
  • Additional dispersants which adsorb on the surface of the BN particles can additionally be introduced into the metal coating, for example to prevent agglomeration of the boron nitride particles. This can be done by charging the particles, which also builds electrostatic interactions with the metal substrate of the metallic coating, which facilitate Einlagerang and distribution of the dispersed boron nitride particles in the deposited metal coating.
  • the lubricants used should also meet the hygiene requirements of the German version DIN EN ISO 21469: 2006.

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Abstract

Ein Verfahren, welches die Herstellung eines Beschlages, eines Seitengitters oder eines Gargutträgers für Hochtemperaturanwendungen mit der Herstellung eines Rohteils und dem Aufbringen eines metallischen Überzugs, welcher mindestens einen Festschmierstoff enthält, erreicht und ein metallisches Bauteil aus einem Rohteil und einem metallischen Überzug mit einem Festschmierstoff.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Beschlages, eines Seitengitters oder eines Gargutträgers für Hochtemperaturanwendungen und metallisches Bauteil
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Beschlags, eines Seitengitters oder eines Gargutträgers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein metallisches Bauteil für den Einsatz im Hochtemperaturbereich, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Beim Einsatz von Bauteilen, insbesondere Auszugsführungen, in Backöfen besteht das Problem der Schmierung beweglicher Bauteile. Fette und Öle sind bei Öfen im Pyrolysebetrieb bei 5000C ungeeignet. Somit wird hier der Einsatz von Festschmierstoffen nötig. Dazu gehören unter anderem Graphit, Molybdändisulfid, Po- lytetrafluorethylen und hexagonales Bornitrid.
Die Auftragsweise dieser Festschmierstoffe sollte dabei möglichst gleichmäßig er- folgen. Durch häufiges Betätigen der Auszüge und Gleitmechanismen kann ein
Abtragen der Festschmiermittel nicht vollständig verhindert werden. Bekannt sind bereits materialsparende Auftragsweisen, bei welchen die Festschmiermittelverbindung in pastöser oder gelöster Form oder als Gleitlack aufgetragen wird. Da die Festschmiermittel jedoch nur oberflächlich auf ein Bauteil aufgetragen werden, kommt es derzeit bei Berührung mit dem Bauteil oft zur Verschmutzung der Hände und der Kleidung. Um dem Abtragen der Festschmierstoffe entgegenzuwirken wurden diese gezielt auf Gleitflächen der entsprechenden Bauteile aufgebracht, während andere Bereiche der Bauteile den korrodierenden Backofenbedingungen ausgesetzt waren.
Die EP 0 218 645 offenbart ein galvanisches Bad zum gemeinsamen Abscheiden von Metall und einem dauerschmierenden Feststoffschmiermittel, wobei das galvanische Bad ein spezielles wasserlösliches, kationisches grenzflächenaktives Mittel aufweist. Die DE 1 255 431 offenbart das Einbringen von Trocken Schmiermittelteilchen in einen Metallüberzug. Dies erfolgt mittels Einlagerung in Kunststoffbläschen in Form von Mikroverkapselungen.
Die vorliegende Erfindung setzt daher, ausgehend von den bisherigen Methoden der Auftragung von Festschmierstoffen bei der Aufgabe an, ein Bauteil mit einem Überzug zu schaffen, welcher einen geringeren Abrieb der Schmierstoffe gewährleistet und zudem korrosionsbeständig und für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren und ein metallisches Bauteil durch die Merkmale der Kennzeichen der Ansprüche 1 und 10.
Das Verfahren zur Herstellung eines Beschlages, eines Seitengitters oder eines Gargutträgers für Hochtemperaturanwendungen beinhaltet zwei aufeinanderfolgende Produktionsschritte. In einem ersten Schritt wird ein metallisches Rohteil hergestellt oder geformt und in einem anschließenden zweiten Schritt wird ein metallischer Überzug auf das Rohteil aufgebracht. In diesen metallischen Überzug ist zumindest ein Festschmierstoff eingearbeitet.
Durch direkte Einlagerung des Festschmierstoffes in die Metallschicht des metallischen Überzuges ergeben sich zwei hauptsächliche Vorteile.
