Verfahren zur Herstellung von Gegenständen, die eine karbidhaltige Aussenschicht aufweisen. Die Erfindung bezweckt die Herstellung von Gegenständen, .die eine karbidhaltige Oberflächenschicht aufweisen.
Das Verfahren gemäss, der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass, man eine min destens ein der Karbidbildung fähiges Ele ment enthaltende Aussenschicht mit durch thermische Dissoziation mindestens einer kohlenstoffhaltigen .Substanz erhaltenem Koh lenstoff karburiert, und zwar bei erhöhter Temperatur, die aber unter Rekristallisations- und Schmelztemperatur des Gegenstandes liegt.
Weiter betrifft,die Erfindung einen hier nach erhaltenen Gegenstand, sowie eine Vor richtung zur Ausführung des Verfahrens. Dieselbe ist gekennzeichnet durch eine Kam mer zur Aufnahme des in seiner Aussen schicht zu karburierenden Gegenstandes und durch Druckmesser, die automatisch nach Einbringung kohlenstoffhaltigen Materials in die Kammer die Erhitzung dieses Ma terials durch elektrische Fernsteuerung ein leiten und seine thermische Dissoziation her beiführen und hiernach den Auslass eines Teils des Materials einsteuern.
Das Verfahren kann bei erhöhtem Druck durchgeführt werden. Die umzuwandelnden Schichten, des Körpers werden also der Ein wirkung von Kohlenstoff unterworfen, der aus kohlenstoffhaltigen Substanzen über der zu karburierenden Schicht durch thermische Dissoziation ausgeschieden, insbesondere ab gespalten wird. Die Kohlenstoff enthaltende Verbindung kann durch Erhitzen zum Zer fall (dissoziiert) :gebracht werden, wodurch freier (naszierender) Kohlenstoff entsteht, .der chemisch intensiv auf den zu behandeln den Werkstoff einwirkt.
Vorteilhaft werden Mittel mit niedriger Zerfall- oder Spaltungs temperatur (Dissoziationstemperatur) ge wählt, zum Beispiel solche, die zwischen 400 und 900 C zerfallen, oder in einigen Fäl len auch solche, die bei Temperaturen bis 1200' C dissoziiert werden können.
Je schneller die Spaltung der Verbindung oder plötzliche Erhitzung erfolgt, oder je nie driger die Spaltungstemperatur bei diesen Mitteln liegt, desto grösser ist die Möglich keit, Änderungen des Kristallgefüges-des zu behandelnden Werkstoffes zu vermeiden, -die sonst bei längerer Erhitzung infolge Rekristallisation oder Schmelzung eintreten würden.
Als Karbid bildende Elemente (Stoffe) kommen insbesondere Chrom, Eisen, Sili zium, Bor, Cer, Titan, Zirkon, Vanadium, Tantal, Wolfram, Molybdän, Uran in Be tracht, die allein oder in beliebigen geeig neten Mischungen in den zu. behandelnden Schichten anwesend sein können. Sind ver schiedene Elemente vorhanden, so müssen diese nicht in denselben Schichten liegen, sondern können auch in verschiedenen unter einander liegenden Schichten grösserer oder geringerer Stärke liegen.
Die Tiefe der schliesslich karburierten Schicht hängt von der Tiefe ab, in welche die von der ther mischen Dissoziation frei werdenden Kohlen stoffatome in die Aussenschicht eindringen. Diese Tiefenwirkung ist abhängig sowohl vom Grade der Dissoziation, als auch von .der Durchdringbarkeit der Schichten selbst.
Dem erfindungsgemässen. Verfahren kön nen - Gegenstände, deren zu behandelnde Schichten aus einem oder mehreren Elemen ten in Mischung oder Legierung bestehen, von denen eines oder mehrere der Karbid bildung fähig ist, unterworfen werden.
Das Verfahren ist sowohl anwendbar auf Gegenstände, deren zu karburierende Schicht mit dem übrigen Körper zu einem homogenen Stück verwachsen ist, als auch auf solche, bei denen die zu karburierende Schicht be sonders aufgetragen wird und dabei aus glei chen oder aber verschiedenem Stoff besteht.
Jede Art der Auftragung und Verbindung der Schicht mit dem Gegenstand kann. hier bei verwendet werden, die ausreichend fest ist, um bei bestimmungsgemäZ'em Gebrauch des Gegenstandes weder eine mechanische noch, wenn der Gegenstand chemisch bean sprucht wird, eine, chemische Loslösung zu zulassen.
Das Verfahren ist weiter anwendbar auf Gegenstände, die im Schmelzfluss oder durch Sinterung, .ganz oder teilweise, erzeugt sind. gleichgültig, ob sie darauffolgend irgend einer mechanischen Bearbeitung unterworfen wurden oder nicht.
