CH319957A - Verfahren zum Aufbringen eines festhaftenden Schutzüberzuges auf feinmechanischen Präzisionsteilen und nach diesem Verfahren erhaltener feinmechanischer Präzisionsteil - Google Patents

Description

  Verfahren zum Aufbringen eines festhaftenden Schutzüberzuges auf feinmechanischen  Präzisionsteilen und nach diesem Verfahren erhaltener feinmechanischer Präzisionsteil    Bei feinmechanischen Teilen höchster Prä  zision, beispielsweise Zahnrädchen,     Ritzeln,     Federn und dergleichen, wie sie bei der     Uhren-          rabrikation    in grossem Ausmasse Verwendung  finden, kommt es sowohl auf höchste Korro  sionsfestigkeit gegenüber chemischen, von der  Atmosphäre, aber auch von den Unterlagen,  beispielsweise von den Ausdünstungen der  Haut ausgehenden., und mechanischen, bei  Gebrauch auftretenden Einwirkungen als  auch auf genaueste Bemessung ihrer Grösse  und     Masshaltigkeit    an.

   Die zulässigen Toleran  zen sind dabei nämlich oft kleiner als ein     Mi-          kron.     



  Falls für diese Präzisionsteile weniger kor  rosionsfeste oder weichere Metalle angewandt  werden sollen, besteht bei der dann erforder  lichen Oberflächenverbesserung die Schwie  rigkeit, dass die meist bekannten Verfahren  erst dann Schichten mit einer ausreichenden  <B>></B>     Sehutn   <B>,</B>     virkung        t'        liefern,        wenn        die        Schichtdicke     bereits die bei den feineren Teilen noch zu  lässige Toleranz überschreitet. Dies trifft bei  spielsweise bei galvanischen Überzügen zu.  Weiterhin besteht der Mangel, dass an ver  schiedenen Oberflächenteilen bei den bekann  ten Vergütungsverfahren, z.

   B. an den Ker  ben und Kanten die Schutzschichten unter  schiedliche Dicke erlangen. Schliesslich ist  noch die Härtung der feinmechanischen Teile    oft mit umständlichen Verfahrensschritten  verbunden.    Bisher wurde noch nicht versucht, feine  Instrumententeile, insbesondere     Uhrwerkteile,     die im Betrieb einer erheblichen mechanischen  Verschleissgefahr     ausgesetzt    sind oder sehr  masshaltig sein müssen, durch Aufdampfen im  Vakuum oder durch Aufbringen dünner  Schichten mittels     Kathodenzerstäubung    zu ver  bessern.

   Man verwendete andere     Vergütungs-          und        Härtungsverfahren,    da man nicht damit  rechnete, dass die unter Wahrung der Wirt  schaftlichkeit mittels     Vakuumbedampfung     oder     Kathodenzerstäubung    zu erzielenden  maximalen Schichtdicken von etwa     1,u.    wirk  lich den einwirkenden Verschleisskräften ge  wachsen sind. Zur Herstellung dickerer  Schutzüberzüge erschienen andere Verfahren  vorteilhafter und     wirtschaftlicher    zu sein.  



  Durch die vorliegende Erfindung ist diese  in der Fachwelt vorherrschende Meinung wi  derlegt worden. Das vorliegende Patent be  trifft ein Verfahren zum Aufbringen eines  festhaftenden Schutzüberzuges auf feinmecha  nischen Präzisionsteilen, insbesondere Uhren  präzisionsteilen, sowie einen nach diesem Ver  fahren erhaltenen     oberflächengeschützten     feinmechanischen Präzisionsteil, insbesondere       Uhrenpräzisionsteil.         Das erfindungsgemässe Verfahren ist da  durch     gekennzeichnet,    dass man im Vakuum  einen in der Gasphase vorhandenen Stoff min  destens auf den dem mechanischen Verschleiss  ausgesetzten Oberflächenbezirken der fein  mechanischen Teile durch Kondensation nie  derschlagen lässt,

   so dass ein porenfreier und  abriebfester Schutzüberzug einer Dicke von  5-1000     Millimikron    gebildet wird, der härter  und korrosionsfester als das Grundmetall ist.  Der nach diesem Verfahren erhaltene fein  mechanische Präzisionsteil ist dadurch gekenn  zeichnet, dass mindestens auf seinen dem me  chanischen Verschleiss ausgesetzten Oberflä  chenbezirken ein porenfreier Überzug einer  Dicke von 5-1000     Millimikron    vorhanden ist,  der härter und korrosionsfester als das Grund  material und mit diesem haftfest verankert ist.  



