DE4434302A1 - Mechanische Teile und Verfahren zur Erzeugung eines Films auf denselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die mechanischen Teile ei­ ner elektrischen Vorrichtung, beispielsweise auf den Wir­ kungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum), die mechanisch miteinander verbunden sind und sich relativ zueinander drehen oder im Gleitkontakt miteinander stehen, sowie auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Keramikfilms auf einer Kontaktfläche der mechanischen Teile.

Der Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Va­ kuum) besteht beispielsweise aus verschiedenen Teilen, wie Hebeln, Klauen, Stiften, Rollen (Walzen) und Stäben. In den verbindenden Abschnitten kommen die jeweiligen Teile in Kontakt miteinander, sie drehen sich relativ zueinander oder sie stehen im Gleitkontakt miteinander. Deshalb wird ein Schmiermittel auf diese Abschnitte aufgebracht oder aufgegossen, um die Abriebsbeständigkeit (Verschleißbeständigkeit) der Teile zu verbessern. Dieses Verfahren erfordert jedoch Wartungsarbeiten, beispiels­ weise eine Schmierung. Es wurde daher bereits eine Methode vorgeschlagen, bei der ein solcher Abschnitt mit einem Film (einem Keramikfilm) aus einem Material mit einer aus­ gezeichneten Abriebsbeständigkeit (Verschleiß­ beständigkeit), z. B. aus TiC, TiN oder TiCN, beschichtet ist, so daß die Betriebs-Zuverlässigkeit für einen langen Zeitraum gewährleistet werden kann, ohne daß Wartungsar­ beiten erforderlich sind (vgl. z. B. die ungeprüfte japa­ nische Patentpublikation (Kokai) Nr. Hei.3-8232). Ein solcher Film (Keramikfilm) ist jedoch geringfügig schlechter in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit. Wenn mechanische Teile, die wie vorstehend beschrieben be­ handelt worden sind, beispielsweise einem Salzsprühtest unterzogen wurden, so wurde gefunden, daß nach dem Ablauf von mehreren Stunden auf der gesamten Oberfläche sich Rostflecken gebildet hatten. Es wird angenommen, daß die­ ses Phänomen hervorgerufen wird durch winzige Löcher und Risse, die in dem Film vorhanden sind.

Um das Auftreten dieses Phänomens zu verhindern, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) gebildet wird durch Plattierung eines Beschichtungsabschnitts der mechanischen Teile mit Nickel oder Chrom und der obengenannte Film auf die Grundierungs­ schicht aufgebracht wird (vgl. z. B. die ungeprüfte japani­ sche Patentpublikation (Kokai) Nr. Hei.4-73833).

Bei mechanischen Teilen, die wie vorstehend beschrieben hergestellt werden, wird jedoch die Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) aus einer konventionellen Nickel- oder chrom-Plattierungsschicht gebildet. Im Falle einer Nickel­ plattierung beträgt beispielsweise die Härte nur etwa Hv 200. Dies ist insofern ein Problem, als als Folge einer Langzeit-Verwendung in der Unterlagenschicht Risse entste­ hen in einem Abschnitt einer Kontaktfläche, in dem der Oberflächendruck hoch ist. Bei der Langzeit-Verwendung kann durch diese Risse in der Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) Wasser in den Abschnitt eindringen, wodurch die Bildung von Rost verursacht wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, mechanische Teile zur Verfügung zu stellen, bei denen selbst dann, wenn sie in einer solchen Kontaktfläche mit einem hohen Oberflä­ chendruck verwendet werden, die Grundierungsschicht (Un­ terlagenschicht) frei von Rißbildung ist und daher eine Rostbildung nicht auftritt, so daß die mechanischen Teile für einen langen Zeitraum zuverlässig arbeiten; Ziel der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Erzeugung ei­ nes Keramikfilms auf einer Kontaktfläche dieser mechani­ schen Teile zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel erreicht durch mechani­ sche Teile, die mechanisch miteinander verbunden sind und sich relativ zueinander drehen oder im Gleitkontakt mit­ einander stehen, wobei eine Grundierungsschicht (Unterla­ genschicht), die durch stromlose Nickelplattierung gebil­ det wird, auf einer Kontaktfläche mindestens eines der Teile erzeugt wird, und ein Keramikfilm auf die Grun­ dierungsschicht (Unterlagenschicht) aufgebracht wird.