Soll nicht ein homogener Körper in sei nen Aussenschichten gemäss der Erfindung karburiert werden, dann können die Karbid bildenden Elemente in jedem geeigneten Auftrag- oder Verbindungsverfahren aufge bracht, insbesondere warm oder kalt aufge tragen, aufgespritzt, aufgepresst oder aufge walzt werden. Sie können auf chemischem oder elektrolytischem Wege abgesetzt wer den.
Sie können :durch Schmelzfluss:-Elek- trolyse, Diffusion oder in irgend einer andern geeigneten Weise, insbesondere in einem Plattierungsverfahren, aufgebracht sein. Sie können schliesslich auch aufgesintert oder aufgeschmolzen werden.
Es ist nicht erforderlich, dass die zu karburierende Schicht ihrerseits auf einem metallhaltigen. Gegenstand mittelbar oder unmittelbar aufgebracht wird. Vielmehr kann als Unterlage auch beispielsweise Por zellan oder ein sonstiger keramischer Stoff, ebenso auch Marmor und sonstiges natür liches Gestein dienen. Aber auch :Sinter legierungen und Pressmassen, wie zum Bei spiel Kunststein- und Kunstharzmassen, können als Unterlage dienen.
Die thermische Dissozierung kann durch Erwärmung jeder Art, insbesondere infolge einer Explosion durch elektrischen Zünd funken, durch elektrische Widerstandserhit zung vorgenommen werden. Die Spaltung oder Abscheidung erfolgt vorteilhaft in neu traler Atmosphäre.
Besonders vorteilhaft ist die Durchfüh rung der Erfindung derart, dass man den zu behandelnden Gegenstand in ein Gefäss einbringt, das so weit als möglich luftleer gemacht und in das sodann eine flüssige oder gasförmige Kohlenstoffverbindung (oder Verbindungen) eingelassen oder in dem diese dann erzeugt werden. Durch Arbeiten im Vakuum sollen zunächst die zu behandelnden, Schichten von okkludierten Gasen befreit werden.
Diese Entgasung kann durch Er wärmung eines Metallkörpers durch Koch frequenz ebenso wie durch Behandlung des Gegenstandes mit hochgespanntem Wechsel strom beschleunigt werden. Vorteilhaft geht die Entgasung im Vakuum der Einleitung der karburierenden Gase voraus.
Für die Abscheidung des Kohlenstoffes ist es besonders vorteilhaft, Azetylengas zur Kaburierung zu verwenden, -das im geschlos senen Raum zur Verbrennung (Explosion) gebracht wird, wobei sich Kohlenstoff ab scheidet.
Da die Explosion einen exothermi- schen Vorgang darstellt und von bedeutender Druckerhöhung begleitet ist, wird ebenso wohl der zu karburierende Körper zumindest in den Oberflächenschichten ausreichend er wärmt, als auch die gebildeten Kohlenstoff atome in die zu karburierenden Schichten durch den Druck oder die kinetische Energie eingetrieben, so dass Karbide auf gewünschte Tiefe entstehen. Natürlich kann diese Be handlung beliebig wiederholt werden.
Durch die Erfindung ist es insbesondere möglich, korrosionsfeste und erosionsfeste Oberflächenschichten zu erzeugen. Durch geeignete Auswahl des oder der karbid- bildenden Elemente kann die Oberfläche auch sehr verschleissfest und hart gemacht werden. Durch geeignete Mischung der Ele mente können Verschleissfestigkeit und Härte beliebig variiert und insbesondere Misch kristallbildung bei der Karburierung unter stützt werden.
Je grösser die Besetzung der Oberfläche mit karbidbildenden Elementen ist, desto grösser wird die Härte der Ober fläche. Je grösser der Zusatz nichtkarbid- bildender Elemente zwischen diesen letzteren in den zu behandelnden Schichten ist, desto geringer wird diese Härte, während ihre Zä higkeit vergrössert werden mag. Durch ge eignete Wahl oder Mischung der Elemente kann die Oberfläche insbesondere warmfest gemacht und eine mit der Unterlage haltfest verbundene Oberfläche geschaffen, werden.
Bei der Durchführung des erfindungs gemässen Verfahrens können lange Wärme- und Hitzebehandlungen des Gegenstandes vermieden werden, da die Dissozierung in kürzester Zeit, wenn man will, sogar schlag artig, durchgeführt werden kann.
Nach er folgter thermischer Dissozierung durch Ex plosion kann man den Gegenstand längere oder kürzere Zeit der Einwirkung der ge bildeten Kohlenstoffatome aussetzen und durch Naehsehub Kohlenstoff abspaltender oder abscheidender Gase und Wiederholung der thermischen Dissozierung für fortgesetzte Einwirkung des naszierenden Kohlenstoffes auf den zu behandelnden Gegenstand sorgen, ebenso wie man nach einmaliger Einwirkung die Behandlung alsbald unterbrechen kann.