  Die Überführung niederzuschlagender  Stoffe in die Gasphase kann entweder durch       thermisehe    Verdampfung im Vakuum oder  durch     Kathodenzerstäubung    im Vakuum erfol  gen. Der Schutzüberzug auf den feinmechani  schen Teilen kann also durch     Vakuumauf-          dampfung    oder durch     Kathodenzerstäubung     in einer Gasentladung entstanden sein.  



  Als nach dem erfindungsgemässen Verfah  ren verwendbare Stoffe zur Erzeugung der  Schutzüberzüge kommen insbesondere Metalle  der Nebengruppen der 3. bis 6. Gruppe des  periodischen Systems, Edelmetalle der Neben  reihe der 1. Gruppe sowie Platinmetalle in  Frage. Wenn gleichzeitig mehrere Metalle, wie  Bronzelegierungen, das heisst Kupferlegierun  gen, die einen solchen Legierungspartner  haben, der der Legierung eine besondere Härte  und Korrosionsfestigkeit verleiht, wie z. B.       Beryllium,    in die Gasphase übergeführt wer  den, so scheiden sich Legierungen als Überzüge  auf den feinmechanischen Teilen ab. Als über  züge können auch beständige Oxyde eines Ele  mentes der 2. bis 5.

   Gruppe auf die     feinmeeha-          nischen    Teile aufgebracht werden, insbeson  dere zur Bildung der Aussenschicht, sowie be  ständige Karbide und Gemische von Metallen  und Oxyden, welche gleichzeitig in die Gas  phase übergeführt werden.  



       Als    für die     Überzugsbildung    verwendbare    Metalle seien insbesondere Gold, Titan,     Nile-          kel,        Aluminium,    Chrom, Platin,     Vanadium     und     Rhodium    erwähnt sowie Legierungen wie  Bronze. Unter den für die Schutzüberzugs  bildung verwendbaren beständigen wasser  unlöslichen Metalloxyden kann man     A1.03,          BeO    sowie Oxyde des     Niobs,    Tautals, Titans  und     Siliziums    erwähnen.  



  Die vorliegende     Erfindung    ermöglicht eine  ganz bedeutende     Fortentwicklung    der für die  Herstellung von     Uhrenteilen    und andern Prä  zisionsteilen erforderlichen Technik, die vor  allem bedingt ist durch die innere Struktur  der durch die     Aufbrin-ungsweise    erzeugten  sehr dünnen     Sehutzüberzüge.    Sowohl bei der       Vakuumverdampfung    als auch bei der     Ka-          thodenzerstä.ubung    schlagen sich die Moleküle  oder Atome der verdampften Stoffe - seien es  nun Metalle oder Oxyde - in sehr gleich  mässiger Verteilung     und    dichtester Packung  auf den Oberflächen der 

  Präzisionsteile nieder.  Ferner gelangen sie selbst in die feinsten  Risse und Poren der Oberflächen. Einerseits  wird so der entstehende Überzug ausserordent  lich fest auf der Unterlage verankert und an  derseits eine Dichte erhalten, die bei den an  gewandten Stoffen im normalen kompakten       Zustand    nicht immer vorzufinden ist.

   Die  Schichten sind daher porenfrei und verhin  dern den     Zutritt    von chemisch     angreifenden     Flüssigkeiten oder     Atmosphärilien    zu der  Oberfläche des zu schützenden     Grundmetalles.     Der nach der Erfindung erhaltene Schutzüber  zug besitzt ausserdem noch eine Härte, die so  wohl die des     Grundmetalles    als auch die natür  liche     Härte    des Ü     berzugsstoffes    im kompakten  Zustand weitaus übertreffen kann.  



  Diese genannten Vorzüge sind aber gerade  bei Präzisionsteilen von grösster praktischer  Bedeutung. Verwendet man nämlich für die  Schutzüberzüge edlere Metalle, beispielsweise  Gold, so liegt der Vorteil darin, dass der Gold  überzug zuerst einmal überraschend haftfest  mit dem Grundmetall verbunden ist und dar  über hinaus erheblich härter als gewöhnliches  Gold ist. Dieselben Vorteile werden erzielt mit  z. B. Kupfer,     Niekel,    aber auch mit Legierun  gen, wie Bronzen.

