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Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur
Herstellung eines mit einem Schmierfilm überzogenen Metallstücks zum
Gegenstand.
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Genauer betrifft sie ein Metallstück, das dank dem
Vorhandensein eines festen Schmierfilms verbesserte Eigenschaften
der Reibungsbeständigkeit hat.
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Auf zahlreichen technischen Gebieten spielen komplexe
Mechanismen eine Rolle, bei denen die Bewegungen zwischen
beweglichen Teilen zu Schmierproblemen führen, für die es oft
keine befriedigende Lösung gibt. Diese Gebiete betreffen sowohl
die Informationstechnik (Kontakt zwischen Festplatte und
Lesekopf) als auch die Raumindustrie (Ausrichtmechanismus,
Entfaltung der Antennen), die Vorrichtungen im Ultrahochvakuum
(Kalibrierung der Bündel mittels Blende,
Verschiebungsmechanismus) und die medizinischen Vorrichtungen (auf der Stufe der
Gelenke implantierte Prothese). Auf allen diesen Gebieten muß
der zur Reduzierung der Reibung zwischen den bewegten Teilen
benutzte Schmierfilm bestimmte Eigenschaften aufweisen, die
man wie folgt zusammenfassen kann:
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- der Schmierfilm muß eine sehr geringe Dicke haben, um
das Funktionsprinzip der Vorrichtungen nicht zu stören; so
darf die Dicke auf dem Gebiet der Informationstechnik 10 nm
nicht überschreiten;
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- das Vorhandensein des Schmierfilms darf nicht zu einer
Verunreinigung der Vorrichtungen oder der Umgebung führen,
z. B. infolge von zu hohen Dampfdruck, Entgasungsphänomenen
oder einem Auslaufen von Flüssigkeit;
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- die Stabilität des Schmierfilms muß hoch sein, um die
Aufrechterhaltung der Leistungsdaten der Reibung zu
gewährleisten und die Entwicklung von Verschmutzungserscheinungen durch
die Bildung von Abbauprodukten während einer Zeitdauer zu
be
grenzen, die mit den Perioden vergleichbar ist, in denen ein
Zugriff auf die bewegten Teile nicht möglich ist;
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- die Beständigkeit des Schmiermittels gegenüber
aggressiven Umgebungen muß ebenfalls sehr hoch sein.
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Um diesen Anforderungen, insbesondere bezüglich der
benötigten niedrigen Dicke, zu entsprechen, wurde die Verwendung
monomolekularer Schichten von Verbindungen des Silan-Typs
erwogen, wie in: "Thin Solid Films", 180, 1989, S. 287-291,
beschrieben. Jedoch ermöglicht die Verwendung von Langmuir-
Schichten dieses Typs nicht die Lösung aller Probleme, denn
ihre Verwendung ist, was die Art der für die Abscheidung
solcher Schichten verwendbaren metallischen Substrate betrifft,
begrenzt. Außerdem stellen sich andere Probleme, die das
Verhalten monomolekularer Schichten dieses Typs im Vakuum oder in
Gegenwart aggressiver Umgebungen betreffen.
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Die vorliegende Erfindung hat genau die Herstellung eines
Metallstücks zum Gegenstand, das mit einem festen Schmierfilm
überzogen ist, der eine so niedrige Dicke haben kann wie die
Langmuir-Schichten, der aber günstigere Eigenschaften des
Verhaltens im Vakuum oder in Gegenwart aggressiver Umgebungen hat
und der auf zahlreichen metallischen Substraten verwendet
werden kann, insbesondere auf Stücken komplizierter Form, die
schwierig mit Schmiermittel zu überziehen sind.
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Nach der Erfindung besteht das Verfahren zur Herstellung
eines mit einem Schmierfilm überzogenen Metallstücks darin,
durch Elektropolymerisation im wasserfreien aprotischen Medium
auf der Oberfläche des Stücks einen Polymerfilm abzuscheiden,
der eine Dicke von 1 bis 1000 nm hat, indem man an das Stück
in sequenzgesteuerter Weise eine kathodische Polarisation
anlegt.
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Nach der Erfindung ist der Schmierfilm ein homogener und
anhaftender Polymerfilm, der eine Dicke von 1 bis 1000 nm,
vorzugsweise von 2 bis 500 nm hat.
