DD225454A1

DD225454A1 - Verfahren zur herstellung von boridschichten auf eisenwerkstoffen

Info

Publication number: DD225454A1
Application number: DD26130884A
Authority: DD
Inventors: Bernd Ritzel; Wolfgang Wagner; Guenter Marx; Gerd Bochmann
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1984-03-28
Filing date: 1984-03-28
Publication date: 1985-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen. Die Anwendungsgebiete der Erfindung finden sich im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau sowie im Fahrzeugbau zur Loesung von Verschleissproblemen. Die Erfindung hat das Ziel, die Oberflaechenguete von Boridschichten und ihre gleichmaessige Ausbildung zu verbessern sowie die Neigung zum Abplatzen und den Angriff auf die Eisenwerkstoffe durch das Boriergemisch zu verbessern. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe unter Verwendung eines Gasstromes, der H2 und 1-5 Vol.-% BCl3 enthaelt, bei Atmosphaerendruck oder vermindertem Druck dadurch geloest, dass bei einer Temperatur kleiner als 1 050 K die Teile aus Eisenwerkstoffen solange boriert werden, bis sich eine geschlossene Boridschicht gebildet hat. Darauffolgend wird bei Temperaturen zwischen 1 100 bis 1 300 K bis zur gewuenschten Endschichtdicke weiterboriert.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen, vorzugsweise auf Werkzeugen und Konstruktionsteilen. Die Erfindung findet vor allem zur Lösung von Verschleißproblemen im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau sowie im Fahrzeugbau Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß durch Verwendung von Trichlorboran (BCI3) im Gemisch mit Wasserstoff oder im Gemisch mit Wasserstoff und einem Inertgas, z. B. Stickstoff oder Argon, bei Temperaturen von 870 K bis 1400 K Boridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Die vorgeschlagenen Anteile an BCI3 liegen im Bereich von 1 Vol.-% bis 25Vol.-% BCI3. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung in mehreren Stufen durchgeführt werden kann, wie es z. B. in JP 7618946 beschrieben ist. Die Borierung wird bei einer Temperatur von ca. 970K begonnen und nachfolgend durch eine Wärmebehandlung bei höherer Temperatur unterbrochen und es erfolgt eine Fortsetzung der Borierung bei dieser Temperatur, was insgesamt einen erhöhten Energieaufwand bedeutet. Es sind weiterhin Verfahren bekannt, die andere Stoffe dem Boriergemisch zusetzen, wie z. B. in DD-WP 139602 TiCI4, SnCI4 u. a., oder der Zusatz von HCl in DE-OS 3139462, was einen erhöhten Regel- und Dosieraufwand bedeutet. Die genannten Verfahren haben den Nachteil, daß der Substratwerkstoff durch das Boriergemisch angegriffen wird, was die Gebrauchseigenschaften der Boridschicht herabsetzt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, die Oberflächengüte von Boridschichten und ihre gleichmäßige Ausbildung zu verbessern sowie die Neigung zum Abplatzen und den Angriff auf die Eisenwerkstoffe bei der Verwendung von BCI3-H2-Gemischen bzw. BCI3-H2-Inertgas-Gemischen zu vermindern sowie die Behandlungszeiten zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen zu entwickeln, mit dem gleichmäßigen Boridschichten hoher Oberflächengüte mit verminderter Abplatzneigung bei vermindertem Angriff auf die Eisenwerkstoffe realisiert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren sowie eines Gasstromes, bestehend aus H2 bzw. H2 und N2 und/oder Ar mit 1 Vol.-% bis 5 Vol.-% BCI3, bei Atmosphärendruck oder vermindertem Druck dadurch gelöst, daß bei einer Temperatur kleiner als 1050K Teile aus Eisenwerkstoffen solang in dem Ofen boriert werden, bis sich eine geschlossene 5μΐτι bis 20μηη starke Boridschicht gebildet hat. Darauffolgend wird dieTemperatur im gleichen Gasgemisch auf 1100K bis 1300K erhöht und bis zum Erreichen einer gewünschten Endschichtdicke gehalten. Danach werden die Teile in BCI3-freiem H2 oder N2 oder Ar bzw. einem Gemisch zweier dieser Gase im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder abgekühlt bzw. im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder außerhalb des Ofens abgeschreckt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Teile aus Eisenwerkstoffen (z. B. MK3AI, C45, 20MoCr5, 42CrMo4) werden entfettet, gebeizt, gespült und getrocknet. Sie werden im H2-Strom bei 0,1 MPa auf 1 020 K erwärmt und bei dieser Temperatur eine Stunde lang in einem Gasstrom der Zusammsetzung 98,9Vol.-% H2 und 1,1 Vol.-% BCI3 boriert. Danach wird mit dem gleichen Gasstrom bei 1 220K 2,5 Stunden lang die Borierung fortgesetzt und durch Abschrecken der Teile in reinem H2 beendet. Es entsteht eine zweiphasige aus FeB und Fe2B bestehende, fest haftende Schicht gleichmäßiger Oberflächengüte mit der Gesamtschichtdicke 120μιτι (MK3AI) bzw. 115μΓη (C45) bzw. 100μηη (20MoCr5, 42CrMo4). Die Massenänderung der Teile entspricht der Boraufnahme.