Festschmierstoffe verfügen überwiegend über einen schichtartigen Aufbau. Ihre tribologisch-vorteilhaften Eigenschaften lassen sich auf eine Verschiebung der ü- bereinandergelagerten Schichten erklären. Dadurch kommt es bei längerem Gebrauch zu einem gleitenden Verschleiß der Schmierstoffschicht. Metallschichten werden bei Reibung sowohl abgetragen als auch zueinander verschoben. Baut man jedoch die weichen Festschmierstoffe in Metallschichten ein, so können Material- faktoren wie Vickershärte und Reibungskoeffizient derart optimiert werden, dass ein deutlich geringerer Abrieb des Beschichtungsmaterials erfolgt. Dieser geringere Abrieb drückt sich in Abriebsfaktoren aus, welche vierfach bis fünffach geringer sind, als bei reinen Metallüberzügen. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Festschmierstoff nicht durch mechanische Reinigung, von der Gleitfläche abgetragen werden kann, sondern fest mit der Metalloberfläche verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung bleibt zudem der metallische Glanz der
Oberfläche auch nach der Beschichtung des Rohteils mit dem metallischen Überzug erhalten. Die Oberfläche kann durch Aufbringen mehrerer Metallarten zusätzlich oberflächenveredelt werden.
Da das Aufbringen des metallischen Überzuges sowohl teilweise aber auch vollständig über die gesamte Oberfläche des Rohteils erfolgen kann, ist ein Korrosionsschutz durch den Metallischen Überzug ermöglicht. Von daher ist es nicht mehr zwingend notwendig, wie bisher, das Rohteil aus Edelstahl zu formen, was kosten- und energieintensiv ist.
Bei dem Verfahren ist es vorteilhaft, wenn der Festschmierstoff als Bornitrid beim Aufbringen des metallischen Überzuges in die Metallstruktur eingelagert wird. Die hervorragenden tribologischen Eigenschaften des Bornitrids werden dabei durch den Einbau in den metallischen Überzug zusätzlich ergänzt. Hexagonales Bornitrid behält auch bei über 6000C seine tribologischen Eigenschaften weitestgehend und eignet sich daher besonders als Schmiermittel für den Einsatz in Backöfen und dergleichen mit Pyrolysebetrieb. Es ist zudem äußerst druckbelastbar, wobei der Reibungskoeffizient bei Druckbelastung noch zusätzlich abnimmt, was einer thixotro- pen Wirkungsweise entspricht. Durch den Einbau von Bornitrid in eine Metall- struktur kann daher eine harte, jedoch gleitfähige Schicht auf der Oberfläche des
Rohteils erzeugt werden.
Je nach Art des metallischen Überzuges und des metallischen Rohteils kann dieser Überzug bereits auf vorteilhaft Weise erreicht werden, indem ein metallisches Roh- teil in eine Lösung mit gelösten Metallionen taucht. Dies erfolgt beispielsweise bei der Zementation von Kupfer an Eisenbeschlägen. - A -
Um einen besonders fest anhaftenden metallischen Überzug zu erreichen, kann ein vorteilhaftes Aufbringung eines metallischen Überzuges mittels elektrochemischer Abscheidung durch einen galvanischen Prozess erfolgen.
In einem vorteilhaften Verfahren kann eine Vernickelung des metallischen Rohteils unter Einbau von Festschmierstoffen erfolgen. Bei der Vernickelung wird ein großer Anteil des zugeführten Stromes für die Abscheidung des Nickels auf dem metallischen Rohteil genutzt. Deshalb ist ein Vernickelungsprozess sehr energiesparend im Vergleich zu anderen galvanischen Prozessen. Die Nickelbe Schichtung ist zudem chemisch resistent gegenüber verdünnten Säuren und einem Großteil von
Laugen, wie sie in aggressiven chemischen Reinigungsmitteln genutzt werden. Zudem ist Nickel nicht korrodierbar und beständig gegenüber Wasser und Luft.
Es ist von Vorteil, wenn das metallische Rohteil nach der Beschichtung mit einem metallischen Überzug einen Temperungsprozess durchläuft, bei welchem ein zusätzliches Aushärten des Überzuges erfolgt. Größere Fehlordnungen im Metallgitter werden dabei beseitigt und die eingelagerten Festschmierstoffe werden fester in die Metallstruktur integriert. Dabei sollte der Aufheizprozess langsam durch einen Temperaturgradienten gesteuert werden. Ebenso sollte die Abkühlung durch einen Gradienten geregelt werden, um Fehlordnungen aufgrund von unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Einzelkomponenten zu vermeiden.
Vorzugsweise wird der Temperungsprozess zwischen 300 bis 7000C, vorzugsweise 400-6000C betrieben. In diesem Bereich sind höhere Härtegrade der Metallüberzü- ge mit Festschmierstoffinhalten zu erreichen, als dies bei vergleichbaren ungetem- perten Metallüberzügen der Fall ist.
Um eine möglichst gleichmäßige Abscheidung auf der Oberfläche des Rohteils zu erhalten, ist es von Vorteil das Rohteil vor dem Auftragen des metallischen Über- zuges zu glätten.
