CH554501A

CH554501A - Achse fuer feinmechanische geraete.

Info

Publication number: CH554501A
Application number: CH1398072A
Authority: CH
Original assignee: Suisse Horlogerie Rech Lab
Priority date: 1971-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1974-09-30

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Achse für feinmechanische Geräte, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Eisenkern und eine auf dessen Oberfläche durch Gasphasenreaktion niedergeschlagene Schicht aus Titannitrid aufweist.

In der Feinmechanik ist es erforderlich, dass die Achsen, insbesondere die Lagerachsen in Messinstrumenten, weitgehend bruch-, verschleiss- und korrosionsfest sind und an der Oberfläche einen möglichst niedrigen Reibungswiderstand zeigen. Als Material wählt man für diesen Zweck daher Stahl, vorzugsweise rostfreien Stahl, Nivapoint (Cobaltlegierung), Hartmetall oder Rubin, wobei jedoch jedes Material die erwünschten Eigenschaften nur zum Teil aufweist, sowohl hinsichtlich der Qualität als auch der Quantität derselben.

Hartmetall- und Rubinachsen sind beispielsweise verhältnismässig stark bruchempfindlich. Hinzu kommt die Frage der Wirtschaftlichkeit des gewählten Materials, denn je aufwendiger die Bearbeitung ist, desto unrentabler ist dessen Verwendung, wobei sich die Ausbeute an einwandfreien Stücken durch eine Vielzahl von Bearbeitungsmassnahmen ausserdem noch verringert. Achsen aus Hartmetall müssen beispielsweise gepresst, gesintert, geschliffen und poliert werden.

Es wurde nun gefunden, dass Achsen aus Eisen, vorzugsweise Stahl, auf deren Oberfläche eine Titannitridschicht abgelagert wurde, alle Forderungen erfüllt, die man an sie stellt. Die Herstellung der Titannitridüberzüge durch Gasphasenreaktion erfolgt nach bekannten Verfahren, vorzugsweise aus einer in Titanhalogenid und Stickstoff und/oder Ammoniak enthaltenden Atmosphäre. Ein Überzug aus Titannitrid kann auch durch Reaktion einer organischen Titanverbindung mit Stickstoff und Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen abgeschieden werden. Die Verfahren der Gasplattierung von Titannitrid und ihre Modifikationen sind u. a. aus den deutschen Patentschriften Nr. 600 374, 970 456,1 056 449, 1 056 450, 1 065 442 und 1 089 240 sowie der britischen Patentschrift Nr. 588 239 und der US-Patentschrift Nr.

2 865 791 bekannt.

Die in bekannter Weise abgeschiedene Titannitridschicht haftet ausgezeichnet auf dem Eisen, wobei die Schichtstärke 1 bis 10 llm, vorzugsweise 2 bis 6 Rm, beträgt und ein Wert für die Mikrohärte dieser Schicht von HVo.os = 1800 bis 2800 kp/ mm2 gemessen werden kann. Die Schicht erweckt einen metallischen Eindruck und sieht messingfarben aus. Achsen aus einer Stahl-Titannitrid-Kombination sind weder spröde noch bruchempfindlich, wie z. B. Hartmetallachsen. Die Herstellung der Stahl-Titannitrid-Achsen ist wesentlich einfacher und billiger als die der Achsen aus Hartmetall und Rubin, da mehrere 10 000 Stück Stahlachsen gleichzeitig mit Titannitrid beschichtet werden können. Der Verschleiss von Titannitrid ist geringer als von Hartmetall und entspricht ungefähr dem von Rubin.

Der Vorteil der Titannitrid-Beschichtung gegenüber der Titancarbid-Beschichtung, wie sie in den schweizerischen Patenten Nr. 452 205 und 455 856 beschrieben wird, besteht vor allem darin, dass auch kohlenstoffarmer Stahl mit Titannitrid beschichtet werden kann, während derselbe für eine Titancarbid-Beschichtung mit ausreichender Haftung zunächst aufgekohlt werden müsste. Schliesslich entfällt bei der Beschichtung mit Titannitrid auch das Zwischenpolieren, das beim Titancarbid erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaffung möglichst wartungsfreier Achsen für Präzisionsmessinstrumente, da der Reibungswiderstand dieser Achsen überraschenderweise so gering ist, dass sich die Schmierung der Lager erübrigt oder zumindest erheblich verringern lässt.

Beispiel
Eine Anzahl Lagerachsen von 1 bis 5 mm Länge und 0,1 mm Durchmesser aus rostfreiem Stahl 18 X C34HV Sandvik, die in Präzisionsmessinstrumenten Verwendung finden, wurden in einem Quarzrohr derart deponiert, dass eine allseitige Beschichtung möglich war. Die zu beschichtenden Lagerachsen lagen im polierten Zustand vor. Über sie wurde nun bei einer Temperatur von 950ob und einem Druck von 100 Torr ein Gasgemisch geleitet, das 94 Vol. Nc Wasserstoff, 4 Vol. Nc Stickstoff und 2 Vol. % Titantetrachlorid enthielt. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 2 1/min und die Beschichtungsdauer 4 Stunden.

Danach waren die Lagerachsen mit einer Titannitridschicht von 5 llm Dicke versehen, wobei es empfehlenwert jedoch nicht notwendig war, die beschichteten Achsen mit Diamantpaste nachzupolieren.

