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DE102005025929A1 - Dampfoxidation von Pulvermetallteilen - Google Patents

Dampfoxidation von Pulvermetallteilen Download PDF

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DE102005025929A1
DE102005025929A1 DE102005025929A DE102005025929A DE102005025929A1 DE 102005025929 A1 DE102005025929 A1 DE 102005025929A1 DE 102005025929 A DE102005025929 A DE 102005025929A DE 102005025929 A DE102005025929 A DE 102005025929A DE 102005025929 A1 DE102005025929 A1 DE 102005025929A1
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Hyung Kyu Peoria Yoon
Thomas E. Peoria Clements
Daniel Patrick Aurora Vertenten
David Anthony East Peoria Cusac
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Caterpillar Inc
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Caterpillar Inc
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Abstract

Ein Verfahren zum Formen einer Oxidschicht auf einem Pulvermetallteil weist auf, das Pulvermetallteil einem Dampfoxidationsprozess auszusetzen. Eine Oxidschicht wird auf dem Pulvermetallteil geformt. Die Oxidschicht hat eine Dicke von mehr als 7 Mikrometern.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf Pulvermetallurgie gerichtet, und insbesondere auf ein Verfahren zum Formen einer Schutzschicht auf Pulvermetallteilen.
  • Hintergrund
  • Für viele Anwendungen kann die Pulvermetallurgie eine wünschenswerte Alternative zu herkömmlich hergestellten Eisen- und Nicht-Eisen-Teilen vorsehen. Der pulvermetallurgische Prozess bezieht das Mischen von Elementen- oder Legierungspulvern ein, weiter die Verdichtung der Mischung in einer Form und das Sintern der resultierenden Teile, um metallurgisch die Pulvermetallpartikel zu verbinden. Somit können verschiedene Teile, einschließlich jener mit komplexen Profilen, ohne die Kosten hergestellt werden, die mit maschinellen Bearbeitungsprozessen assoziiert sind.
  • Da die Anwendungen für Pulvermetallteile zunehmen, werden jedoch Pulvermetalle immer mehr in tribologisch beanspruchten Umgebungen eingesetzt (beispielsweise Umgebungen, die Reibung, Abnutzung, Fressen oder andere Arten von physischer Beanspruchung aufweisen). Pulvermetallteile besitzen jedoch relativ niedrige Abnutzungs- und Fressbeständigkeit, was in vorzeitigen Versagensfällen resultieren kann, insbesondere bei vielen Gleitanwendungen.
  • Die Pulvermetallurgie kann verwendet werden, um Komponenten herzustellen, wie beispielsweise Druckknöpfe bzw. Axialanlagen und Schubscheiben bzw. Axiallagerscheiben, die tribologisch beanspruchte Umgebungen erfahren können. Diese Komponenten können Lagerflächen aufweisen, und zwar in einer Vielzahl von Anwendungen, die Dreh- und Gleitanwendungen und Anwendungen mit auftreffender Kraft und andere geeignete Anwendungen mit aufweisen. Schubscheiben und Schubknöpfe bzw. Axiallagerknöpfe können im Antriebsstrang einer Maschine vorgesehen sein, um eine Abnutzung aufgrund von Fressen oder von Reibungsgleitvorgängen von verschiedenen Komponenten eines Antriebsstrangsystems zu minimieren oder zu verhindern (beispielsweise Planetenträger, Planetenkissen, Sonnenräder, Hohlräder, Seitenräder, Antriebswellen usw.). Wegen der relativ niedrigen Abnutzungs- und Fressbeständigkeit von Pulvermetall-Druckknöpfen und Axiallagerscheiben, können diese Komponenten häufigen Ersatz erfordern. Somit gibt es eine Notwendigkeit, die Abnutzung und die Fressbeständigkeit von Pulvermetallteilen zu steigern, um die Betriebslebensdauer von Komponenten zu verlängern, die Pulvermetall-Druckscheiben bzw. Pulvermetall-Axiallagerscheiben und Druckknöpfe und anderes aufweisen.
