Die Erfindung betrifft eine galvanische Hartchromschicht mit einem sich teilweise oder durch die gesamte Schichtdicke erstreckendem durch anodische Schaltung aufgeweitetem Rißnetzwerk, mit in den Rissen eingelagerten Feststoffpartikeln.
Nach der EP PS 0217 126 ist es bekannt, in die Risse des Rißnetzwerkes von galvanisch abgeschiedenen Hartchromschichten Feststoffpartikel einzulagern, die vor allem zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit aus Hartstoffpartikeln bestehen. Im Prinzip können in die Risse jedoch Feststoffpartikel aus Festschmierstoffen, duktilen Metallen, organischen Thermoplasten und / oder Feststoffen zur Verbesserung der Gleiteigenschaften der Chromschicht, Duktilität, der Korrosionsbeständigkeit oder zur Einfärbung eingelagert sein.
Zur Herstellung werden mikrorißbildende Verchromungselektrolyte mit darin dispergieren Feststoffpartikeln verwendet, so daß beim Galvanisieren unter mehrfacher Stromumkehr bei kathodischer Schaltung des Werkstückes sich der Chromüberzug bildet und bei anodischer Schaltung des Werkstückes sich die Mikrorisse aufweiten und mit den Feststoffpartikeln füllen. Bei der nachfolgenden Stromumkehr werden durch Chromabscheidung die Risse verschlossen und die eingelagerten Feststoffpartikel in den Rissen eingekapselt.
Nach der EP PA 0668 375 werden Hartchromschichten aus mikrorissbildenden Verchromungselektrolyten mit darin dispergierten Feststoffpartikeln unter Verwendung von pulsierendem Strom abgeschieden, wobei unter kathodischer Schaltung des Werkstückes sich in die bildende Chromschicht außer in den Rissen auch in die Chrommatrix selbst die Feststoffpartikel einlagern.
Die aus der EP PS 0127 126 bekannten Chromschichten, mit in den Rissen eingelagerten Hartstoffpartikeln, haben sich vor allem als Laufflächenbeschichtungen von Kolbenringen und ähnlichem, auf reibenden Verschleiß bei hohen Temperaturen belasteten Maschinenteilen, bewährt.
Je nach Bauart und Leistungstyp der Verbrennungskraftmaschine sind die Kolbenringe unterschiedlich extremen Belastungen ausgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine galvanische Hartchromschicht gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 in Bezug auf ihre Festigkeitseigenschaften weiter zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Und zwar wird zur Herstellung mindestens einer Lage Hartchrom das Chrom aus dem Elektrolyten am kathodisch geschalteten Werkstück mit pulsierendem Gleichstrom mit Stromdichten zwischen 5 und 250 A/dm2 abgeschieden, so daß in der Chromlage entsprechend der Stromdichte Lagen Hartchrom mit unterschiedlicher Kristallisationsform abgeschieden werden. Nach einer Abscheidungsphase einer Lage wird das Werkstück anodisch geschaltet, so daß sich das Rißnetzwerk im Hartchrom aufweitet und mit den Feststoffpartikeln füllt. Entsprechend der Wiederholung des Vorgangs werden mindestens zwei bzw. mehrere übereinanderliegende Lagen Hartchrom am Werkstück abgeschieden, in die durch anodische Schaltung Feststoffe eingelagert werden. Bei Gesamtschichtdicken von bevorzugten etwa 0,005 bis 1,0 mm liegt die Dicke der einzelnen Lagen dann bei 0,0005 bis 0,5 mm.
Zusätzlich kann das Chrom legiert sein. Bevorzugte Legierungsmetalle sind Molybdän, Wolfram und / oder Vanadium, wobei zur Herstellung wie an sich bekannt, die Legierungselemente in den Verchromungselektrolyten als Salze gelöst sind und zusammen mit dem Chrom galvanisch abgeschieden werden. Die Legierungselemente sind bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 30 Gewichtsprozente in der Chromschicht vorhanden. Im Sinne der Erfindung können alle Lagen einer Chromschicht einheitlich aus einer Chromlegierung oder aber auch jede Lage aus einer gesonderten Legierung bestehen. Die Erfindung betrifft auch die in Anspruch 8 definierte Verwendung.