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Das Polymer kann ein Fluorpolymer sein, das natürlich
interessante reibungsvermindernde Eigenschaften hat,
beispielsweise ein aus Monomeren, die mit fluorhaltigen funktionellen
Gruppen oder mit fluorhaltigen aromatischen Kernen
substitu
iert sind, gewonnenes Fluorpolymer.
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Als Beispiel für solche Polymere kann man das
Polypentafluorstyrol der Formel:
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die perfluorierten Polyester, die also in ihrem Skelett
perfluorierte Gruppierungen des Typs:
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enthalten, und die fluorhaltigen Polyester anführen, die
beispielsweise in ihrem Skelett fluorhaltige Gruppierungen des
Typs:
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enthalten.
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Das fluorhaltige Polymer kann ebenso ein Copolymer sein,
das aus einem perfluorierten oder fluorhaltigen Monomer und
einem anderen, nicht fluorhaltigen Monomer erhalten wird.
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Das Polymer kann auch ein nicht fluorhaltiges Polymer
sein, beispielsweise Polyacrylnitril, das Schmiereigenschaften
aufweist, die von der geeigneten Art der Synthese des Polymers
durch Elektropolymerisation unter sequenzgesteuerter
kathodischer Polarisation herrühren.
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Die Verwendung des Verfahrens der Erfindung zur
Abscheidung des Schmierfilms ist sehr interessant, denn sie erlaubt,
die Dicke des Films zu kontrollieren, indem man die Dauer der
Elektropolymerisation, die Monomerkonzentration und das Ausmaß
der an die Elektrode gelegten Polarisation variiert.
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Ferner erlaubt es der Umstand, daß die
Elektropolymerisation im wasserfreien Medium mit hohen Monomerkonzentrationen
ausgeführt wird, Filme zu erhalten, die viel stärker
ausgeprägte Haftungs- und Kompaktheitseigenschaften haben.
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In der Tat wird, wenn man Filme durch
Elektropolymerisation im wäßrigen Medium herstellt, wie es in DE-A-38 06 014
beschrieben ist, der Polymerfilm auf radikalischem Wege
gebil
det, ausgehend von freien H·-Radikalen, die in der wäßrigen
sauren Lösung, welche das Monomer enthält, elektrochemisch
durch kathodische Polarisation gebildet werden. Aus diesem
Grund weist der Film unvermeidlich strukturelle
Inhomogenitäten auf (schwammförmiges Aussehen), resultierend aus der
gasförmigen Freisetzung von Wasserstoff, die der Rekombination
der freien Radikale, welche nicht mit dem Monomer reagiert
haben, entspricht. Andererseits führt der radikalische
Mechanismus zur Fixierung des Radikals am Ende des Monomermoleküls,
was die Möglichkeiten der Chemisorption auf der
Elektrodenoberfläche gefährdet, da diese ebenfalls durch die Erzeugung
der Radikale von naszierendem Wasserstoff, gebildet durch
Reduktion der Protonen der Lösung auf den reaktiven
Oberflächenplätzen, inhibiert wird.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet man ein
Verfahren, in welchem der Film von elektropolymerisiertem
Polymer als Folge einer direkten Wechselwirkung zwischen dem
Monomer und der Elektrodenoberfläche gebildet wird, und die
besonderen Aspekte dieses Verfahrens betreffen die Herstellung
der experimentellen Bedingungen der Synthese, insbesondere in
Hinblick auf die Reinigung des Reaktionsmediums, die
Konzentrationsverhältnisse zwischen Monomer und Salz im Hintergrund
und die Natur des Lösungsmittels.
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Man fördert also die Entwicklung von Mechanismen der
ionischen Polymerisation (anionisch unter kathodischer
Polarisation, kationisch unter anodischer Polarisation), bei denen die
Ionenradikale und die Monomermoleküle in direkter Weise durch
Prozesse vom Donor-Akzeptor-Typ in Wechselwirkung treten.
Ferner gestattet der wasserfreie aprotische Charakter des
Reaktionsmediums und der Gebrauch von erhöhten
Monomerkonzentrationen, die Entwicklung einer Elektroden-Nebenreaktion zu
begünstigen, die der chemischen Pfropfung der ersten
Polymerketten auf die Metalloberfläche der Elektrode entspricht. Die so
gepfropften Ketten dienen dann als Vorläuferfilm, der die
Verankerung des gebildeten Elektropolymers an der Grenzfläche und
das Wachstum von dicken, homogenen und anhaftenden Filmen,
deren Dicke bis zu 1 um gehen kann, sicherstellt.