  • Mindestens ein Prozess zur Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit von Pulvermetallteilen ist vorgeschlagen worden. Wie beispielsweise im ASM-Handbook: Powder Metal Technologies and Applications (Vol. 7) (Pulvermetalltechnologien und Anwendungen) beschrieben wird, können Pulvermetallteile einem Dampfoxidationsprozess unterworfen werden, um die Abnutzungsbeständigkeit von diesen Teilen zu verbessern. Gemäß dem beschriebenen Prozess werden die Pulvermetallkomponenten in einer Dampfatmosphäre bei Temperaturen zwischen 510°C und 570°C aufgeheizt, um eine Oxidoberflächenschicht zu bilden. Diese Schicht kann beträchtlich härter sein als das Pulvermetallbasismaterial und kann dazu dienen, irgendeine Oberflächenporosität der Komponenten zu füllen. Wie im ASM-Handbook bemerkt, wird jedoch die Anhaftung der Oberflächenschicht an dem darunter liegenden Pulvermetallbasismaterial stark durch die Verarbeitungszeit und die Verarbeitungstemperatur beeinflusst, die bei der Dampfoxidationstechnik verwendet wird. Bei Prozesstemperaturen über 570°C kann eine Grübchenbildung oder ein Ausbrechen der Oberflächenoxidschicht auftreten. Weiterhin zeigt das ASM-Handbook, dass um eine Grübchenbildung der Oberflächenschicht aufgrund Oberflächenzugspannungen zu vermeiden, die maximale Dicke der Oberflächenoxidschicht 7 Mikrometer nicht überschreiten sollte.
  • Während der in dem ASM-Handbook offenbarte beschriebene Dampfoxidationsprozess die Abnutzungs- und Grübchenbildungsbeständigkeit von gewissen Pulvermetallteilen vergrößern kann, kann die Oberflächenoxidschicht, die von dem beschriebenen Prozess gebildet wird, für viele Anwendungen inadäquat sein. Beispielsweise können viele Teile, wie beispielsweise Schubknöpfe und Axiallager- bzw. Druckscheiben beispielsweise Umgebungen ausgesetzt werden, wo die Abnutzungsbeständigkeit und Fressbeständigkeit unzureichend sein kann, die von einer Oberflächenoxidschicht von weniger als 7 Mikrometern vorgesehen wird. Als eine Folge kann der Dampfoxidationsprozess, der in dem ASM-Handbook beschrieben wird, nicht die Service-Lebensdauer von gewissen Pulvermetallteilen um ein nennenswertes Ausmaß steigern.
  • Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der Probleme der Dampfoxidationstechnik des Standes der Technik zu überwinden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Formen einer Oxidschicht auf einem Pulvermetallteil auf. Das Verfahren kann aufweisen, dass Pulvermetallteil einem Dampfoxidationsprozess zu unterwerfen und eine Oxidschicht auf dem Pulvermetallteil zu formen. Die Oxidschicht hat eine Dicke von mehr als 7 Mikrometern.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Pulvermetallkomponente mit mindestens einer Abriebsfläche auf. Eine Oxidschicht kann auf der mindestens einen Abriebsfläche bzw. Abnutzungsfläche der Pulvermetallkomponente angeordnet sein. Die Oxidschicht hat eine Dicke von mehr als 7 Mikrometern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ofenvorrichtung, die für die Dampfoxidation von Pulvermetallteilen gemäß der vorliegenden Verfahren verwendet wird.
  • 2 ist eine bildliche Darstellung einer optischen Mikrodarstellung eines Querschnittes einer Pulvermetallkomponente mit einer Schutzoxidschicht, die durch ein beispielhaftes Dampfoxidationsverfahren geformt wird.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung, die zum Sammeln von Grübchenbildungsleistungsdaten verwendet wird.
  • 4 ist eine Kurvendarstellung der Grübchenbildungsdaten für eine Pulvermetallkomponente ohne schützende Oxidschicht.
  • 5 ist eine Kurvendarstellung von Grübchenbildungsdaten für eine Pulvermetallkomponente mit einer Schutzoxidschicht, die von einem beispielhaften Dampfoxidationsverfahren gebildet wird.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 sieht eine schematische Darstellung eines Ofens 10 zur Ausführung der offenbarten Dampfoxidationsbehandlung der Pulvermetallteile vor. Der Ofen 10 kann eine Temperatursteuervorrichtung 12, ein Dampfversorgungsventil 14, das mit einer (nicht gezeigten) Dampfquelle verbunden ist, ein Auslassventil 16, eine Ofenkammer 18 und ein oder mehrere (nicht gezeigte) Heizelemente aufweisen.