Mit der erfindungsgemäßen Chromschicht wurden die Laufflächen von Kolbenringen für Verbrennungskraftmaschinen beschichtet und die Kolbenringe wurden in Prüfstandsläufen untersucht. Die erfindungsgemäß beschichteten Kolbenringe waren auch bei extremen Temperatur- und Verschleißbelastungen mit wesentlich längerer Lebensdauer einsatzfähig als die bisher bekannten mit Chromeinlagerungschichten versehenen Kolbenringe.
Offensichtlich besitzen die Schichten aufgrund der Zusammensetzung aus Chrom mit Lagen unterschiedlicher Kristallisationsform, verbesserte technologische Eigenschaften im Verbund. Die Legierung des Chroms, vor allem mit den Metallen Molybdän, Vanadium und Wolfram ergibt dann eine weitere Verbesserung.
Durch die Erfindung ist somit eine Chrom- bzw. Chromlegierungsschicht mit im Rißnetzwerk eingelagerten und eingekapselten Feststoffpartikeln geschaffen, welche gegenüber den aus der EP PS 0217 126 bekannten Chromeinlagerungsschichten verbesserte technologische Eigenschaften besitzt. Insbesondere als Oberflächenbeschichtung von Kolbenringen weist die Schicht insbesondere bei Verwendung von Hartstoffen als Feststoffpartikel eine wesentlich verlängerte Lebensdauer im motorischen Betrieb auf.
Die mit der erfindungsgemäßen Schicht versehenen Kolbenringe sind unter extremen Temperatur- und Verschleißbelastungen einsetzbar. Die erfindungsgemäße Schicht ist in gleicher Weise als Beschichtung für ähnliche, auf hohe Temperatur und / oder verschleißbelastete Maschinenteile einsetzbar.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schichten ist vergleichsweise zu den aus der EP PS 0217 126 bekannten Schichten kaum aufwendiger.
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit einer Querschliffaufnahme näher erläutert.
Ausgegangen wird von einem Verchromungselektrolyten mit
Ausgegangen wird von einem Verchromungselektrolyten mit
Die Verchromung erfolgt bei 55 C° in 3 Stufen.
Es ist nach dieser Zeit eine Schicht mit einer Schichtdicke von 0,05 mm erzeugt, so daß der gesamte Abscheidungsvorgang neunmal wiederholt wird, um eine gewünschte Schichtdicke von 0,5 mm zu erhalten.
Das Querschnittsbild zeigt den Querschnitt durch die abgeschiedene Chromschicht in 500 facher Vergrößerung mit 18 Lagen aufeinanderliegender Chromschichten.
Auf das Substrat (1) ist zunächst in Stufe 1 die Lage (2) Hartchrom mit pulsierendem Gleichstrom in der Verfahrensstufe 1 abgeschieden. Die Lage (3) entstand bei konstantem Gleichstrom in Verfahrensstufe 2. Anschließend wurde in der Verfahrensstufe 3 das bis in die Lage (2) reichende Rißnetzwerk (4) der Lage (3) insgesamt 18 mal wiederholt, so daß eine Gesamtschicht mit 18 Lagen aus Abwechslung der Lagen 2 und 3 entsteht.
Im Ausführungsbeispiel 2 wird von einem Verchromungselektrolyten wie im Beispiel 1 ausgegangen, dem zur Herstellung einer Chrommolybdänlegierungsschicht 220 g/l (N H4)6 Mo7 O2 4 4 H2O (Ammoniummolybdat) zugesetzt sind. Die abgeschiedene Chrom-Molybdänlegierung enthält 2,4 Gew. % Molybdän.
Die Abscheidungsbedingungen der Schicht sind die gleichen wie im Ausführungsbeispiel 1. Die abgeschiedene Schicht zeigt in etwa ein gleiches Querschnittsbild wie das Querschnittsbild der Schicht aus Ausführungsbeispiel 1.