   Werden andere Metalle und      Legierungen angewandt, beispielsweise Chrom  und gewisse Legierungen, beispielsweise     Palla-          diumlegierungen,    die im Normalzustand sehr  hart sind und spröde, so liegt der erzielte  Vorteil in der Tatsache, dass bei der ausser  ordentlich geringen Dicke des     'Überzuges    die  Sprödigkeit nicht ins Gewicht fällt, während  sich die Härte     -,eltend    macht. Die erhaltenen  Metallüberzüge weisen keine Risse auf, trotz  ihrer Härte. Dies ist beispielsweise für die  Erhaltung der     Verformungsfähigkeit    von       Uhrenfedern    sehr wichtig.

   Die erfindungs  gemäss oberflächengeschützten feinmechani  schen Präzisionsteile können also eine näh  harte Struktur aufweisen, das heisst die mecha  nische Elastizität des     Grundmetalles    kann  ganz erhalten bleiben, während die     Oberflä-          ehen    besonders     hart    sind. Für Lagerteile,       Zahnrädchen,        Zahnritzel,    Ankerspitzen und  Klauen der     Hemmungen    in Uhren ist die     Ober-          1.'lä.ehenliärte    von grösster Bedeutung, die also  nach dem erfindungsgemässen Verfahren  schnell und ohne viel Aufwand erhalten wer  den kann.  



       Es    kann für eine weitere Steigerung der  Güte oft noch vorteilhaft sein, im Überzug  nicht. nur ein einziges Metall zu verwenden,  sondern auch noch ein Zwischenmetall, das  eine besonders gute Verankerung aufweist.       Dafür    kommen vor allem Chrom und auch  Kupfer in Frage.  



  Die Härte kann noch dadurch gesteigert  werden,     da.ss    man entweder nach dem Auf  dampfen oder schon gleichzeitig mit dem Auf  dampfen bzw. mit der     Kathodenzerstä.ubung          auf    die Oberflächen     Korpuskularst.rahlen,    wie  Kathoden- oder     lonenstrahlen,    die sich ohne  grossen zusätzlichen Aufwand herstellen lassen,  auftreffen lässt. Dieses Härteverfahren be  nötigt weniger Arbeit als bekannte     Härtungs-          verfahren,    z. B. Einsatzhärtung.  



  Eine noch günstigere     Schutzwirkung    als  bei ausschliesslicher Verwendung von     Metallen     in den Überzügen zum Schützen von Prä  zisionsteilen kann erzielt werden, wenn man  noch beständige Oxyde in den Überzug, sei  es verteilt oder als Zwischen- oder Aussen  schicht desselben einbaut. Der Vorteil liegt    auch noch in der grossen Einfachheit des Her  stellungsverfahrens solcher komplexer, aus  Metallen und Oxyden bestehender Schichten,  da man gleichzeitig oder abwechselnd mit  Metallen Oxyde verdampfen bzw. durch     Ka-          thodenzerstäubung    aufbringen kann.  



  Bei gleichzeitigem Aufbringen von Me  tallen und Oxyden kann man das Mengenver  hältnis zwischen Metall und Oxyd im Laufe  der Beschichtung verkleinern, so dass zur Bil  dung der äussersten Schichten der Überzüge  hauptsächlich nur noch Oxyde zur Konden  sation gelangen.  



  Es kommen als Oxyde insbesondere in  Frage die Oxyde des Aluminiums, Titans, Sili  ziums oder Berylliums. Es ist bekannt, dass  die beispielsweise auf Aluminiumoberflächen  von selbst aufwachsende     Oxy        dschicht    der  Dicke von etwa 5-10     my,    dieser bereits  eine grosse Härte und einen guten Schutz  gegen weitere Oxydation gewährt. Dieselbe,  wenn nicht noch grössere     Schutzwirkung    und  Härtevergrösserung kann der künstliche Ein  bau von     Oxydschichten    in den Schutzüber  zug bringen. Die künstlichen     Oxydhäute    sind  noch weniger porös und weisen eine gleich  mässigere     Struktur    auf als natürlich aufge  wachsene.

   Die Herstellung solcher     Oxydhäute     erfolgt sehr vorteilhaft dadurch, dass die von  der Kathode zerstäubten Metalle mit dem  Sauerstoff in der     Restgasatmosphäre    reagieren  und Oxyde bilden können, die sich dann auf  den zu schützenden Oberflächenteilen nieder  schlagen. Dadurch werden auch Oxyde ver  wendbar, die bisher wegen ihres ganz ausser  ordentlich hohen Schmelzpunktes nicht oder  nur unter grossen Schwierigkeiten sauber ver  dampft werden konnten, z. B.     Tantaloxyd.     An Stelle von Sauerstoff kann auch in der       Restgasatmosphäre    Kohlenmonoxyd vorhan  den sein. Bei der     Zerstäubung    von Metallen  entstehen dann Karbide, die sich niederschla  gen.