  • In einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel kann die Pulvermetallkomponente in der Ofenkammer 18 angeordnet werden, und die Temperatursteuervorrichtung 12 kann verwendet werden, um ein erwünschtes Zeit-Temperatur-Profil innerhalb der Ofenkammer 18 zu erzeugen. Die Temperatursteuervorrichtung 12 kann manuell gesteuert werden oder kann automatisiert werden, so dass ein Computer oder eine andere Steuervorrichtung die Temperatursteuervorrichtung 12 dahingehend einstellen kann, dass sie zu einem vorbestimmten oder programmierten Zeit-Temperatur-Profil in der Ofenkammer 18 passt.
  • Das Dampfversorgungsventil 14 kann eingestellt werden, um eine Dampfmenge zu steuern, die in die Ofenkammer 18 eingelassen wird. Während des offenbarten Dampfoxidationsprozesses kann das Dampfversorgungsventil 14 in einer vollständig offenen Position, in einer vollständig geschlossenen Position oder in irgendeiner teilweise offenen Position angeordnet werden. Weiterhin kann, wie die Temperatursteuervorrichtung 12, das Dampfversorgungsventil 14 entweder manuell oder automatisch eingestellt werden (beispielsweise unter Verwendung einer Steuervorrichtung und einer oder mehreren Betätigungsvorrichtungen), um ein erwünschtes Profil von Dampf gegenüber der Zeit in der Ofenkammer 18 vorzusehen.
  • In ähnlicher Weise kann das Auslassventil 16 eingestellt werden, um weiter die Dampfmenge in der Ofenkammer 18 zu steuern. Beispielsweise minimiert das Auslassventil 16 in einer geschlossenen Position den Fluss des Dampfes aus der Ofenkammer 18 oder verhindert Idealerweise diesen. In einem teilweise bis vollständig geöffneten Zustand kann das Auslassventil 16 verwendet werden, um die Flussrate des Dampfes durch die Ofenkammer 18 zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel kann das Auslassventil 16 manuell oder automatisch eingestellt sein, weiter getrennt oder gleichzeitig mit dem Dampfversorgungsventil 14, um die erwünschte Dampfflussrate durch die Ofenkammer 18 vorzusehen. In dieser Weise kann die Dampfflussrate irgendwo zwischen einem Fluss von Null und einer maximalen Flussrate reguliert werden. Bei gewissen Anwendungen kann die Dampfflussrate gesteuert werden, um gemäß einem vorbestimmten Zeit-Flussraten-Profil zu variieren.
  • Der offenbarte Dampfoxidationsprozess kann mit irgendeiner geeigneten Pulvermetallkomponente verwendet werden. Metalle, die verwendet werden können, um Pulvermetallkomponenten herzustellen, können beispielsweise Folgendes aufweisen: Aluminium, Antimon, Beryllium, Bismut, Messing, Bronze, Kohlenstoffstahl, Chrom, Kobalt, Kupfer, Kupferlegierungen, mit Kupfer infiltrierten Stahl, Kupferstahl, mit Kupfer infiltriertes Eisen, Gold, Eisen, Eisenstahl, Eisen-Kupfer-Stahl, Eisen-Nickel-Stahl, niedrig legierten Stahl, Magnesium, Mangan, Molybdän, Nickel, Nickel-Silber, Nickel-Stahl, Palladium, Platin, Silber, durch Sintern gehärteter Stahl, rostfreier Stahl, Stahl, Tantal, Zinn, Titan, Wolfram, Wolframcarbid und irgendwelche geeigneten Legierungen dieser Materialien.
  • Im Fall von Eisenpulvermetallteilen kann die Dampfoxidation gemäß dem offenbarten Prozess eine Schicht aus Eisenoxid entsprechend der folgenden chemischen Reaktion bilden: 3 Fe + 4 H2O (Dampf) -> Fe3O4 + H2(Gas) .