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So konnten Haftungsenergien eine Polymerfilms von 100 nm
(aus Polyacrylnitril) auf einem metallischen Substrat (Eisen
oder Nickel) größer als 500 Joule/m² erhalten werden.
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Ebenso haben Messungen der elektrochemischen Impedanz in
Wasser in Gegenwart von 1 mol/l LiClO&sub4; den kompakten Charakter
der Filme bewiesen, wobei der in einem erfindungsgemäßen
Polyacrylnitrilfilm von 100 nm für das Lithium-Ion gemessene
Diffusionskoeffizient 10&supmin;¹² cm²s&supmin;¹ ist, während er im Fall eines
Polyacrylnitrilfilmes von 100 nm, erhalten auf radikalischem
Wege und durch Tauchauftragung abgeschieden, 10&supmin;¹&sup0; cm²s&supmin;¹ ist,
d. h. hundertmal schwächer.
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Die Kompaktheit der Filme der Erfindung erklärt den
bedeckenden Charakter dieser Filme, die von einer Dicke von 1 nm
an eine homogene Bedeckung ergeben, und das für beliebige
Rauhigkeit des Substrats, denn der Film umschmiegt innig die
oberflächlichen Fehlstellen. Diese Homogenität der Bedeckung
verleiht dem Film eine sehr hohe Schutzwirkung.
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Außerdem hat der abgeschiedene Polymerfilm eine homogene
Gestalt und eine definierte molekulare Struktur, die ausgehend
von der Wahl der Parameter der elektrochemischen Synthese,
d. h. der Monomerkonzentration der für die
Elektropolymerisation verwendeten Lösung und der Art des Anlegens der Spannung,
gesteuert werden kann. In diesem Verfahren spielt das zu
bedeckende Metallstück die Rolle der Kathode, und es wird
eingetaucht in eine Lösung des Monomers in einem geeigneten
organischen Lösungsmittel, das einen Hilfselektrolyt, beispielsweise
Tetraethylammoniumperchlorat, enthält. Das verwendete
Lösungsmittel kann Acetonitril oder ein anderes dipolares aprotisches
Lösungsmittel sein, in dem das gebildete Polymer unlöslich
ist, und die Monomerkonzentration der Lösung liegt im
allgemeinen im Bereich von 10&supmin;¹ mol/l bis 10 mol/l. In bestimmten
Fällen kann man das Monomer ohne Lösungsmittel verwenden, wenn
es bei Umgebungstemperatur flüssig ist. Um die
Elektropolymerisation auszuführen, legt man in sequenzgesteuerter Weise
eine kathodische Polarisation an die Oberfläche des zu
bedeckenden Stücks, und die angelegte Spannung hängt
insbesondere von dem zu polymerisierenden Monomer ab.
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Diese Art des Anlegens der Spannung an die Kathode
erlaubt, einen Polymerfilm zu erhalten, der ein weniger
segmentiertes Skelett hat, als wenn man die Spannung in
kontinuierlicher Weise an die Kathode anlegt. Diese bedeutende
Verminderung der Segmentierung des Polymers, die der Bildung von
längeren Ketten entspricht, führt zu einer besseren Kohäsion des
Skeletts, günstig, um Schmierungseigenschaften zu erzielen.
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In diesem Verfahren spielt das zu überdeckende
Metallstück die Rolle einer Kathode, und es wird in eine Lösung des
Monomers in einem geeigneten organischen Lösungsmittel
getaucht, die einen Hilfselektrolyt enthält, beispielsweise
Tetraethylammoniumperchlorat.
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Das verwendete Lösungsmittel kann ebenso Acetonitril sein
oder ein anderes dipolares aprotisches Lösungsmittel, in dem
das gebildete Polymer unlöslich ist. Für den Fall, daß das
Monomer Acrylnitril ist, liegt die Monomerkonzentration der
Lösung im allgemeinen in dem Bereich von 2,5 bis 10 mol/l, und
die angelegte Spannung kann -2,4 bis -2,6 V, bezogen auf eine
Ag/Ag&spplus;-Elektrode, sein. Die Dauer der Sequenzen kann 20 bis
100 ms betragen. Wenn man 10 bis 100 Sequenzen ausführt, kann
man Polymerfilme erhalten, die eine Dicke von 10 bis 500 nm
haben.