Claims

-1 - 261 308 6

Erfindungsanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren sowie eines Gasstromes, bestehend aus H₂ bzw. H₂ und N₂ und/oder Ar mit 1 Vol.-% bis 5VoI.-% BCI₃, dadurch gekennzeichnet, daß bei Atmosphärendruck oder vermindertem Druck und einer Temperatur kleiner als 1 050 K Teile aus Eisenwerkstoffen in einem Ofen solange boriert werden, bis sich eine geschlossene 5/xm bis 20μΓη starke Boridschicht gebildet hat, und danach die Temperatur der Teile auf 1100K bis 1 300K erhöht und im gleichen Gasgemisch bis zum Erreichen der gewünschten Endschichtdicke weiter boriert wird, und darauffolgend die Teile in BCI₃-freiem H₂ oder N₂ oder Ar bzw. einem Gemisch zweier dieser Gase im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder abgekühlt bzw. im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder außerhalb des Ofens abgeschreckt werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen, vorzugsweise auf Werkzeugen und Konstruktionsteilen. Die Erfindung findet vor allem zur Lösung von Verschleißproblemen im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau sowie im Fahrzeugbau Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß durch Verwendung von Trichlorboran (BCI₃) im Gemisch mit Wasserstoff oder im Gemisch mit Wasserstoff und einem Inertgas, z.B. Stickstoff oder Argon, bei Temperaturen von 870K bis 1 400K Boridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Die vorgeschlagenen Anteile an BCI₃ liegen im Bereich von 1 Vol.-% bis 25 Vol.-% BCI₃. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung in mehreren Stufen durchgeführt werden kann, wie es z.B. in JP 7618946 beschrieben ist. Die Borierung wird bei einer Temperatur von ca. 970K begonnen und nachfolgend durch eine Wärmebehandlung bei höherer Temperatur unterbrochen und es erfolgt eine Fortsetzung der Borierung bei dieser Temperatur, was insgesamt einen erhöhten Energieaufwand bedeutet. Es sind weiterhin Verfahren bekannt, die andere Stoffe dem Boriergemisch zusetzen, wie z. B. in DD-WP 139602TiCI₄, SnCI₄ u.a., oder der Zusatz von HCI in DE-OS 3139462, was einen erhöhten Regel- und Dosieraufwand bedeutet. Die genannten Verfahren haben den Nachteil, daß der Substratwerkstoff durch das Boriergemisch angegriffen wird, was die Gebrauchseigenschaften der Boridschicht herabsetzt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, die Oberflächengüte von Boridschichten und ihre gleichmäßige Ausbildung zu verbessern sowie die Neigung zum Abplatzen und den Angriff auf die Eisenwerkstoffe bei der Verwendung von BCI₃-H₂-Gemischen bzw. BCI₃-H₂-Inertgas-Gemischen zu vermindern sowie die Behandlungszeiten zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen zu entwickeln, mit dem gleichmäßigen Boridschichten hoher Oberflächengüte mit verminderter Abplatzneigung bei vermindertem Angriff auf die Eisenwerkstoffe realisiert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren sowie eines Gasstromes, bestehend aus H₂ bzw. H₂ und N₂ und/oder Ar mit 1 Vol.-% bis 5 Vol.-% BCI₃, bei Atmosphärendruck oder vermindertem Druck dadurch gelöst, daß bei einer Temperatur kleiner als 1 050 K Teile aus Eisenwerkstoffen solang in dem Ofen boriert werden, bis sich eine geschlossene 5/u.m bis 20μΓη starke Boridschicht gebildet hat. Darauffolgend wird die Temperatur im gleichen Gasgemisch auf 1 100K bis 1 300K erhöht und bis zum Erreichen einer gewünschten Endschichtdicke gehalten. Danach werden die Teile in BCI₃-freiem H₂ oder N₂ oder Ar bzw. einem Gemisch zweier dieser Gase im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder abgekühlt bzw. im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder außerhalb des Ofens abgeschreckt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Teile aus Eisenwerkstoffen (z. B. MK3AI, C45, 20MoCr5, 42CrMo4) werden entfettet, gebeizt, gespült und getrocknet. Sie werden im H₂-Strom bei 0,1 MPa auf 1 020K erwärmt und bei dieser Temperatur eine Stunde lang in einem Gasstrom der Zusammsetzung 98,9 Vol.-% H₂ und 1,1 VoI.-% BCI₃ boriert. Danach wird mit dem gleichen Gasstrom bei 1 220K 2,5 Stunden lang die Borierung fortgesetzt und durch Abschrecken der Teile in reinem H₂ beendet. Es entsteht eine zweiphasige aus FeB und Fe₂B bestehende, fest haftende Schicht gleichmäßiger Oberflächengüte mit der Gesamtschichtdicke 120/xm (MK3AI) bzw. 115Mm (C45) bzw. ΙΟΟμητι (20MoCr5, 42CrMo4). Die Massenänderung der Teile entspricht der Boraufnahme.