   Beispielsweise erhält man auf diese  Weise einen Schutzüberzug grösster Härte und  Korrosionsfestigkeit aus gelbem     Tantalkarbid.     



  Die Dicke der vorgesehenen Metallschich  ten liegt zwischen 5-1000     my    und vorteilhaft  zwischen 10 und 100     m,u,    während die Oxyd-           schicht    wegen ihrer Transparenz auch dicker  sein kann, z. B. bis zu 200 mit oder noch mehr.  Im letzteren Falle kann jedoch eine Verfär  bung der Oberfläche durch     Interferenzwir-          kung    dünner Blättchen eintreten, die entweder  belanglos ist oder bei geeigneter Bemessung  der Dicke in einem     gewünschten    Sinne ge  steuert werden kann, so dass beispielsweise im  Verein mit den metallischen Farben des     über-          zugsmetalles    ein echter Goldton erreicht wer  den kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zum Aufbringen eines festhaf tenden Schutzüberzuges auf feinmechanischen Präzisionsteilen, dadurch gekennzeichnet, dass man im Vakuum einen in der Gasphase vor handenen Stoff mindestens auf den dem me- ehanischen Verschleiss ausgesetzten Ober flächenbezirken der feinmechanischen Teile durch Kondensation niederschlagen lässt, so dass ein porenfreier und abriebfester Schutz überzug einer Dicke von 5-1000 Millimikron gebildet wird, der härter und korrosionsfester als das Grundmetall ist. UNTERANSPRÜCIIE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der niederzuschla gende Stoff durch thermische Verdampfung im Vakuum in die Gasphase übergeführt wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der niederzuschla gende Stoff durch Kathodenzerstäubung im Vakuum in die Gasphase übergeführt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der in der Gas phase vorhandene Stoff mindestens aus einem Edelmetall besteht. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in der Gasphase mehrere Metalle vorhanden sind, die unter Legierungsbildung niedergeschlagen werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass mehrere Stoffe niedergeschlagen werden, so dass der Schutz ; überzug aus mehreren Schichten besteht. G.

   Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zur Bildung der Aussenschicht des Überzuges ein wasserunlösliches Oxid in die Gasphase übergeführt, und niedergeschlagen wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass gleichzeitig ein Metall und ein wasserunlösliches Oxyd in die Gasphase übergeführt und niedergeschlagen werden.

   $. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man ein Metall, das ein wasserunlösliches Oxyd bildet, durch Ka- thodenzerstäubung in einer sauerstoffhaltigen Restgasatmosphä,re in die Gasphase überführt, wobei dieses Metall mit dein Sauerstoff der Restgasatmosphäre unter Bildung des genann ten Oxydes zur Reaktion gelangt, welch letz teres dann niederschlagen wird. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man ein Metall, das ein Karbid bildet, durch Kathodenzerstäubung in einer kohlenmonoxydhaltigen Restgasatmo- sphä.re in die Gasphase überführt,- wobei die ses Metall mit dem Kohlenmonoxyd der Rest gasatmosphäre unter Bildung des genannten Karbides zur Reaktion gelangt, welch letz teres dann niedergeschlagen wird.

   PATENTANSPRUCII II Nach dem Verfahren gemäss Patent anspruch I erhaltener oberflächengeschützter feinmechanischer Präzisionsteil, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens auf seinen dem mechanischen Verschleiss ausgesetzten Ober flächenbezirken ein porenfreier Überzug einer Dicke von 5-1000 Millimikron vorhanden ist, der härter und korrosionsfester als das Grund material und mit diesem haftfest verankert ist. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> 10. Präzisionsteil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Schutzüberzuges aus einem Metall besteht. 11.

   Präzisionsteil nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Schutzüberzuges aus einer Metallegie rung besteht: 1?. Präzisionsteil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Schutzüberzuges aus einem wasser- wilöslichen Metalloxyd besteht. 13. Präzisionsteil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht des Überzuges aus einem Oxyd besteht.

   14. Präzisionsteil nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass im Schutzüber- zug Metalle und Oxyde in Mischung vorhan den sind. 15. Präzisionsteil nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Schutzüberzuges aus einem wasser unlöslichen Metallkarbid besteht.