Zur zusätzlichen Verminderung des Abriebindizes und der Oberflächenrauhigkeit bei zusätzlicher Feinverteilung einiger Bornitridpartikel an der Oberfläche des be- schichteten Rohteils ist eine Nachbearbeitung nach dem Auftragen des metallischen Überzuges durch Glättung der Oberfläche von Vorteil.
Zudem wird die zuvor genannte Aufgabenstellung durch ein erfindungsgemäßes metallisches Bauteil für den Einsatz in im Hochtemperaturbereich, insbesondere
Backöfen gelöst, welches ein geformtes Rohteil mit einem metallischen Überzug vorsieht, welcher zusätzlich mindestens einen Festschmierstoff enthält.
Aufgrund der Beschaffenheit dieses Bauteils kann es überall dort eingesetzt wer- den, wo eine Reibung im Hochtemperaturbereich auftritt. Dies betrifft in erster Linie in Geräten zur Zubereitung von Nahrungsmitteln, kann aber auch in Geräten wie Trockenschränke, beispielsweise zur Trocknung chemischer Präparate, Muffelöfen, Vakuumöfen und dergleichen zum Einsatz kommen, wo Auszugsführungen oder andere Beschläge genutzt werden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der metallische Überzug Bornitrid enthält. Bornitrid weist dabei hervorragende tribologische Eigenschaften auf, ist zudem in Bereichen von über 3000C einsetzbar und kann daher zusammen mit dem metallischen Bauteil einem Temperung s verfahren zur Erhöhung der Beschichtungshärte unterzogen werden.
Ein weiterer vorteilhafter Festschmierstoff, welcher in oder an dem Metallischen Überzug des Bauteils vorliegt, ist Polytetrafluorethylen. Dieser Festschmierstoff zeichnet sich durch seine hohe Verfügbarkeit und seine geringe Einzelpartikelgrö- ße aus. Aufgrund dieser geringen Partikelgröße kann der Festschmierstoff dispers in einer Elektrolytlösung gelöst werden und anschließend feinverteilt im metallischen Überzug eingelagert werden.
Weitere vorteilhafte Festschmierstoffe, welche an oder in dem metallischen Über- zug vorliegen können sind zudem Molybdänsulfid und Graphit. Diese Festschmierstoffe haben einen maximalen Einsatzbereich von 35O0C beziehungsweise 45O0C und können in diesen Temperaturbereichen bei Backöfen als Festschmierstoffzusätze in Überzügen eingesetzt werden. Durch Verwendung einer Kobalt-Nickel Legierung als metallischen Überzug mit den zuvor erwähnten Festschmierstoffen kann die Verschleißfestigkeit der Be- schichtung abermals erhöht werden.
Bei metallischen Überzügen führt ein hoher Bornitridgehalt meist auch zu einem hohen Phosphorgehalt, welcher in die Metallstrukturen eingelagert ist. Bei einem Temperung sprozes s kann vorteilhafterweise eine Härtung des metallischen Überzuges durch Auslagerung von Phosphiden aus der Metallstruktur erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen:
Figur 1 eine Vorderansicht und eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Auszugsführung;
Figur 2 eine Explosionsdarstellung der Auszugsführung;
Figur 3a-f mehrere Seitenansichten, eine Vorderansicht und eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Aus- zugsführung; und
Figur 4 ein schematisches Temperaturdiagramm für das Herstellen eines beschichteten Bauteils.
Eine Auszugsführung 1 für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere für Backöfen, umfasst eine Führungsschiene 2 und eine relativ zur Führungsschiene 2 bewegbare Laufschiene 3, zwischen denen eine Mittelschiene 10 gelagert ist. Des Weiteren kann die Auszugsführung 1 auch mehr als eine Mittelschiene aufweisen. Für die verfahrbare Lagerung der Mittelschiene 10 und der Laufschiene 3 sind Wälzkörper 4, insbesondere aus Keramik, vorgesehen. Dabei sind an der Führungsschiene 2, der Mittelschiene 10 und der Laufschiene 3 jeweils mehrere Laufbahnen 6 für die kugelförmigen Wälzkörper 4 vorgesehen. Die Wälzkörper sind in einem Wälzkörperkäfig angeordnet. Weitere Bestandteile der Auszugsführung sind ein Anschlag 7, ein Anschlag 10 mehrere Klammern 8 zur Befestigung der Auszug sführung 1 und eine Blende 9.