  • Durch diese Reaktion kann somit die Oxidschicht, die auf einem Eisenpulvermetallteil geformt wird, Eisenoxid (Fe3O4) aufweisen. Der offenbarte Dampfoxidationsprozess kann die Aufheizung eines Pulvermetallteils in vorbestimmter Weise aufweisen, und das Aussetzen einer Pulvermetallkomponenten gegenüber Dampf. Die Komponenten kann dem Dampf zu vorbestimmten Zeiten ausgesetzt sein, während die Komponente aufgeheizt wird, und zwar für vorbestimmte Zeitperioden.
  • In einem offenbarten Ausführungsbeispiel kann der Dampfoxidationsprozess das Einsetzen von einem oder mehreren Pulvermetallteilen in die Ofenkammer 18 des Ofens 10 aufweisen. Die Temperatur in der Ofenkammer 18 kann auf eine erste Temperatur angehoben werden und für eine erste vorbestimmte Zeitdauer gehalten werden. Die erste Temperatur kann in einem Bereich von ungefähr 350°C bis ungefähr 390°C sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die erste Temperatur ungefähr 360°C sein. Die erste vorbestimmte Zeitdauer kann zwischen ungefähr 1 und ungefähr 2 Stunden sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die erste vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 1,5 Stunden sein.
  • Als nächstes kann Dampf in die Ofenkammer 18 unter Verwendung des Dampfversorgungsventils 14 eingeleitet werden. Ein Dampffluss kann aufrechterhalten werden durch Betätigung des Auslassventils 16 und indem man gestattet, dass Dampf in die Kammer durch das Dampfversorgungsventil 14 fließt. Die Menge des Dampfes, die in die Ofenkammer 18 eingelassen wird, kann ausreichend sein, um einen positiven Druck in der Ofenkammer 18 aufrecht zu erhalten.
  • Sobald der Dampf eingeleitet worden ist, kann die Temperatur in der Ofenkammer 18 auf eine zweite Temperatur angehoben werden, und kann für eine zweite vorbestimmte Zeitperiode gehalten werden. Die zweite Temperatur kann in einem Bereich von ungefähr 460°C bis ungefähr 500°C sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die zweite Temperatur ungefähr 482°C sein. Die zweite vorbestimmte Zeitperiode kann zwischen ungefähr 10 und 30 Minuten liegen. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die zweite vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 20 Minuten sein.
  • Als nächstes kann das Auslassventil 16 geschlossen werden, um eine Dampfumgebung in der Ofenkammer 18 zu halten, jedoch ohne kontinuierliche Flussversorgung mit Dampf (beispielsweise kann das Dampfversorgungsventil 14 offen bleiben, während aus Auslassventil 16 geschlossen ist). Der Dampf kann in der Ofenkammer 18 für eine dritte vorbestimmte Zeitperiode gehalten werden. Die dritte vorbestimmte Zeitperiode kann zwischen ungefähr 15 und 45 Minuten sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die dritte vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 30 Minuten sein.
  • Die Temperatur in der Ofenkammer 18 kann dann auf eine dritte Temperatur angehoben werden und für eine vierte vorbestimmte Zeitdauer gehalten werden. Die dritte Temperatur kann in einem Bereich von ungefähr 570°C bis ungefähr 610°C sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die dritte Temperatur ungefähr 593°C sein. Die vierte vorbestimmte Zeitperiode kann zwischen ungefähr 30 Minuten und 1 Stunde sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die vierte vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 45 Minuten sein.
  • Dann kann die Temperatur in der Ofenkammer 18 auf eine vierte Temperatur reduziert werden, das Dampfversorgungsventil 14 kann geschlossen werden und das Auslassventil 16 kann geöffnet werden, um zu gestatten, dass übermäßiger Dampf entweicht. Schließlich können die Pulvermetallteile in Öl abgeschreckt bzw. eingetaucht werden. Die vierte Temperatur kann in einem Bereich von ungefähr 350°C bis ungefähr 390°C sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die vierte Temperatur ungefähr 371 °C sein.
  • Dieser offenbarte Dampfoxidationsprozess kann eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Pulvermetallteils bilden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Oxidschicht eine Dicke von mehr als 7 Mikrometern haben. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Oxidschicht eine Dicke zwischen ungefähr 8 Mikrometern und ungefähr 11 Mikrometern haben. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Oxidschicht eine Dicke von zwischen ungefähr 9 Mikrometern und ungefähr 10 Mikrometern haben.