Auf jeden Fall kann hierbei die Karburie- rung in viel kürzerer Zeit durchgeführt wer den, als dies beim Zementieren durch Ein setzen oder aus einer am erhitzten Gegen stand vorbeistreichenden kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre sonst möglich wäre.
Darum kann man gemässe der Erfindung metallhaltige Gegenstände in den Eigen schaften ihrer Randschichten wesentlich ver ändern, ohne sie in ihrer übrigen, Struktur zu ändern. So kann man. gemäss der Erfin- dung hitzebeständige und zunderfeste karbid- haltige Oberflächen und Überzüge, letztere sogar oft ohne künstliche Zwischenschicht. aufbringen.
bfan kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren einen verbesserten Schutz für He talle oder Metalloberflächen erhalten, indem man in oder auf diesen eine Deckschicht, einen Belag oder einen Überzug erzeugt, die hart, dicht und korrosionsfest ist. Die Deck schicht kann auch besonders hohen Wider stand gegen Verschleiss: oder andere mecha nische Abnutzung bei erhöhter oder gewöhn licher Temperatur darbieten. Die Deckschicht kann einen beliebig dünnen Belag oder eine beliebig dicke Schicht darstellen.
Des weiteren kann die erzeugte Deck- schieht ebenso hart, als auch von hoher Hitzebeständigkeit sein, ohne dass sie abblät- tert oder abspringt. Sie kann, ferner glatt., regelmässig, frei von mikroskopischen Rissen und vollkommen gleichmässig dick sein, und die Dicke kann dabei nach Wunsch bemessen werden.
Es ist weiterhin möglich, mit dem Ver fuhren gemäss der Erfindung eine Deck schicht zu erzeugen, welche eine Mehrzahl von Schichten, von verschiedenen metallischen Legierungen und Gemengen enthält, die so angeordnet sind, dass, etwaige Differenzen zwischen den, Ausdehnungskoeffizienten an einander grenzender Schichten so herabge mindert sind, :dass jede Gefahr des Splitterns oder Abtrennens einer :der Schichten ver mieden ist.
Eine solche Deckschicht schützt den bedeckten Gegenstand auch bei grossen und plötzlichen Temperaturschwankungen, ohne abzuspringen.
Die Erfindungsei nun anhand eines Aus führungsbeispiels erläutert. Ein Gegenstand aus Stahl sei vorher mit Chrom galvanisiert worden, und dieser Chromniederschlag soll nun ganz oder teilweise in eine karbidische Deckschicht umgewandelt werden.
In der mehr schematischen. Zeichnung sind Fig. 1 ein Schnitt durch ein zunächst gal vanisch überzogenes Stück Stahl, Fig. 2: eine Ansicht einer Deckschicht, die durch Kohlung (Karburierung) im Sinne :
der Erfindung auf dem Grundmaterial (Stahl) entwickelt wurde, F'ig. 31eine ähnliche Ansicht, die eine Umwandlung der Deckschicht durch weitere Kohlung der in Fig. 2 gezeigten Schicht ge- mässl der Erfindung zeigt, Fig, 4 ein teilweiser Schnitt und teilweise Ansicht einer Apparatur zur Durchführung einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 eine schematische Skizze gewisser Einzelteile :
der Fig. 4 und verschiedener elektrischer Schaltungen und Zubehörteile zur Ausführung einer Kohlung durch auto matisch wiederholtes schrittweises Kohlen, Fig. 6 ein senkrechter Schnitt, hauptsäch lich längs der Linie 6- & in Fig. 5, :der wei tere Einzelheiten zeigt, Fig. 7 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht einer andern Apparatur, um die Deckschicht an einer innern Oberfläche, anstatt einer äussern, zu erzeugen.
In Fig. 1 trägt ein. Stahlstück 10 auf einer zu schützenden Oberfläche eine Chrom planierung 11. Diese Planierung wird vor teilhaft einem Reinigungsprozess1 unter worfen, um etwa eingeschlossene Gase zu entfernen; am besten wird -der plattierte Ge genstand im Vakuum etwa 30 Minuten lang auf etwa<B>800'</B> C erhitzt.
Die Planierung kann in jeder geeigneten Weise vollzogen sein, zum Beispiel :durch G%lvanisieren. Die Dicke der Chromschicht kann nach den Er fordernissen gewählt werden; sie soll jeden falls einen dichten zusammenhängenden Niederschlag auf dem .Stahl bilden.