Eine weitere Auszugsführung 1 ' für Hochtemperaturanwendungen ist in Figur 3 dargestellt und zeigt eine Führungsschiene 2' und eine relativ zur Führungsschiene bewegbare Laufschiene 3', die auf der Führungsschiene gelagert ist. Für die verfahrbare Lagerung der Laufschiene 3' sind Wälzkörper 4', insbesondere aus Keramik, vorgesehen, welche in Laufbahnen 6' geführt werden. Weitere Bestandteile wie ein Anschlag V, mehrere Klammern 8' und eine Blende 9' sind analog zur vorher beschriebenen Ausführung an der Auszugsführung angebracht.
Die Schienen 1, 2, 3, 1 ' und 2' sind für den Einsatz in Backöfen aus einem gestanzten und gebogenen Stahlblech hergestellt und mit einer Beschichtung versehen. Die Herstellung der Bauteile der Auszugsführung, insbesondere der Schienen 1, 2, 3, 1 ' und 2' erfolgt durch die folgenden Schritte:
Zunächst werden die metallischen Rohteile durch Stanzen und Biegen eines Stahlblechs hergestellt. Das Rohteil kann dabei maschinell gefertigt werden.
Danach wird eine Metallschicht galvanisch auf der Oberfläche der Rohteile aufgebracht, wobei die Elektrolytlösung Bornitrid oder einen anderen Festschmierstoff enthält, welches bei der Aufbringung in die auf dem Rohteil abgeschiedene Metallschicht eingelagert wird.
Beim galvanischen Prozess wird über einen Stromfluss in einem Elektrolytbad mit zwei Metallelektroden ein Stofftransport erreicht. Dabei bestehen die Metallelektroden aus verschiedenen Metallen. An der Anode werden Metallionen gelöst, welche anschließend zur Kathode wandern, wo sie sich anlagern. Befindet sich in dem Elektrolytbad eine gewisse Konzentration an Festschmiermittel, welches feinver- teilt und dispers gelöst ist, so kann dieses während des Abscheidens der Metallschicht an der Kathode in die Metallstruktur eingelagert werden.
In die abgeschiedene Metallschicht kann bis zu einem Volumenanteil von 29 % Bornitrid eingebaut werden, wobei dies einem Bornitridgehalt von etwa 28-33 g/l in der Elektrolytlösung entspricht. Bornitrid ist dabei in der Elektrolytlösung dispers gelöst. Weitere Prozessparameter sind die Stromdichte (bei 4-6 A/dm2), der pH- Wert (bei pH 2-4) und die Elektrolyttemperatur (bei 40-60 0C).
Die beschichteten Rohteile werden dann auf eine Temperatur von mindestens
400 0C erhitzt und für eine vorbestimmte Zeitdauer getempert, bevor sie wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Die Härte des Metallischen Überzuges, kann im Fall einer NiBN-Schicht (Nickel- Bornitrid) drei- bis viermal härter (bis zu 630 HV) als bei einer normalen Nickelbeschichtung sein. Hinzu kommt ein Reibungskoeffizient von etwa 0, 1 oder weniger, ein geringerer Verschleiß als bei reinen Nickelschichten und ein geringer Abrieb.
Der Abrieb wurde nach dem Taber Abraser Test gemäß bestehender DIN-Normen durchgeführt und ergab einen Taber Wear Index von 2,5 für eine Nickelbeschichtung mit einem Bornitridgehalt von 29 % und 3,5 für einen Bornitridgehalt von 12 %, nach drei Schleifzyklen.
Eine weitere Möglichkeit der Beschichtung besteht in einem autokatalytischen chemischen Reduktionsverfahren, wobei eine phosphorhaltige NiBN-Schicht auf der metallischen Oberfläche des Rohteils abgeschieden wird. Hier nimmt der Phosphorgehalt mit steigendem Anteil an Bornitrid im Nickel zu. Gleichzeitig nimmt die Schichtdicke bei gleicher Dauer des Abscheideprozesses ab.
Eine weitere Möglichkeit besteht in dem galvanischen Aufbringen eines Gemisches mehrerer Metalle, in welchem während des Abscheidevorganges zudem Bornitridmoleküle eingebaut werden. Dabei kann das Metallgemisch, beispielsweise ein Nickel-Kobalt Gemisch, auch phosphorhaltig sein.
Ein erfindungsgemäßer phosphorhaltiger Nickel-Kobalt Überzug besteht aus:
- Kobalt: Massenanteil 0,20 - 0,25
- Phosphor: Massenanteil 0,06 - 0,08
- Hexagonales Bornitrid: Massenanteil 0,03 - 0,04 - Nickel: Massenanteil 0,63 - 0,71 Die Temperang kann nach dem in Figur 4 aufgeführten Temperprozess durchgeführt werden.