Als Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) wird vorzugs­ weise eine Schicht verwendet, die durch stromlose Ni-P- Plattierung oder stromlose Ni-B-Plattierung gebildet wird. In diesem Falle kann die Grundierungsschicht (Unterlagen­ schicht) einer Wärmebehandlung bei 600°C oder darunter, vorzugsweise bei 400°C oder darunter, unterzogen werden.

Bei dem Verfahren zur Erzeugung eines Keramikfilms auf ei­ ner Kontaktfläche dieser mechanischen Teile wird zuerst eine Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) auf der Kon­ taktfläche der mechanischen Teile durch stromlose Ni-P- Plattierung oder stromlose Ni-B-Plattierung gebildet und dann wird ein Keramikfilm auf der Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) erzeugt durch physikalische Dampfab­ scheidung oder chemische Plasma-Dampfabscheidung unter Wärmebehandlungsbedingungen von 600°C oder darunter, vor­ zugsweise von etwa 400°C oder darunter.

Bei der erfindungsgemäßen Konfiguration wird eine Grundie­ rungsschicht (Unterlagenschicht), die durch stromlose Ni- P-Plattierung oder stromlose Ni-B-Plattierung gebildet wird, zuerst auf einer Kontaktfläche mindestens eines der mechanischen Teile erzeugt und auf die Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) wird ein Keramikfilm aufgebracht. Ein durch konventionelle Nickelplattierung erzeugter Film hat eine Härte von etwa Hv 200. Im Gegensatz dazu hat ein durch stromlose Nickelplattierung erzeugter Film eine we­ sentlich höhere Härte. So beträgt beispielsweise die Härte eines im Falle einer Ni-P-Plattierung erhaltenen Films etwa Hv 400 bis 500 und diejenige eines im Falle einer Ni- B-Plattierung erhaltenen Films beträgt etwa Hv 700. Infol­ gedessen wird durch diese stromlose Nickelplattierung die Härte einer Kontaktfläche der mechanischen Teile so ver­ bessert, daß selbst dann, wenn die mechanischen Teile in einer Kontaktfläche, auf die ein hoher Oberflächendruck einwirkt, über einen langen Zeitraum hinweg verwendet wer­ den, die mechanischen Teile ausreichend haltbar sind. Wenn ein Keramikfilm auf der so erzeugten Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) durch physikalische Dampfabscheidung oder durch chemische Plasma-Dampfabscheidung unter Wärme­ behandlungsbedingungen von 600°C oder darunter gebildet wird, kann außerdem die Härte der Oberfläche der Kontakt­ fläche auf etwa Hv 900 bis 1200 erhöht werden. Als Folge davon weisen die erfindungsgemäßen mechanischen Teile eine ausgezeichnete Abriebsbeständigkeit (Verschleißfestigkeit) und Beständigkeit gegen Rostbildung auf.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum), das ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Hauptabschnitte der Fig. 1; und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Hauptabschnitte der mechanischen Teile, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung auf den Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum) angewendet wird, näher beschrieben.

Die Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die den Wirkungsme­ chanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum) zeigt. In der Fig. 1 steht ein Vakuumventil 1 über einen isolieren­ den Stab 12, einen Hebel 10 und eine Kontaktfeder 9 mit einer Welle einer Rolle 8 in Verbindung. Die Rolle 8 ist an einem Sperrhebel 7 rotierbar befestigt und eine Rolle 13 ist an dem vorderen Ende des Sperrhebels 7 drehbar be­ festigt. In dem dargestellten geschlossenen Zustand des Rückschlagventils steht die Rolle 13 mit einer Klaue 14 in Eingriff.