Bei der galvanischen, Verchromung ent steht an :der Kathode eine starke Wasser stoffentwicklung und demzufolge ein Ein schluss von etwas Wasserstoff in das nieder geschlagene Chrom. Überdies sind regel mässig mikroskopische Risse und Spalten in der Chromplattierung vorhanden. Aus die sem Grunde nimmt man gewöhnlich zuerst eine (galvanische) Vernicklung, Verkup- ferung oder dergleichen vor und bringt auf dieser erst die Chromplanierung an, wenn der so plattierte Gegenstand gegen Rost oder Korrosion geschützt werden soll.
Ein Vor teil der vorliegenden Erfindung ist, dass eine solche Grundlage aus Nickel, Kupfer und dergleichen für eine Chromplattierung oder Deckschicht wegfallen kann, da alle Spalten und Risse während der Erzeugung -der Schutzschicht gleichsam mit Kohlenstoff ge füllt werden und :die Schutzschicht voll ständig undurchdringlich gemacht wird.
Vorzugsweise wird eine Chromplanie rung, wie in Fig. 1 gezeigt, karburiert (ge kohlt), bis eine .Schutzschicht für :das Stahl- grundmaterial 10, entwickelt ist, die eine äussere Chromkarbid-Oberflächenschicht 12, :darunter eine Chromschicht 13" und zu innerst eine Grundschicht 14 aus einer Le gierung von Chrom und Stahl aufweist, wie Fig. 2 zeigt.
Die Tiefe (Dicke) der in Kar- bide umgewandelten Schicht 12 kann ge wünscht eingestellt werden. In Fig. 3 ist ge zeigt, wie nicht nur Schichten. 12', 13', 14' entsprechend :den Schichten 12, 13, 14 der Fig. 2, sondern auch eine Zwischens-chicht 15 entwickelt werden, welch letztere eine Le gierung von Chrom und Chromkarbiden zwischen :den Schichten 12' und 13' dar stellt.
Bei einer beispielsweisen Durchführung der Erfindung wird ein Chromüberzug auf irgendein Grundmaterial dureh Elektrolyse aufgebracht, und ein Kohlenwasserstoff ent weder gasförmig (wie zum Beispiel Methan oder Acetylen) oder in einem andern Zu stand (zum Beispiel flüssig, wie Benzin oder Benzol) mit :der chromierten, oder aus Chrom bestehenden, Schicht in Berührung gebracht.
Die Hitze, welche zur Dissozierung der im Kohlenwasserstoff verbundenen Kohlenstoff und Wasserstoffatome notwendig ist, wird gleichzeitig dazu benutzt, um die Karburie- rung des Chroms auf gewünschte Tiefe züz bewirken. Die Tiefe der Umwandlung der Chromschicht kann durch Wahl :des Druckes mitbestimmt werden. Die Erhaltung einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre im Augenblick der Anlagerung .des Kohlenstof fes an :das Chrom geschieht in :diesem Fall durch den frei werdenden Wasserstoff selbst.
Die in Fig. 4, 5 und 6 dargestellte Appa ratur stellt einen hermetisch verschlossenen Behälter dar mit einer Grundplatte 16 und einer Haube 15. In den geöffneten Behälter können ein oder mehrere Staeke (17) einge setzt werden, in :diesem Beispiel zwei Kolben, die auf einer äussern Chromplattierung eine schützende Deck- oder Oberflächenschicht oder -struktur erhalten sollen. Durch Schrau ben 1.8 werden die Teile 15 und 16 zusam mengehalten; 19 ist eine Dichtung.
Ein Rohr 20 führt zu einer nicht gezeichneten Vakuumpumpe und eine Leitung 21 zu einem nieht dargestellten Tank, der einen Vorrat zum Beispiel von Acetylengas unter einem Druck von<B>W</B> bis 50 kg/cm@ enthält. 22 ist ein Manometer, 23 sind Zündkerzen.
In der Leitung 20 liegt ein elektromagne tisch gesteuertes Ventil 2,4 mit Ventilstange 2:4a, an der ein Magnetanker 24b sitzt. Wenn .dieser Anker durch zwei Barüberlie gende Elektromagnetspulen 24c angezogen wird, ist :das Ventil geöffnet; wird :der An ker durch zwei :Barunterliegende Spulen 24d angezogen, so ist :das Ventil geschlossen.
In der Leitung 21 sitzt ein ähnliches Ven til 25, :das :durch einen Anker 2:5b auf :der Ventilstange 25a und darüber- und Barunter liegende "Spulen 25c bezw. 25d in gleicher Weise gesteuert wird. Am obern Ende der Stange 25a sitzt ein Kontakt 26, :der auf einen feststehenden Gegenkontakt 26 auf trifft, wenn sich :die Stange 25a in Schliess stellung befindet.