  • 2 ist eine bildliche Darstellung einer optischen Mikrodarstellung im Querschnitt einer Pulvermetallprobe 20, die durch das offenbarte Dampfoxidationsverfahren geformt wird. Die Mikrokurvendarstellung der 2 wurde unter Verwendung eines optischen Mikroskops Olympus AX-70 erhalten. Wie gezeigt weist die Probe 20 ein Pulvermetallbasismaterial 22 und eine Schutzoxidschicht 24 auf, die auf dem Basismaterial 22 ausgeformt ist. Die Oxidschicht 24 bietet eine im Wesentlichen gleichförmige Abdeckung einer Oberfläche des Basismaterials 22. Die Dicke der Oxidschicht 24 ist größer als 7 Mikrometer, und eine durchschnittliche Dicke der Oxidschicht 24 ist zwischen ungefähr 8 Mikrometern und ungefähr 11 Mikrometern. Ein signifikanter Teil der Oxidschicht 24, wie in 2 gezeigt, hat eine durchschnittliche Dicke von ungefähr 9 Mikrometern.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Der offenbarte Dampfoxidationsprozess kann die tribologische Leistung von Pulvermetallkomponenten verbessern. Beispielsweise kann die Oxidschicht, die auf der Oberfläche dieser Komponenten geformt wird, widerstandsfähiger gegen Abnutzung und Grübchenbildung sein als das darunter liegende Pulvermetallmaterial. Somit können die Pulvermetallteile und die Prozesse der vorliegenden Offenbarung bei vielen Anwendungen verwendet werden, wo Pulvermetallteile mit verbesserter Abnutzungs- und Grübchenbildungsbeständigkeit erwünscht sein können. Einige beispielhafte Anwendungen für die offenbarten Dampfoxidationsprozesse und Schutzschichten können Druckscheiben, Druckknöpfe, Drucklager bzw. Axiallager, Hülsenlager, Brennstoffpumpenrotoren, Kettenräder, Zahnräder, Nocken, Rollen, Ritzel, Kolben, Wellenplatten, Ventilführungen, Ventilsitze, Ventiltriebe, Ventilplatten, Rotoren, Rollenhalter, Schneckenräder, Schaltnocken, Gleithülsen, Starterzahnräder, Flansche, Zylinder, Verbindungsstangen, Magnetbetätigungsvorrichtungen, mechanische Dioden, geradverzahnte Zahnräder und viele andere geeignete Komponenten aufweisen.
  • Die physischen Eigenschaften einer Oxidschicht, die auf einem Pulvermetallteil durch eine Dampfoxidation geformt werden, können von den Verarbeitungsbedingungen und Verarbeitungsschritten abhängen, die verwendet werden, um die Schicht zu formen. Beispielsweise ermöglicht im Gegensatz zu den Dampfoxidationsprozessen des Standes der Technik der offenbarte Dampfoxidationsprozess die Erzeugung von dickeren Oxidschichten als jenen bei herkömmlichen Prozessen. Diese dickeren Oxidschichten können einen zusätzlichen Schutz gegen Abnutzung und gegen andere physische Beanspruchungen bieten, die von einer Pulvermetallkomponente erfahren werden. Weiterhin tendieren die dickeren Oxidschichten (beispielsweise mehr als 7 Mikrometer), die durch den offenbarten Dampfoxidationsprozess möglich gemacht werden, nicht dazu, von dem Pulvermetallbasismaterial abzublättern, wie die Oxidschichten, die durch herkömmliche Prozesse gebildet werden.
  • Pulvermetallkomponenten mit einer Schutzoxidschicht, die gemäß dem offenbarten Dampfoxidationsprozess geformt wird, haben signifikante Beständigkeit gegen Fressen gezeigt. 3 sieht eine schematische Veranschaulichung einer Block-Ring-Testvorrichtung 40 vor, die zur Messung der Grübchenbildungsbeständigkeit verwendet wird. Die Grübchenbildung ist ein Zustand, der resultieren kann, wenn zwei Oberflächen in gleitendem Kontakt und unter Last zusammen gepasst werden. Wärme, die durch Reibung zwischen den Oberflächen erzeugt wird, kann bewirken, dass ein lokales Aufschmelzen und/oder Aufschweißen auftritt. Als eine Folge kann Material von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche und umgekehrt übertragen werden, und die zusammenpassenden Oberflächen können rauher werden. Die zusätzliche Rauhigkeit bewirkt mehr Reibung, was noch mehr Wärme erzeugt und weitere fressende Komponenten.