In Figur 4 ist schematisch ein Temperaturdiagramm für das Verfahren der Tempe- rang von galvanisch beschichteten Beschlägen, Seitengittern und Gargutträgern mit, im metallischen Überzug eingelagerten, Bornitridmolekülen für Hochtemperaturanwendungen dargestellt. Das beschichtete Rohteil wird zunächst ausgehend von Umgebungstemperatur i3-0 erwärmt. Es beginnt mit einem Temperaturgradienten von 8-15 K/min, insbesondere 10 K/min ausgehend von einer Anfang stemper a- tur
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0C in einen Temperaturgradienten von 25 K/min über. Beim Erreichen einer Zieltemperatur iϊ2 von 500 0C folgt ein Temperaturplateau über 30 min hinweg. Schließlich folgt eine Abkühlungsphase mit 10-20 K/min, insbesondere 15 K/min zurück zu
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine galvanisch-beschichtete Auszugsführung beschrieben. Es ist natürlich auch möglich, andere metallische Bauteile mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung zu versehen. Insbesondere können Gargutträger, Seitengitter, Beschläge oder andere in Backöfen einsetzbare Bauteile beschichtet werden.
Weitere Dispergenzien, welche an der Oberfläche der BN-Partikel adsorbieren, können zusätzlich in die Metallbeschichtung eingebracht werden, beispielsweise um eine Agglomeration der Bornitridpartikel zu verhindern. Dies kann durch Auf- ladung der Partikel erfolgen, wodurch zudem elektrostatische Wechselwirkungen mit dem Metallsubstrat des metallischen Überzuges aufgebaut werden, welche eine Einlagerang und Verteilung der dispersen Bornitridpartikel in der abgeschiedenen Metallbeschichtung erleichtern.
Ebenso möglich ist eine Einlagerang von PTFE (Polytetrafluorethylen) in die galvanisch aufgebrachten Metallüberzüge, wobei hier jedoch ein entsprechender Temperschritt entfällt und der Einsatzbereich eines derartigen beschichteten Ofenteils nur maximal bis zu 25O0C beträgt, da sonst eine thermische Zersetzung des PTFE möglich ist. Grandsätzlich kommt, durch das Aufbringen eines galvanischen oder chemischen Metallischen Überzugs unter Einlagerung anderer Festschmierstoffe, auch eine Verwendung von Graphit oder Molybdän sulfid in Betracht.
Die eingesetzten Schmierstoffe sollten darüber hinaus auch die Hygieneanforderungen gemäß der deutschen Fassung DIN EN ISO 21469: 2006 erfüllen.
Bezugszeichenliste
Auszugsführung
Führungsschiene
Laufschiene
Wälzkörper
Wälzkörperkäfig
Laufbahn
Anschlag
Klammer
Blende
Mittelschiene
Anschlag

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Beschlages, eines Seitengitters oder eines Gargutträgers für Hochtemperaturanwendungen, gekennzeichnet durch die folgen- den Schritte:
a) Herstellen eines Rohteils; und b) Aufbringen eines metallischen Überzugs, welcher mindestens einen Festschmierstoff enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff als Bornitrid beim Aufbringen des metallischen Überzuges in die Metallstruktur eingelagert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des metallischen Überzugs durch elektrochemische Abscheidung eines oder mehrerer Metalle auf der Oberfläche des metallischen Rohteils erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des metallischen Überzugs durch einen galvanischen Pro- zess erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vernickelung des metallischen Rohteils durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Rohteil nach dem Aufbringen des metallischen Überzugs, welcher mindestens einen Festschmierstoff enthält, getempert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperung durch ein Temperaturprogramm mit mindestens zwei Temperaturgradienten geregelt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperang bei 300 bis 700 0C, vorzugsweise 400 bis 600 0C erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Rohteils vor und/oder nach dem Auftragen des metallischen Überzugs geglättet wird.
10. Metallisches Bauteil für den Einsatz im Hochtemperaturbereich, insbesondere Backöfen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein metallisches Rohteil umfasst, welches einen metallischen Überzug aufweist, welcher zusätzlich mindestens einen Festschmierstoff enthält.
11. Metallisches Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug Bornitrid als Festschmierstoff enthält.
12. Metallisches Bauteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug PTFE (Polytetrafluorethylen) als Festschmierstoff enthält.
13. Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzeug Molybdän sulfit (MoS2) und/oder Graphit als Festschmierstoff enthält.
14. Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der metallische Überzug eine Kobalt-Nickel- Verbindung enthält.
15. Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug phosphorhaltig ist.
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