Im Manometergehäuse befinden sich drei Kontaktpaare<I>A</I> und<I>A', B</I> und B', C und C'. Die Kontakte<I>A', B',</I> C', sind durch die Leitungen .27, 28, 29 mit einer passenden Stromquelle verbunden bezw. geerdet. Der Kontakt A ist :durch Leitungen 30, 31 mit :den beiden Spulen 2-5c verbunden und ge erdet, und durch Leitungen 32, 33 mit den beiden ,Spulen 24d verbunden und geerdet.
Der Kontakt B ist durch Leitungen 34,35 mit :den beiden, Spulen 25d verbunden und geerdet, und durch eine Leitung 36 mit :dem Kontakt 26, auf der Ventilstange 25a. Der festste hende Kontakt 26 ist durch Leitungen 37, 38 mit :den Zündkerzen 23 verbunden. Der Kontakt C ist :durch Leitungen 39, 40 an die beiden Spulen 24c angeschlossen.
Die Manometernadel 22a zeigt normaler weise auf Null auf der .Skala (Fig. 5 und 6). Sie zeigt :den Gasdruck an. An der Zeiger spitze sitzt ein Mitnehmer 41, der eine Bürste 42 aus leitendem Material trägt, mit der je eines der drei Kontaktpaare<I>A, A'; B, B'</I> bezw. C, C' überbrückt werden kann, wenn der Zeiger auf eine entsprechende Stelle :der Skala weist. Die Kontakte haben zweck mässig bogenförmige Gestalt und sind im Kreise angeordnet.
Wenn das Manometer einen passenden Überdruck zeigt, zum Bei- spiel zwei Atmosphären, dann möge das Kon taktpaar B, B' :durch die Bürste 42 über brückt sein. Wenn ,das Manometer auf einen vorher festgesetzten tieferen Druck fällt, mögen die Kontakte A, A' :durch :die Bürste überbrückt werden; wenn das Manometer auf höhere Werte zeigt, -4 bis .20 Atmosphären, mögen die Kontakte C,<B><I>C</I></B> überbrückt wer den.
Es. sei angenommen, :dass der Behälter 15, 16 nach Aufnahme der chromplattierten Kolben 17 (Fix. 4) luftdicht geschlossen und hierauf -aufgeheizt wurde. Wenn vor den Kolben 17 andere Gegenstände im Apparat behandelt worden waren, ist das Ventil 25 der Acetylenleitung 21 zu schliessen und das Ventil 24 in der Vakuumpumpenleitung zu öffnen: Ebenso wird,die Vakuumpumpe an gelassen und am Schluss der Behandlung zweckmässig abgestellt.
Der Druck im Behälter 15, 16 sei zu nächst gleich äusserem Atmosphärendruck (Null auf der Skala), obwohl das in der Pumpenleitung 20 befindliche Ventil offen ist. Infolgedessen nimmt die Bürste 42 die Stellung gemäss Fig. 5 ein, und alle Strom kreise sind offen.
Mit fortschreitender Evakuierung fällt der Druck in dem Gefäss 15, 16, bis eine vorbestimmte Grenze nahe dem absoluten Vakuum erreicht ist. Jetzt wird das Kon taktpaar<I>A, A'</I> durch die Bürste 42 über- brückt, die beiden Magnetspulen 24d werden erregt und schliessen das Ventil in der Va kuumleitung 20, während die Spulen 25c das Ventil in der Aoetylenleitung 21 öffnen.
Nun strömt unter gewünschtem hohem Druck (gegebenenfalls über ein Reduzier ventil) Acetylengas in das Gefäss 15, 16, so dass der Druck auf ungefähr 2 Atmosphären steigt. In diesem Augenblick mögen die Kontakte B, B' durch die Bürste 42 über brückt werden und die beiden Magnetspulen 25d schliessen .das Ventil in der Acetylen- leitung 21.
Hierbei werden auch die Kon takte 2 & geschlossen (Fig. 5) und die Zünd kerzen 23 an Spannung gelegt, an denen der Funke überspringt und :das Gas in :dem Ge- fäss 15, 16 entzündet. Die nun erfolgende Explosion :dissoziert den Kohlenstoff und den Wasserstoff des Gases und .die Kohlung (Karburierung) der Chromplattierung 17 be ginnt.
Die plötzliche Druckerhöhung in :dem Behälter ist ausserordentlich gross, der Mano- meterzeiger wird auf einen viel höheren Druck zeigen, und dadurch wird fast augen blicklich die Bürste 42 von den Kontakten <I>B, B'</I> wieder weggerissen und im Uhrzeiger sinn über die Kontakte C, C' geführt; dabei verursachen :die zwei Magnetspulen 24e das Öffnen des Ventils in,der Pumpenleitung 20, wodurch der Explosionsdruck gemindert, wird und eine Temperatursenkung fast augenblicklich der Explosion folgt.