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Nach der Erfindung kann man ferner den abgeschiedenen
Film einer Wärmebehandlung oder einer Bestrahlung aussetzen,
um seine Eigenschaften der Reibungsbeständigkeit zu
verbessern.
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Das durch diese Wärmebehandlung oder diese Bestrahlung
modifizierte Polymer enthält cyclische Strukturen, die gute
reibungsvermindernde Eigenschaften haben.
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Als Beispiele für solche Polymere, die in dieser Weise
modifiziert werden können, kann man die Nitrilgruppen
enthaltenden Polymere wie das Polyacrylnitril anführen, die durch
Wärmebehandlung oder durch Bestrahlung teilweise ihre
Nitrilgruppen verlieren, um cyclische Strukturen zu bilden, die dem
Polymer gute Eigenschaften der Reibungsbeständigkeit geben.
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Die Temperatur, die Dauer und die Atmosphäre, die für die
Wärmebehandlung verwendet werden, hängen insbesondere ab von
dem abgeschiedenen Polymer. Wenn das Polymer Polyacrylnitril
ist, kann man eine Temperatur von 200 bis 600ºC verwenden und
die Wärmebehandlung während einer Dauer von 1 h bis 24 h
ausführen.
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Wenn die Behandlung in einer Bestrahlung besteht, kann
man für diese Bestrahlung Ultraviolettstrahlen oder auch das
weiße Bündel der Synchrotronstrahlung verwenden.
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Es wird festgestellt, daß das weiße Bündel der
Synchrotronstrahlung dem vom Synchrotron ausgehenden Bündel vor einer
Monochromatisierung entspricht. Es ist dies ein dem sichtbaren
entsprechendes Bündel, das an Ultraviolettstrahlung und
weichen Röntgenstrahlen angereichert ist.
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In dem Fall der Bestrahlung wählt man die
Bestrahlungsbedingungen, insbesondere die Dauer und die Atmosphäre, in
Abhängigkeit von dem behandelten Polymer, um die gewünschten
Eigenschaften zu erhalten.
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Die Abscheidung des Polymerfilms durch
Elektropolymerisation kann unter den gleichen Bedingungen ausgeführt werden wie
vorher. Man kann insbesondere das in dem Dokument
EP-A-0 038 244 beschriebene Verfahren der Abscheidung durch
Elektropolymerisation verwenden.
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Die in der Erfindung verwendeten Metallstücke können aus
verschiedenen Arten von Metall hergestellt werden,
insbesondere aus oxidierbaren Metallen wie Eisen, Nickel, Kupfer, Chrom,
Cobalt und ihren Legierungen, beispielsweise den
Messinglegierungen und den rostfreien Stählen.
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Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden
besser bei der Lektüre der folgenden Beispiele hervortreten,
die selbstverständlich zur Erläuterung, nicht zur Begrenzung
gegeben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug
genommen wird. Darin sind:
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- die Fig. 1 bis 3 Infrarotspektren, die die
molekulare Struktur von Polyacrylnitrilfilmen illustrieren, erhalten
durch Elektropolymerisation (Teil 1), dann nach sechs Monaten
Alterung in Laboratoriumsatmosphäre (Fig. 2) und nach 17 Tagen
Alterung in feuchter Wärme (Fig. 3),
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- die Fig. 4 ist ein Diagramm, welches das Anlegen einer
sequenzgesteuerten kathodischen Polarisation darstellt,
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- die Fig. 5 und 6 sind Infrarotspektren, die die
molekulare Struktur von Polyacrylnitrilfilmen illustrieren,
erhalten durch sequenzgesteuerte Elektropolymerisation (Fig. 5)
und durch kontinuierliche Elektropolymerisation (Fig. 6),
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- die Fig. 7 stellt schematisch eine Ausführungsform
eines Tests zur Messung des Reibungskoeffizienten dar,
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- die Fig. 8, 9, 10 und 11 sind Diagramme, die die
Veränderung des Reibungskoeffizienten verschiedener
Materialien in Abhängigkeit von der Zahl der ausgeführten Zyklen
darstellen,
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- die Fig. 12 stellt die Auger-Spektren eines
Nickel-Substrats (A) und des mit einem Polyacrylnitrilfilm überzogenen
Substrats (B) dar.