Die Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die Hauptabschnitte des Wirkungsmechanismus, der in einem Zu­ stand vorliegt, in dem ein Stab 5 durch Erregung eines Schließ-Elektromagneten bewegt wird, um die Rolle 8 nach oben zu stoßen. Dieser Stoßvorgang bewirkt, daß eine Öff­ nungs/Schließ-Welle 6 im Uhrzeigersinne gedreht wird, so daß ein beweglicher Kontakt in dem Vakuumventil durch die Kontaktfeder 9, den Hebel 10 und den isolierenden Stab 12 nach unten gestoßen wird, wodurch ein geschlossener Durch­ gang zwischen dem beweglichen Kontakt und einem statio­ nären Kontakt entsteht. Gleichzeitig steht die Klaue 14 wieder mit der Rolle 13 in Eingriff, um den offenen Zu­ stand des Rückschlagventils aufrechtzuerhalten.

Wie vorstehend beschrieben, umfaßt der Wirkungsmechanismus des Rückschlagventils mechanische Teile, die sich relativ zueinander drehen oder im Gleitkontakt miteinander stehen. Insbesondere die Rolle 13 und die Klaue 14 stehen in Ein­ griff miteinander, um den offenen oder geschlossenen Zu­ stand des Rückschlagventils aufrechtzuerhalten, und die Kraft der Kontaktfeder wirkt auf diese Teile ein, was dazu führt, daß diese Teile einer hohen Belastung unterliegen. Wenn die vorliegende Erfindung auf diese Abschnitte an­ gewendet wird, auf die eine hohe Belastung einwirkt, kann eine hohe Betriebs-Zuverlässigkeit des Wirkungsmechanismus über einen langen Zeitraum hinweg erzielt werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die vorlie­ gende Erfindung auf diese mechanischen Teile angewendet wird. Eine Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) 21, wird auf einem mechanischem Teil 20, beispielsweise einer Rolle oder einer Klaue, durch stromlose Ni-B-Plattierung oder stromlose Ni-P-Plattierung erzeugt. Ein Keramikfilm 22 aus beispielsweise TiC, TiN oder TiCN wird auf der Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) gebildet. Wenn die Unterlagenschicht der mechanischen Teile durch stromlose Ni-B-Plattierung erzeugt wurde, betrug die Härte der Unterlagenschicht etwa Hv 700. Wenn die Unterlagenschicht einer Wärmebehandlung bei 600°C, vorzugsweise bei etwa 400°C, unterzogen wurde, stieg die Härte auf etwa Hv 900. Wenn die Unterlagenschicht durch stromlose Ni-P-Plattie­ rung erzeugt wurde, betrug die Härte der Unterlagenschicht etwa Hv 400 bis 500. Wenn die Unterlagenschicht einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, stieg die Härte auf etwa Hv 600 bis 700. Der Grund dafür, warum die Härte durch die Wärmebehandlung anstieg, ist, wie angenommen wird, der, daß B oder P, das sich in Ni löst, wenn die Plattierung beendet ist, sich mit Ni kombiniert unter Bildung einer Verbindung durch die Wärmebehandlung. Wenn die Temperatur auf 600°C oder höher erhöht wird, wächst die Verbindung, so daß die Härte wieder abnimmt. Es ist daher bevorzugt, die Temperatur der Wärmebehandlung auf 600°C oder darun­ ter, insbesondere in der Nähe von 400°C, einzustellen.

Außerdem ist die physikalische Dampfabscheidung (PVD) oder die chemische Plasma-Dampfabscheidung (P-CVD) am besten geeignet für die Erzeugung eines Keramikfilms aus bei­ spielsweise TiC, TiN oder TiCN. Dies ist darauf zurückzu­ führen, daß die Abscheidung bei einer Temperatur von 600°C oder darunter durchgeführt werden kann und daß deshalb die Wärmebehandlung der Unterlagenschicht bei der Bildung des Keramikfilms so durchgeführt wird, daß die Härte der Un­ terlagenschicht erhöht wird.

Vorstehend wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf den Wirkungsmechanismus eines Rückschlagventils (gegen Vakuum) angewendet wurde. Die Er­ findung ist selbstverständlich jedoch nicht auf solche me­ chanischen Teile beschränkt und sie ist auch auf mechani­ sche Teile anwendbar, bei denen Probleme auftreten, die mit den vorstehend erörterten vergleichbar sind.