  • Die Block-Ring-Testvorrichtung 40 kann einen stationären Probenblock 44 aufweisen, der eine zu messende Materialprobe aufweist. Der Probenblock 44 ist in Kontakt mit einem sich drehenden Ring 46. Durch Drücken des sich drehenden Rings 46 gegen den Probenblock 44 mit einer bekannten Kraft und durch Überwachung der Beständigkeit der Gleitschnittstelle zwischen dem sich drehenden Ring 46 und dem Block 44 kann der Reibungskoeffizient des Probenblockes 44 bestimmt werden. Zu vorbestimmten Zeitintervallen kann die auf dem sich drehenden Ring 46 aufgebrachte Last inkrementell gesteigert werden und der Effekt auf den Reibungskoeffizienten kann beobachtet werden. Das Einsetzen des Fressens kann als eine abrupte Steigerung des beobachteten Reibungskoeffizienten des Probenblockes 44 erscheinen.
  • Testbedingungen
    Figure 00110001
  • Die Kurve 58 in 4 stellt die Reibungskoeffizientendaten dar, die für eine Pulvermetallkomponente ohne Oxidschicht gesammelt wurden, die durch eine Dampfoxidation gebildet wurden. Wie durch die Kurve 58 gezeigt, reichte der Reibungskoeffizient für die nicht beschichtete Probe von ungefähr 0,06 bis ungefähr 0,08, bis die aufgebrachte Last auf 55 Ibf gesteigert wurde. Unter dieser Belastung zeigt die Kurve 58 eine starke Zunahme des Reibungskoeffizienten der unbeschichteten Pulvermetallprobe. Somit trat für die Pulvermetallprobe, die keine schützende Oxidschicht besaß, ein Versagen durch Fressen zu einem Zeitpunkt von ungefähr 6,5 Minuten und unter einer Belastung von ungefähr 55 Ibf auf.
  • 5 ist eine Kurvendarstellung von Fressdaten, die für eine Pulvermetallkomponente mit einer schützenden Oxidschicht erhalten wurden, die durch ein beispielhaftes offenbartes Dampfoxidationsverfahren gebildet wurde. Die Kurve 60 stellt die Belastung dar, die auf dem sich drehenden Ring 46 aufgebracht wird, und zwar als eine Funktion der Zeit. Insbesondere wurde die Last progressiv um 10 Ibf ungefähr in Intervallen von 1 Minute erhöht, bis ein Versagen durch Fressen auftrat. Der Test wurde bei einer Gleitgeschwindigkeit von 1,84 m/s ausgeführt. Die Kurve 62 stellt die Reibungskoeffizientendaten dar, die für die oxidbeschichtete Pulvermetallkomponente gesammelt wurden. Wie von der Kurve 62 gezeigt, reichte der Reibungskoeffizient für die Probe von ungefähr 0,07 bis ungefähr 0,1, bis die aufgebrachte Last auf ungefähr 400 Ibf gesteigert wurde. Unter dieser Belastung zeigt die Kurve 62 eine scharte Steigung des Reibungskoeffizienten der beschichteten Pulvermetallprobe. Somit trat bei der Pulvermetallprobe, die eine Schutzoxidbeschichtung besitzt, die durch den offenbarten Dampfoxidationsprozess gebildet wird, ein Versagen durch Fressen zu einem Zeitpunkt von ungefähr 43 Minuten und unter einer Belastung von ungefähr 400 Ibf auf, was nahezu eine achtfache Steigerung mit Bezug auf die Fressbeständigkeitsleistung der unbeschichteten Probe ist, wie von der Kurve 58 in 4 dargestellt.
  • Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den Dampfoxidationsverfahren und Oxidschichten vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich werden andere Ausführungsbeispiele der Dampfoxidationsverfahren und Oxidschichten dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bildung einer Oxidschicht (24) auf einem Pulvermetallteil (20), das Folgendes aufweist: Unterwerten des Pulvermetallteils einem Dampfoxidationsprozess; und Formen einer Oxidschicht auf dem Pulvermetallteil; wobei die Oxidschicht eine Dicke von mehr als 7 Mikrometern hat.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Oxidschicht zwischen ungefähr 8 Mikrometern und ungefähr 11 Mikrometern ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Unterwerfen von mindestens einem Pulvermetallteil einem Dampfoxidationsprozess weiter Folgendes aufweist: Anordnen des Pulvermetallteils in einem Ofen (10); Steigerung der Temperatur des Ofens auf eine erste Temperatur und Halten der ersten Temperatur für eine erste vorbestimmte Zeitdauer; und Einleiten von Dampf in den Ofen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Temperatur zwischen ungefähr 350°C und ungefähr 390°C ist, wobei die erste vorbestimmte Zeitperiode zwischen 1 und 2 Stunden ist, und wobei das Einleiten von Dampf in den Ofen das Leiten von Dampf durch den Ofen aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiter Folgendes aufweist: Anheben der Temperatur des Ofens auf eine zweite Temperatur und Halten der zweiten Temperatur für eine zweite vorbestimmte Zeitperiode; Halten des Dampfes in dem Ofen in einem im Wesentlichen nicht fließenden Zustand für eine dritte vorbestimmte Zeitperiode; Anheben der Temperatur in dem Ofen auf eine dritte Temperatur und Halten der dritten Temperatur für eine vierte vorbestimmte Zeitperiode; Reduzieren der Temperatur in dem Ofen auf eine vierte Temperatur; und Abschrecken des Pulvermetallteils.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Temperatur zwischen ungefähr 460°C und ungefähr 500°C ist, wobei die zweite vorbestimmte Zeitperiode zwischen 10 und 30 Minuten ist, wobei die dritte vorbestimmte Zeitperiode zwischen 15 und 45 Minuten ist, wobei die dritte Temperatur zwischen ungefähr 570°C und ungefähr 610°C ist, wobei die vierte vorbestimmte Zeitperiode zwischen 30 Minuten und 1 Stunde ist, und wobei die vierte Temperatur zwischen ungefähr 350°C und ungefähr 390°C ist.
  7. Pulvermetallkomponente, die Folgendes aufweist: mindestens eine Abnutzungsfläche; und eine Oxidschicht (24), die auf der mindestens einen Abnutzungsfläche der Pulvermetallkomponente angeordnet ist; wobei die Oxidschicht eine Dicke von mehr als 7 Mikrometern hat.
  8. Pulvermetallkomponente nach Anspruch 7, wobei die Pulvermetallkomponente einen Druckknopf aufweist.
  9. Pulvermetallkomponente nach Anspruch 7, wobei die Pulvermetallkomponente eine Druckscheibe aufweist.
  10. Pulvermetallkomponente nach Anspruch 7, wobei die Oxidschicht Eisenoxid aufweist, und wobei die Dicke der Oxidschicht zwischen ungefähr 8 Mikrometern und ungefähr 11 Mikrometern ist.