Die Bürste 42 schlägt so schnell nach rechts aus, dass, es wünschenswert ist, die Kontakte C. <B>C</B> (wie dargestellt) über einen beträchtlichen Teil des Bürstenweges auf der Skala aüszu- ,dehnen, um die zwei Magnetspulen 24c mit Sicherheit zu erregen und das Ventil in der Pumpenleitung 20 zu öffnen. Hierbei mag eine Schliessung des Zündstromkreises vor übergehend erfolgen; sie ist jedenfalls ohne Wirkung, weil noch kein frisches Acetylen gas in der Kammer vorhanden ist.
Nach Öffnen des Ventils in der Leitung 2:0 werden die Gasrückstände des Behälters 15, 16, durch :die Vakuumpumpe abgesogen. Der Druck in diesem Behälter fällt, und der Manometerzeiger fällt wieder auf Unter druck, wo die Kontakte<I>A, A'</I> wieder durch die Bürste 42 überbrückt werden.
Bei der Beendigung der Linksdrehung :der Bürste 42 während des. Druckabfalles werden die Kontakte<I>A, A'</I> wieder über brückt, und es wiederholt sieh der beschrie bene Kreislauf.
Wenn diese Kreisläufe gewünscht oft wiederholt sind, wird der Chromüberzug der Kolben 17 auf beabsichtigte Tiefe gekohlt (karburiert) sein. Nunmehr wird die Va kuumpumpe abgestellt. Um eine Kohlung zu erreichen, wie sie zum Beispiel in Fig. 2 dargestellt wurde, genügen etwa 5 bis 10 Wiederholungen, eine Operation, .die etwa 1 bis 2 Minuten erfordert. Um eine Kohlung zum Beispiel nach Fig. 3 zu erzielen, genü gen 50 bis 100 Wiederholungen des Kreis laufes, was etwa 10 bis 15 Minuten erfordert.
Beim Abstellen der Vakuumpumpe, zum Beispiel von Hand, bleiben die Teile der Ap paratur (Fig. 4, 5 und 6) immer in der für Beginn und Fortsetzung einer neuen auto matischen Operation erforderlichen Stellung (das ist mit dem Manometerzeiger 22a auf Null Atmosphären Überdruck, mit offenem Ventil 24 in der Pumpenleitung und ge schlossenem Ventil 25 in der Acetylen leitung).
Wird zum Beispiel die Pumpe ab gestellt, so schwenkt die Bürste 42 nach rechts von den Kontakten A,A' hinweg nach den Kontakten<I>B, B'</I> unter dem Druck des in die Kammer 15, 16 einströmenden Ace tylens, da, das Ventil 25 offen ist. Das Ven til 24 ist aber geschlossen und die Pumpe, ob sie läuft oder nicht, ohne Einfluss.
Daher wird die Bürste 42 ihre Rechtsbewegung fortsetzen, die Kontakte B, B' überbrücken, hierdurch das Ventil 25 in der Acetylen leitung schliessen und das Acetylen in dem Behälter 15, 16 zum Explodieren bringen, Darnach wird, als Folge der Explosion, die Bürste 42 die Kontakte C,<B><I>C</I></B> überbrücken, die das Ventil in der Pumpenleitung öffnen, aber das Ventil 25 in der Acetylenleitung noch geschlossen lassen.
Mit nun offenem Ventil in .der Pumpenleitung sinkt der Druck in dem Behälter und die sich daraus er gebende Linksbewegung der Nadel 22a setzt sich nur so weit fort, bis Atmosphärendruck im Behälter herrscht; die Bürste 42 wird also nicht. bis zu den Kontakten<I>A, A'</I> ge langen, und dadurch wird das Ventil 24 nicht wieder geschlossen und das Ventil 25 nicht wieder geöffnet.
Der in Fig. 7 gezeigte Apparat arbeitet wie der eben beschriebene. Er soll haupt sächlich zur Kohlung verchromter Ober flächen im Innern hohler Gegenstände die nen, wie es etwa ein Rohr 43 ist. Das Innere solcher Gegenstände kann also einen Teil des Expansionsraumes bilden.
Ein sol ches ausreichend festes Rohr ruht an seinen beiden Enden auf Dichtungsringen, so dass .der Innenraum hermetisch abgeschlossen wird, wenn die Verschlussstüeke 45 und 46, die auf diesen Dichtungen sitzen, zusammen gepresst werden, indem man zum Beispiel den Deckel 45 auf einen Träger 47 montiert, der fest an einer hydraulischen Presse 48 sitzt, während man den Deckel 46 auf .den PreZkolben 49 montiert. Leitungen 20a, 21a entsprechender Pumpenleitung 20 bezw. der Acetylenleitung 21 in Fig. 4, Zündkerzen 23a entsprechen den Zündkerzen 23 in Fig. 4, ein Manometer 22' entspricht dem Manometer 22.