Beispiel 1:
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Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von
Polyacrylnitrilfilmen auf einem Nickelstück. Um die Abscheidung des
Films auszuführen, taucht man das zu schützende Stück in eine
Lösung, die 2,5 mol/l Acrylnitril und 5 · 10&supmin;² mol/l
Tetraethylammoniumperchlorat in Acetonitril enthält, dann legt man an
das Stück eine Spannung von -2,4 Volt, bezogen auf eine
Ag/Ag&spplus;-Elektrode, wobei man 20 aufeinanderfolgende Sequenzen
von 25 ms ausführt, um auf der Oberfläche des Stücks einen
Film von 50 nm Dicke zu bilden.
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In Fig. 1 ist das Infrarotspektrum des so erhaltenen
Films dargestellt.
Beispiel 2:
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Man bestimmt die Alterungsbeständigkeit des in Beispiel 1
hergestellten Films, indem man ihn für sechs Monate der
Laboratoriumsatmosphäre aussetzt. Nach diesen sechs Monaten
bestimmt man das Infrarotspektrum des Films.
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Dieses Spektrum, das in Fig. 2 dargestellt ist, ist im
wesentlichen identisch mit dem Spektrum der Fig. 1, d. h. dem
des Films zu Anfang, denn es ist keine deutlich feststellbare
Veränderung vorhanden.
Beispiel 3:
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In diesem Beispiel unterzieht man einen
Polyacrylnitril
film, erhalten unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel
1, für 17 Tage einer Alterung bei 70ºC in einer Atmosphäre,
deren relative Feuchtigkeit 80% beträgt.
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Die Fig. 3 stellt das Infrarotspektrum des Films nach
dieser Alterungsbehandlung dar.
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Beim Vergleich dieses Spektrums mit dem der Fig. 1 stellt
man fest, daß auch keine bedeutende Veränderung vorhanden ist.
Der Polyacrylnitrilfilm besitzt also eine gute
Alterungsbeständigkeit in verschiedenen Atmosphären.
Beispiel 4:
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In diesem Beispiel unterzieht man einen
Polyacrylnitrilfilm von 30 nm Dicke, durch Elektropolymerisation wie in
Beispiel 1 auf einer Nickelplatte abgeschieden, für 24 Stunden
einer Wärmebehandlung bei 200ºC an der Luft, um seine
Eigenschaften der Reibungsbeständigkeit zu verbessern.
Beispiel 5:
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In diesem Beispiel unterzieht man einen auf Nickel
abgeschiedenen Film von Polyacrylnitril, erhalten unter den
gleichen Bedingungen wie der Film von Beispiel 4, für 8 min unter
Argon einer Bestrahlungsbehandlung mit Ultraviolettstrahlen.
Beispiel 6:
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In diesem Beispiel scheidet man durch
Elektropolymerisation wie in Beispiel 1 einen Polyacrylnitrilfilm auf einem
Nickelstück ab, indem man ebenfalls an das Stück eine Spannung
von -2,4 Volt, bezogen auf eine Ag/Ag&spplus;-Elektrode, anlegt, aber
40 Sequenzen einer Dauer von 100 ms ausführt.
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In Fig. 4 ist die Veränderung der Spannung und der Stärke
des durch die Zelle fließenden Stromes in Abhängigkeit von der
Zeit (in ms) dargestellt.
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In dieser Figur beschreibt die Kurve V (gepunktet), wie
die kathodische Polarisation angelegt wird, und die Kurve I,
gebildet von einer durchgezogenen Linie und Strichen,
beschreibt, wie sich die Stärke des Stroms, der durch die Zelle
fließt, ändert; die durchgezogene Linie beschreibt die
Stromantwort während des Anlegens der Spannung, während die
gestrichelte Kurve die Rückkehr des Stroms zum Gleichgewicht während
der Relaxationszeit darstellt.