PATENTANSPRUCH

Achse für feinmechanische Geräte, dadurch gekennzeichnet, dass sei einen Eisenkern und eine auf dessen Oberfläche durch Gasphasenreaktion niedergeschlagene Schicht aus Titannitrid aufweist.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Gegenstand der Erfindung ist eine Achse für feinmechanische Geräte, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Eisenkern und eine auf dessen Oberfläche durch Gasphasenreaktion niedergeschlagene Schicht aus Titannitrid aufweist.

In der Feinmechanik ist es erforderlich, dass die Achsen, insbesondere die Lagerachsen in Messinstrumenten, weitgehend bruch-, verschleiss- und korrosionsfest sind und an der Oberfläche einen möglichst niedrigen Reibungswiderstand zeigen. Als Material wählt man für diesen Zweck daher Stahl, vorzugsweise rostfreien Stahl, Nivapoint (Cobaltlegierung), Hartmetall oder Rubin, wobei jedoch jedes Material die erwünschten Eigenschaften nur zum Teil aufweist, sowohl hinsichtlich der Qualität als auch der Quantität derselben.

Hartmetall- und Rubinachsen sind beispielsweise verhältnismässig stark bruchempfindlich. Hinzu kommt die Frage der Wirtschaftlichkeit des gewählten Materials, denn je aufwendiger die Bearbeitung ist, desto unrentabler ist dessen Verwendung, wobei sich die Ausbeute an einwandfreien Stücken durch eine Vielzahl von Bearbeitungsmassnahmen ausserdem noch verringert. Achsen aus Hartmetall müssen beispielsweise gepresst, gesintert, geschliffen und poliert werden.

Es wurde nun gefunden, dass Achsen aus Eisen, vorzugsweise Stahl, auf deren Oberfläche eine Titannitridschicht abgelagert wurde, alle Forderungen erfüllt, die man an sie stellt. Die Herstellung der Titannitridüberzüge durch Gasphasenreaktion erfolgt nach bekannten Verfahren, vorzugsweise aus einer in Titanhalogenid und Stickstoff und/oder Ammoniak enthaltenden Atmosphäre. Ein Überzug aus Titannitrid kann auch durch Reaktion einer organischen Titanverbindung mit Stickstoff und Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen abgeschieden werden. Die Verfahren der Gasplattierung von Titannitrid und ihre Modifikationen sind u. a. aus den deutschen Patentschriften Nr. 600 374, 970 456,1 056 449, 1 056 450, 1 065 442 und 1 089 240 sowie der britischen Patentschrift Nr. 588 239 und der US-Patentschrift Nr.

2 865 791 bekannt.

Die in bekannter Weise abgeschiedene Titannitridschicht haftet ausgezeichnet auf dem Eisen, wobei die Schichtstärke 1 bis 10 llm, vorzugsweise 2 bis 6 Rm, beträgt und ein Wert für die Mikrohärte dieser Schicht von HVo.os = 1800 bis 2800 kp/ mm2 gemessen werden kann. Die Schicht erweckt einen metallischen Eindruck und sieht messingfarben aus. Achsen aus einer Stahl-Titannitrid-Kombination sind weder spröde noch bruchempfindlich, wie z. B. Hartmetallachsen. Die Herstellung der Stahl-Titannitrid-Achsen ist wesentlich einfacher und billiger als die der Achsen aus Hartmetall und Rubin, da mehrere 10 000 Stück Stahlachsen gleichzeitig mit Titannitrid beschichtet werden können. Der Verschleiss von Titannitrid ist geringer als von Hartmetall und entspricht ungefähr dem von Rubin.

Der Vorteil der Titannitrid-Beschichtung gegenüber der Titancarbid-Beschichtung, wie sie in den schweizerischen Patenten Nr. 452 205 und 455 856 beschrieben wird, besteht vor allem darin, dass auch kohlenstoffarmer Stahl mit Titannitrid beschichtet werden kann, während derselbe für eine Titancarbid-Beschichtung mit ausreichender Haftung zunächst aufgekohlt werden müsste. Schliesslich entfällt bei der Beschichtung mit Titannitrid auch das Zwischenpolieren, das beim Titancarbid erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaffung möglichst wartungsfreier Achsen für Präzisionsmessinstrumente, da der Reibungswiderstand dieser Achsen überraschenderweise so gering ist, dass sich die Schmierung der Lager erübrigt oder zumindest erheblich verringern lässt.

Beispiel Eine Anzahl Lagerachsen von 1 bis 5 mm Länge und 0,1 mm Durchmesser aus rostfreiem Stahl 18 X C34HV Sandvik, die in Präzisionsmessinstrumenten Verwendung finden, wurden in einem Quarzrohr derart deponiert, dass eine allseitige Beschichtung möglich war. Die zu beschichtenden Lagerachsen lagen im polierten Zustand vor. Über sie wurde nun bei einer Temperatur von 950ob und einem Druck von 100 Torr ein Gasgemisch geleitet, das 94 Vol. Nc Wasserstoff, 4 Vol. Nc Stickstoff und 2 Vol. % Titantetrachlorid enthielt. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 2 1/min und die Beschichtungsdauer 4 Stunden.

Danach waren die Lagerachsen mit einer Titannitridschicht von 5 llm Dicke versehen, wobei es empfehlenwert jedoch nicht notwendig war, die beschichteten Achsen mit Diamantpaste nachzupolieren.

PATENTANSPRUCH

Achse für feinmechanische Geräte, dadurch gekennzeichnet, dass sei einen Eisenkern und eine auf dessen Oberfläche durch Gasphasenreaktion niedergeschlagene Schicht aus Titannitrid aufweist.