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O+P Fluidtechnik 4/2017

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O+P Fluidtechnik 4/2017

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG DICHTUNGEN TITEL ALTERNATIVEN ZU CHROM VI UND DIE AUSWIRKUNGEN AUF DICHTSYSTEME Thomas Papatheodorou Mit Global Shield TM hat die Parker Hydraulics Group eine Oberflächenbeschichtung geschaffen, die eine mit handelsüblichen Hartchrom-Kolbenstangenbeschichtungen vergleichbare Funktionalität bietet. Mit dieser Beschichtung gibt es nunmehr eine Alternative zu Hartchrom-Beschichtungen mit prozessbedingter Entstehung des hexavalenten Chroms. Dieser Fachbeitrag informiert über das Leistungsverhalten von Hydraulik-Stangendichtungen auf ChromVI-freien Kolbenstangen mit Global-Shield TM -Beschichtung. 60 O+P Fluidtechnik 4/2017

DICHTUNGEN Schon seit Ende der 80er Jahre gibt es in der Industrie aufgrund von Umweltbestrebungen den Trend, Chrom-VIhaltige Hartchrom-Beschichtungen durch alternative Chrom-VI-freie Verfahren zu ersetzen. Vor allem von Seiten der Endverbraucher und auch der Gesetzgebung wurde der Druck auf die Anbieter von hydraulischen Komponenten höher, den Umweltanforderungen auf Dauer gerecht zu werden. In der EU darf Chrom VI ohne Zulassung der Kommission für bestimmte Anwendungen ab dem 29. September 2017 nicht mehr verwendet werden. Doch muss dann zusätzlich gewährleistet sein, dass bei Änderung einer Komponente, wie zum Beispiel der Kolbenstangenbeschichtung, die Performance des gesamten Systems nicht negativ beeinflusst wird. Dies bedeutet letztendlich auch für den Hersteller und Anbieter von Dichtsystemen, dass diese in hydraulischen Anwendungen validiert und freigegeben sein müssen. Die Hydraulics Group der Parker Hannifin Corporation hat mit Global Shield TM eine neuartige Kolbenstangenbeschichtung als Alternative zu hartchrombeschichteten Kolbenstangen entwickelt. Ziel der Entwicklung dieser alternativen Beschichtung war es, das Problem des hexavalenten Chroms, mit dem eine Vielzahl von Nutzern in industriellen Applikationen konfrontiert ist, zu lösen. In einer engen Kooperation zwischen der Parker Hydraulics Group und der Parker Engineered Materials Group wurde zunächst das Leistungsvermögen dieser neuen Beschichtung mit handelsüblichen Hydraulikstangendichtungen sowie neuen Dichtungsdesigns und Werkstoffen getestet. Reibung, Leckage sowie Verschleiß und Verformung bei den Testdichtungen auf der neuen Beschichtung im Vergleich zu hartverchromten und anderen chemisch-physikalisch beschichteten Kolbenstangen waren dabei die Bewertungskriterien. Neben diesen Werten wurde in diesen Untersuchungen auch der Einfluss der Testdichtungen auf eine etwaige Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit der verwendeten Kolbenstangen in Kurz- und Dauerlaufversuchen bestimmt. Die typische Schichtdicke auf hydaulischen Kolbenstangen liegt zwischen 15,4 und 254 µm in Abhängigkeit von der vorgegebenen Anwendung. Eine Duplex-Beschichtung mit einer maximalen Schichtdicke von 381 µm ist ebenfalls möglich. Der Aufbau einer Duplex-Beschichtung ist in Bild 02 dargestellt. Im Wesentlichen besteht die Global-Shield TM -Beschichtung aus dem atomaren Aufbau mit den Elementen Nickel, Kobalt und Phosphor, wobei die Schicht zu nahezu 2/3 aus Nickel besteht. Der Schichtauftrag findet ähnlich wie beim Hartverchromen anhand eines chemisch-physikalischen Prozesses statt. 01 Global Shield TM (links) auf einem Kolben aus Stahl (rechts im Bild) BESCHREIBUNG DER GLOBAL-SHIELD TM -BESCHICHTUNG Die Global-Shield TM -Beschichtung besteht aus einer Sub-Mikron- Struktur hoher Dichte. Die Beschichtung kann auf unterschiedliche Typen von Stählen, aber auch auf Nichteisenmetalle wie Kupfer, Zink oder Aluminum appliziert werden. Ein typischer Schichtaufbau von Global Shield auf einer Stahloberfläche ist in Bild 01 dargestellt. Diese Struktur realisiert eine hochwertige Haftung auf der Grundmatrix aus Stahl und bewirkt eine hohe Duktilität im Hinblick auf angewandte Belastungen. Einige der wesentlichen Eigenschaften dieser Beschichtung sind in Tabelle 01 dargestellt. Eigenschaften Härte als Beschichtung (VHN100) Typische Rauheitswerte Verschleißwiderstand (1) mm 3/ N*m Widerstand gegenüber Ermüdung Kornstruktur Global Shield TM 700 bis 800 55 HRC 8 bis 12 Ra (µinch) 1,5 x 10-5 Keine Ermüdung Submikro-Struktur (1 Mikron = 1,000 Nanometer) Tabelle 01 Eigenschaften der Global Shield TM -Beschichtung 02 Global Shield TM -Duplex-Beschichtung mit chemischem Aufbau O+P Fluidtechnik 4/2017 61

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