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In dieser Figur sieht man, daß während der ersten Sequenz
von 100 ms man vom Gleichgewichtspotential der Zelle ausgeht
und die gewünschte Spannung von -2,4 V anlegt. Dann kehrt man
für 100 ms zum Gleichgewichtspotential der Zelle zurück und
wiederholt diese Operationen so oft wie gewünscht. Die Stärke
des Stroms (Kurve I) während dieser Sequenzen variiert
ebenfalls, doch die Form der Kurve verändert sich im Lauf der
folgenden Sequenzen.
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Die Fig. 5 stellt das Infrarotspektrum des nach 40
Sequenzen von 100 ms erhaltenen Films dar, der eine Dicke von
100 nm aufweist.
Beispiel 7:
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In diesem Beispiel befolgt man die gleiche Arbeitsweise
wie in Beispiel 6, um auf einem Nickelstück einen
Polyacrylnitrilfilm von 40 nm Dicke abzuscheiden, wobei man 20 Sequenzen
von 20 ms benutzt.
Vergleichsbeispiel 1:
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In diesem Beispiel scheidet man durch
Elektropolymerisation auf einem Nickelstück einen Film von Polyacrylnitril ab,
doch legt man eine kontinuierliche Spannung an. In diesem Fall
taucht man das Stück in eine Lösung, die 0,5 mol/l Acrylnitril
und 5 · 10&supmin;² mol/l Tetraethylammoniumperchlorat in Acetonitril
enthält, dann legt man für eine Sekunde an das Stück eine
Spannung von -2,8 V, bezogen auf eine Ag/Ag&spplus;-Elektrode, um auf
der Oberfläche des Stücks einen Film von 100 nm Dicke zu
bilden.
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In Fig. 6 ist das Infrarotspektrum des so erhaltenen
Films dargestellt.
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Vergleicht man die Fig. 5 und 6, so stellt man fest,
daß die Bande bei 1426 cm&supmin;¹, die im Spektrum der Fig. 6
vorhanden ist und die der Anwesenheit einer zur Entwicklung von
Phänomenen der Segmentierung führenden Struktur
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in dem
Polymerskelett entspricht, in dem Spektrum der Fig. 5 nicht
auftritt.
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So unterdrückt man dank dem sequenzgesteuerten Anlegen
der kathodischen Polarisation die Entwicklung von Phänomenen
der Segmentierung, die dazu führen, daß das Polymer infolge
der Anwesenheit einer kurzen Kette empfindlich wird.
Beispiel 8:
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Man testet die Reibungseigenschaften der in den
Beispielen 1, 4 und 5 erhaltenen, mit einem Polyacrylnitrilfilm
überzogenen Stücke. Zu diesem Zweck verwendet man die Kugel-Ebene-
Methode, deren Prinzipschema in Fig. 7 dargestellt ist.
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In dieser Figur sieht man das aus einer Nickelplatte 3
und dem Schmierfilm 5 aus Polyacrylnitril bestehende Stück 1,
dessen Reibungskoeffizienten man messen will. Auf die
Oberfläche dieses Stücks drückt man mit einer Auflagekraft FN eine
rauhe vergoldete sphärische Kugel 7. Der Reibungskoeffizient u
ist definiert durch die folgende Formel:
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u = FT/FN
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worin FN die Auflagekraft der sphärischen Kugel 7 auf dem
Schmierfilm 5 ist und FT die tangentiale Kraft, die nötig ist,
um die mit dem Film überzogene Platte gegenüber der
sphärischen Kugel 7 zu verschieben, wobei die Länge des Wegs der
Reibung 1 mm ist und die Verschiebungsgeschwindigkeit der
Ebene von der Größenordnung 0,1 mm/sec ist. So hat die
Kontaktoberfläche zwischen der Kugel und dem Film einen
Durchmesser von der Größenordnung 70 um, wenn man sie durch eine
Berechnung nach Hertz abschätzt. In diesen Versuchen wendet man
auf die sphärische Kugel, die einen Durchmesser von 2,8 mm
hat, eine Kraft FN von 0,8 Newton an und bestimmt FT und u.
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In Fig. 8 ist die Veränderung des Reibungskoeffizienten u
in Abhängigkeit von der Anzahl der ausgeführten Meßzyklen
dargestellt.
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In dieser Figur bezieht sich die Kurve 1 auf den
wärmebehandelten Polyacrylnitrilfilm des Beispiels 4, und die Kurve 3
bezieht sich auf den durch UV-Bestrahlung behandelten
Polyacrylnitrilfilm des Beispiels 5.