Während ein Film der durch konventionelle Nickelplattie­ rung erzeugt worden ist, eine Härte von etwa Hv 200 hat, weist eine erfindungsgemäß durch stromlose Ni-P-Plattie­ rung oder stromlose Ni-B-Plattierung erzeugte Unterlagen­ schicht eine wesentlich höhere Härte auf. So beträgt bei­ spielsweise die Härte eines Films, der im Falle einer Ni- P-Plattierung erhalten wird, etwa Hv 400 bis 500 und die­ jenige eines Films, der im Falle einer Ni-B-Plattierung erhalten wird, beträgt etwa Hv 700. Wenn die auf diese Weise erzeugten Unterlagenschichten einer Wärmebehandlung bei 600°C oder darunter, vorzugsweise bei etwa 400°C, un­ terworfen werden, steigt beispielsweise die Härte auf etwa Hv 600 bis 700 oder 900 an und daher weisen die mecha­ nischen Teile eine zufriedenstellende Haltbarkeit auf, selbst wenn sie in einer Kontaktfläche, die einem hohen Oberflächendruck ausgesetzt ist, über einen langen Zeit­ raum hinweg verwendet werden. Als Folge davon werden me­ chanische Teile erhalten, bei denen die Grundierungs­ schichten (Unterlagenschichten) frei von einer Rißbildung sind, und dadurch wird verhindert, daß eine Rostbildung in den entsprechenden Abschnitten auftritt.

Wenn ein Keramikfilm auf der Grundierungsschicht (Unter­ lagenschicht) durch physikalische Dampfabscheidung oder durch chemische Plasma-Dampfabscheidung unter Wärme­ behandlungsbedingungen von 600°C oder darunter, vorzugs­ weise von etwa 400°C oder darunter, erzeugt wird, kann insbesondere die Wärmebehandlung der Unterlagenschicht gleichzeitig mit der Bildung des Films durchgeführt wer­ den, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.

Claims (9)

1. Mechanische Teile, die mechanisch miteinander verbun­ den sind und sich relativ zueinander drehen oder im Gleit­ kontakt miteinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Kontaktfläche mindestens eines der genannten mechanischen Teile durch stromlose Nickelplattierung eine Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) aufgebracht ist und daß auf diese Grundierungsschicht (Unterlagenschicht) ein Keramikfilm aufgebracht ist.

2. Mechanische Teile nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterlagenschicht durch stromlose Ni-P- Plattierung erzeugt worden ist.

3. Mechanische Teile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagenschicht durch stromlose Ni-B- Plattierung erzeugt worden ist.

4. Mechanische Teile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagenschicht einer Wärmebehandlung bei 600°C oder darunter, vorzugs­ weise bei etwa 400°C, unterzogen worden ist.

5. Verfahren zur Erzeugung eines Films auf mechanischen Teilen, die mechanisch miteinander verbunden sind und sich relativ zueinander drehen oder im Gleitkontakt miteinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stu­ fen umfaßt:
die Bildung einer Unterlagenschicht auf einer Kontaktflä­ che der mechanischen Teile durch stromlose Nickelplattie­ rung; und
die Bildung eines Keramikfilms auf der genannten Unterla­ genschicht durch Dampfabscheidung bei 600°C oder darunter, vorzugsweise bei etwa 400°C.

6. Verfahren zur Erzeugung eines Films auf mechanischen Teilen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stromlose Nickelplattierungsverfahren zur Bildung der Un­ terlagenschicht ein stromloses Ni-P-Plattierungsverfahren ist.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Films auf mechanischen Teilen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stromlose Nickelplattierungsverfahren zur Bildung der Un­ terlagenschicht ein stromloses Ni-B-Plattierungsverfahren ist.

8. Verfahren zur Erzeugung eines Films auf mechanischen Teilen nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Dampfabscheidungsverfahren zur Bildung der Keramikschicht ein physikalisches Dampfab­ scheidungsverfahren ist.

9. Verfahren zur Erzeugung eines Films auf mechanischen Teilen nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Dampfabscheidungsverfahren zur Bildung der Keramikschicht ein chemisches Plasma- Dampfabscheidungsverfahren ist.