DE102005025929A 2004-07-29 2005-06-06 Dampfoxidation von Pulvermetallteilen Withdrawn DE102005025929A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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US10/901,366 2004-07-29
US10/901,366 US7520940B2 (en) 2004-07-29 2004-07-29 Steam oxidation of powder metal parts

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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8196797B2 (en) * 2006-05-23 2012-06-12 Federal-Mogul Corporation Powder metal ultrasonic welding tool and method of manufacture thereof
CN102615285A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 兴城市粉末冶金有限公司 一种车用粉末冶金abs齿圈处理方法
CA2878525C (en) * 2012-07-09 2020-04-14 Stackpole International Powder Metal, Ulc Fuel cell interconnector and method for making a fuel cell interconnector
CN102828142B (zh) * 2012-08-28 2014-05-21 东睦(江门)粉末冶金有限公司 一种活塞产品的水蒸汽处理方法
JP5789866B2 (ja) * 2013-06-12 2015-10-07 住友電工焼結合金株式会社 鉄系焼結部品の封孔処理方法
CN103551560B (zh) * 2013-09-29 2015-07-01 鞍钢实业微细铝粉有限公司 一种改性铝粉的制造方法
US9759304B2 (en) * 2015-01-28 2017-09-12 Steering Solutions Ip Holding Corporation Powder metal hub and treatment
US9737964B2 (en) 2015-05-18 2017-08-22 Caterpillar Inc. Steam oxidation of thermal spray substrate
US20210188655A1 (en) * 2017-06-20 2021-06-24 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Methods of synthesizing metal oxide nanostructures and photocatalytic water treatment applications of same
US20180363125A1 (en) * 2017-06-20 2018-12-20 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Method of forming high surface area metal oxide nanostructures and applications of same
DE102017218123A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-11 Mahle International Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzrings auf pulvermetallurgischem Wege
CN113463012A (zh) * 2021-05-26 2021-10-01 扬州立德粉末冶金股份有限公司 一种制备铁基粉末冶金零部件的高性能表面膜层的方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3751005A (en) * 1971-11-30 1973-08-07 Westinghouse Electric Corp Powdered metal valve plate assembly
DE2503763C3 (de) 1975-01-30 1978-03-16 Uranit Uran-Isotopentrennungs- Gesellschaft Mbh, 5170 Juelich Verfahren zur Bildung einer korrosionsverhütenden, oxidischen Schutzschicht auf korrosionsempfindlichen Stählen
JPS5825745B2 (ja) * 1975-07-31 1983-05-30 株式会社不二越 テツコウセイヒンノ サンカヒマクケイセイホウ
DE2652293C2 (de) * 1976-11-17 1978-09-14 Uranit Uran-Isotopentrennungs- Gesellschaft Mbh, 5170 Juelich Verfahren zur Bildung einer korrosionsverhütenden, oxidischen Schutzschicht auf Stählen, insbesondere Maragingstählen
JPS55164003A (en) * 1979-06-08 1980-12-20 Toshiba Corp Manufacture of sintered iron parts
US4297150A (en) 1979-07-07 1981-10-27 The British Petroleum Company Limited Protective metal oxide films on metal or alloy substrate surfaces susceptible to coking, corrosion or catalytic activity
JPS56169705A (en) * 1980-05-31 1981-12-26 Toshiba Corp Manufacture of iron-based sintered parts having pressure resistance
US4602690A (en) * 1980-12-11 1986-07-29 Exxon Production Research Co. Detachable apparatus for preventing differential pressure sticking in wells
EP0229325B1 (de) 1981-10-15 1995-01-04 LUCAS INDUSTRIES public limited company Verfahren zur Herstellung korrosionsbeständiger Werkstücke aus Stahl
US4501613A (en) * 1982-07-22 1985-02-26 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Wear resistant sintered body
JPS59215487A (ja) * 1983-05-19 1984-12-05 Brother Ind Ltd 被処理品の黒化処理方法及びその黒化処理装置
KR0150198B1 (ko) 1988-10-31 1998-10-15 와따나베 히로시 바늘형상의 합금자성 분말 및 그 제조방법과 이것을 사용한 자기기록매체
JPH04193081A (ja) * 1990-11-27 1992-07-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 超音波モーターのステーター部材及びその製造方法
US5413642A (en) 1992-11-27 1995-05-09 Alger; Donald L. Processing for forming corrosion and permeation barriers
US5561834A (en) * 1995-05-02 1996-10-01 General Motors Corporation Pneumatic isostatic compaction of sintered compacts
US5741372A (en) * 1996-11-07 1998-04-21 Gugel; Saveliy M. Method of producing oxide surface layers on metals and alloys
JP2000170791A (ja) * 1998-09-29 2000-06-20 Nippon Piston Ring Co Ltd シンクロナイザーリング
US6106429A (en) 1999-05-17 2000-08-22 Caterpillar Inc. Thrust washer for a planetary gear assembly
US6531517B1 (en) 2000-08-01 2003-03-11 Exxonmobil Research And Engineering Company Process for increasing carbon monoxide hydrogenation activity of catalysts via low temperature oxidation with water, steam or mixture thereof
JP4758595B2 (ja) * 2002-09-27 2011-08-31 株式会社ダイヤメット 動圧発生溝を備えた軸受

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