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Zum Vergleich stellt die Kurve 4 die Veränderung des
mittleren Reibungskoeffizienten im Fall eines mit Nickel
bedeckten Messingstücks dar, das keinen Schmierfilm von
Polyacrylnitril enthält.
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Bei Betrachtung dieser Kurven bemerkt man, daß die
Anwe
senheit eines Films von rohem Polyacrylnitril der
Elektropolymerisation (Kurve 1) es erlaubt, anfänglich einen
Reibungskoeffizienten zu erhalten (0,15 bis 0,25), der kleiner ist als
der bei der Metall-Metall-Reibung gemessene (0,37). Jedoch
wird der Film von 15 Zyklen an degradiert, und der Wert des
Reibungskoeffizienten verändert sich, um den der
Metall-Metall-Reibung entsprechenden Wert zu erreichen (Kurve 1).
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In dem Fall eines wärmebehandelten Films (Kurve 2)
erreicht der Reibungskoeffizient nach 5 Zyklen einen Wert von
0,15, doch bleibt er während 40 Zyklen stabil.
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In dem Fall des mit Ultraviolettstrahlung behandelten
Films (Kurve 3) stabilisiert sich der Reibungskoeffizient auf
einen Zwischenwert (0,25), der während 20 Zyklen stabil
bleibt.
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So erlaubt die Ausführung einer Wärmebehandlung oder
einer Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen, die
Reibungseigenschaften des Polyacrylnitrilfilms zu verbessern.
Beispiel 9:
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In diesem Beispiel testet man die Reibungseigenschaften
der Schmierfilme der Beispiele 6 und 7, wobei man aber an
Stelle der in Beispiel 8 benutzten vergoldeten Kugel eine
sphärische Kugel aus poliertem Nickel verwendet und auf diese
sphärische Kugel eine Kraft von 1,2 N ausübt.
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Die unter diesen Bedingungen mit einem Nickelstück, das
einen Film von rohem Polyacrylnitril der Elektropolymerisation
mit 40 nm Dicke enthält, erzielten Ergebnisse (Beispiel 7)
sind in Fig. 9 dargestellt, welche die Veränderung des
Reibungskoeffizienten u in Abhängigkeit von der Anzahl der Zyklen
zeigt.
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In Fig. 10 sind die Ergebnisse dargestellt, die unter den
gleichen Bedingungen mit dem Film von rohem Polyacrylnitril
der Elektropolymerisation von 100 nm Dicke des Beispiels 6
erhalten wurden.
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In Fig. 11 sind zum Vergleich die Ergebnisse dargestellt,
die erhalten werden, wenn man ein Nickelstück verwendet, das
keinen Schmierfilm von Polyacrylnitril enthält.
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Bei Betrachtung der Fig. 9 und 10 stellt man fest, daß
mit einem Polyacrylnitrilfilm der Reibungskoeffizient für eine
sehr große Anzahl von Zyklen konstant bleibt: 45 für den Film
von 40 nm und 115 für den von 100 nm, was den Vorteil des
Verfahrens der Erfindung zeigt, da man den Reibungskoeffizienten
noch vermindert, wenn man eine Wärmebehandlung oder eine
Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen ausführt.
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In Abwesenheit eines Schmierfilms ist der
Reibungskoeffizient dagegen sehr viel höher, wie man in Fig. 11 sehen
kann.
Beispiel 10:
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In diesem Beispiel befolgt man die gleiche Arbeitsweise
wie in Beispiel 6, um durch Elektropolymerisation einen
Polyacrylnitrilfilm von 20 nm Dicke auf einem Stück aus Nickel
abzuscheiden.
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Mit dieser sehr niedrigen Dicke erhält man eine
Vollständigkeit der Überdeckung des Nickelsubstrats, wie man in
Fig. 12 sehen kann, welche die vor Elektropolymerisation
(Spektrum A) und nach Polymerisation (Spektrum B) erhaltenen
Auger-Spektren zeigt.
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So bemerkt man, daß das Spektrum B kein dem Polymer
fremdes Element enthält, was eine große chemische Reinheit
bedeutet. Außerdem bedeutet die Abwesenheit der Peaks des
Nickelsubstrats eine Vollständigkeit der Überdeckung.