Die Leitungen 20a, 21a sind mit Ventilen versehen, wie die Ventile 24 und 25 in Fig. 4, und .das Manometer 22' hat entsprechende Kontakte und eine Schleifbürste am Zeiger. Mit diesem Teile sind elektrische Leitungen verbunden wie in Fig. 4, 5 und 6. Der Ap parat wird in gleicher Weise wie der zuerst beschriebene benutzt, indem natürlich gleich falls Innenflächen karburiert werden könn ten.
Acetylen ist ein ungesättigter Kohlen wasserstoff, der unter Hitze oder Druck oder infolge einer Entzündung in seine Kompo nenten Wasserstoff und Kohlenstoff zerfällt. Diese thermische Dissoziation erfolgt bei <B>600'</B> C bereits zu<B>87%.</B> Bei<B>750'</B> C steigt die Dissoziation auf<B>97%,</B> sogar unter nor malem Druck, wenn das Acetylen zum Bei spiel durch ein entsprechend erhitztes Rohr geleitet wird. Bei einer Temperatur von 900 C und einem Überdruck von nur einer Atmosphäre verläuft die Dissoziation explo siv. Wenn Acetylen mit einem elektrischen Funken oder Glühdraht in Berührung ge langt, unter normalem Druck bei konstantem Volumen, so erfolgt die explosive Dissozia tion nur in der Nähe des Drahtes oder des Funkens.
Bei höherem Druck und konstan tem Volumen verursacht die Zündung jedoch eine vollständige Dissoziation. Eine solche thermische Dissoziation bei konstantem Vo lumen wird hier benutzt und trägt wesent lich zur sauberen Erzeugung von Chrom- karbiden bei.
Zunächst überschreitet die Dissoziations- temperatur des explodierten reinen Acetylens <B>3000'</B> C. Die beider Explosion entwickelte Wärme heizt,die zu kohlende, chromhaltige Aussenschicht ausreichend auf, um eine Kali, lung des Chroms, das heisst die Bildung eines oder mehrerer Chromkarbide, zu gewähr leisten, ,die bereits bei viel niedrigeren Tem peraturen erfolgt (wenn Chrom und Kohlen stoff anwesend sind).
Ferner wird eine ent sprechende Menge Wasserstoffes frei und bleibt gasförmig anwesend. Frei werdender Kohlenstoff wird auch durch den Wasser- stGffdruck in die Poren der Chromschicht ge drückt. Der Wasserstoff gewährleistet so mit nicht nur eine neutrale Atmosphäre um die zu karburierende Schicht, sondern wirkt mit seinem hohen Druck bei konstantem Vo lumen wie ein Treiber, welcher die abgespal tenen Kohlenstoffteilchen tief in alle Poren, Spalten und ausserdem in das zu behandelnde Material selbst treibt.
Wenn die beschriebe nen Vorgänge wiederholt werden, so wird die Chromschicht bei höheren Temperaturen und dementsprechend grösserer Geschwindigkeit und damit Eindringfähigkeit der abgespal tenen Kohlenstoffatome auf immer grössere Tiefe karburiert. Die folgende Tabelle zeigt .die Ergebnisse, die bei Explosionsversuchen mit reinem Acetylengas (100% C,H2) bei konstantem Volumen erhalten wurden.
EMI0008.0019
Zündüberdruck <SEP> Druck <SEP> unmittelbar <SEP> nach <SEP> Dissoziationsdauer <SEP> Verhältnis <SEP> von <SEP> Zünd in <SEP> Atm. <SEP> der <SEP> Dissoziation <SEP> (in <SEP> t/tooo <SEP> Sek.) <SEP> zu <SEP> Enddruck
<tb> <B>2,23 <SEP> 8,77</B> <SEP> Atm. <SEP> - <SEP> <B>3,93</B>
<tb> 2,23 <SEP> 10,73 <SEP> <I>2)</I> <SEP> - <SEP> 4,81
<tb> <B>3,50 <SEP> 18,58 <SEP> 17 <SEP> 77,8 <SEP> 5,31</B>
<tb> <B>3,73 <SEP> 19,33</B> <SEP> " <SEP> - <SEP> <B>5,53</B>
<tb> <B>5,98</B> <SEP> 41,13 <SEP> <B>21 <SEP> 66,7 <SEP> 6,90</B>
<tb> <B>5,98</B> <SEP> 43,43 <SEP> " <SEP> - <SEP> <B>7,26</B>
<tb> <B>6,98</B> <SEP> 41,53 <SEP> " <SEP> 45,9 <SEP> 6,94
<tb> <B>11,23 <SEP> 92,73</B> <SEP> " <SEP> 26,1 <SEP> 8,24
<tb> <B>11,23 <SEP> 91,73 <SEP> 39,2 <SEP> 8,0</B>
<tb> 21,13 <SEP> <B>213,70</B> <SEP> " <SEP> <B>16,6</B> <SEP> 10,13
<tb> 21,
13 <SEP> 212, <SEP> 60 <SEP> " <SEP> 18, <SEP> 2 <SEP> 10,13 Wenn zum Beispiel auf elektrochemi schem Wege hergestellte Chromoberflächen mittelst der Diamant-Ritzmethode unter sucht werden, werden Härtegrade erreicht, die etwa 960 Brinellgraden entsprechen.
Wenn jedoch ein derartiger Chromüberzug nach der Erfindung in Karbide verwandelt wird, werden mittelst der Diamant-Ritz-' methode Härtegrade festgestellt, die etwa,' <B>3800</B> Brinellgraden entsprechen. Die Härte " von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von <B>0,8%</B> entspricht nur 220 Brineilgraden. Der Schmelzpunkt von reinem Chrom liegt bei etwa 16,15 C, derjenige der Chromkarbide bei etwa 2000 o C.
Ferner werden Chrom- karbide nicht durch Salpetersäuren ange- griffen, während sogar :Schwefelsäure, wenn auch nur schwer, und Salzsäure sehr schnell Chrom auflöst.
Obwohl Chrom Alkalien widersteht, schützt ein auf elektrolytischem Wege auf gebrachter Chromüberzug die plattierte Oberfläche dennoch nicht vollständig, weil der Überzug nicht porenfrei ist. Weiterhin ist elektrolytisch niedergeschlagenes Chrom übersättigt mit dem bei der Galvanisierung entstehendem Wasserstoff, der die Zwischen räume zwischen. den Chromkristallen aus füllt und von diesen eingeschlossen wird.
Schwache Temperaturänderungen verur sachen verschiedene Ausdehnung des Chroms und .des darin eingeschlossenen Wasserstoffes, wodurch ein Ablösen der Chromplatzierung von der darunterliegenden Oberfläche unter stützt wird. Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, einen elektrolytisch niederge schlagenen Chromüberzug in Chromkarbide zu verwandeln Lind einen Chromkarbidüber- zug zu erzeugen, der ein idealer Schutz für ein darunterliegendes Metall ist. Ein der artiger Oberzug hat ausserordentliche Härte, sehr hohen Schmelzpunkt und weist eine absolut homogene und gleichmässige Struktur auf.
Die Umwandlung eines auf elektro lytischem Wege hergestellten Chromüber zuges in Chromkarbid erfolgt. in einer be währten Ausführunw der Erfindung nach Er hitzung des Chromüberzuges auf hohe Tem peraturen im Vakuum, wobei der inter- kristalline Wasserstoff ausgetrieben wird und die Poren und Risse im Chrom offen lässt, die nunmehr das tiefe Eindringen des Kohlenstoffes in das Chrom erleichtern. Die ses Erhitzen im Vakuum wird am besten aus geführt, nachdem die mit dem Chromüber zug versehenen Gegenstände abgespült und getrocknet wurden.
Hierzu wird vorteilhaft im Explosionsraum eine Vorwärinevorrich- tung für die zu kohlenden Oberflächen vor gesehen. Am besten verwendet man dazu einen entsprechend geschützten elektrischen Heizwiderstand. Die Anzahl der auszufüh renden Explosionen hängt von der Dicke= der Chromschicht und dein gewünschten Koh- lungsgrad ab.
Wenn die Explosionen genug oft wiederholt. worden sind, schreitet die Um wandlung von Chrom in Chromkarbid fort, so da.ss man eine Schutzdeckschicht erhält, die eine Oberflächenschicht von Chrom karbid, darunter eine Schicht von Chrom und Chromkarbid und darunter eine Chrom schicht enthält, wie zum Beispiel in Fig. .f gezeigt wurde.
Wenn das Chrom auf eine Eisen- oder Stahloberfläche aufgebracht wurzle, wirft es auch, wie in Fig. 3 gezeigt, eine unterste Schicht von Chrom und Eisen legierungen geben, welche die Chromkarbide von dem Eisen trennen und doch zugleich eine feste Verbindung zwischen der Chrom schicht und dem Eisen bilden. Wenn,die Oberfläche nur gegen Korrosion geschützt werden sohl, werden einige Explo sionen genügen, und in diesem Fall wird auch eine sehr dünne Chromschicht ('/l0000 oder '/iooooo Zoll) ausreiehend sein.
Wenn man einen Schutz gegen mechanische Ab nutzung und Verschleiss schaffen will, ist es ratsam, mit einer dickeren Chromschicht (un gefähr wenige Tausendstel eines Zolles dick) anzufangen und durch eine grössere Anzahl von Explosionen eine dickere Chromkarbid schicht entstehen zu lassen.