DD291674A7 - Verfahren zum schichtauftrag auf metallischen werkstoffen durch elektrolytische abscheidung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schichtauftrag auf metallischen Werkstoffen durch elektrolytische Abscheidung aus einem Eisenelektrolyten mit dispergierten Feststoffteilchen und anschlieszender Waermebehandlung zur Erzeugung (Regenerierung) einer Randschicht hoher Verschleiszbestaendigkeit mit in weitem Bereich variierbaren Verschleisz- und Zaehigkeitseigenschaften. Die erfindungsgemaesze Aufgabe wird dadurch geloest, dasz die aus einem 400 g/l FeCl24 H2O enthaltenden Elektrolyten abgeschiedene Eisenschicht mindestens 9 * Borcarbid enthaelt und bis zur Ausbildung eines Durchdringungsgefueges geglueht wird. Bei hohen Borcarbidanteilen und laengeren Gluehzeiten ist es grundsaetzlich moeglich, Schichten zu erzeugen, die vollstaendig aus Hartstoffphasen bestehen. Die galvanisch aufgetragene Dispersionsschicht bildet bei der Waermebehandlung ein mehrphasiges Diffusionssystem, das in der Metallmatrix ein raeumlich zusammenhaengendes Netzwerk aus Hartstoffen ueber den gesamten Schichtquerschnitt erzeugt und bis zur vollstaendigen Umwandlung in eine Hartstoffschicht fuehren kann.{Schichtauftrag; Dispersionsschicht; elektrolytische Abscheidung; Eisenelektrolyt; Waermebehandlung; Regenerierung; Verschleiszbestaendigkeit; Borcarbid; Durchdringungsgefuege; Hartstoffphase}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schichtauftrag auf metallischen Werksioffen durch elektrolytische Abscheidung in einem Eisenelektrolyten mit dispergieren Feststoffteilchen und anschließender Wärmebehandlung zur Erzeugung oder Regenerierung einer Randschicht hoher Verschleißbeständigkeit mit in weitem Bereich variierbaren Verschleiß- und Zähigkeitseigenschaften.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Nach SU 307114 ist ein o. g. Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Randschicht bekannt. Dem Elektrolyten wird feindispergiertes amorphes Bor in einer Korngröße von 1-3 pm zugesetzt. Nach der Beschichtung wird das Werkstück bei 950°C bis 115O⁰C gegiüht. Es entstehen Schichten, in die vereinzelt Boride eingelagert sind. Die Schichten enthalten 2-5 Ma.-% Bor. Sie sind verschleißfest.

In GB-PS1358538 ist ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Schicht durch elektrolytische Abscheidung einer Schicht mit Carbideinlagerungen und anschließende Wärmebehandlung beschrieben. Die Matrixschichten bestehen zu mindestens 50% aus Cobalt und enthalten Partikel, die zu wenigstens 50% aus Cr₃C₂ bestehen. Im Verlauf der Wärmebehandlung bei 500⁰C bis 1100°C über 2 bis 24 Stunden werden die Cr₃C₂-Teilchen in (Cr, Co)₇7C3-Teilchen umgewandelt. Durch die relative Verringerung der Kohlenstoffkonzentration in der Carbidphase vergrößert sich deren Volumenanteil an der Schicht auf 30 bis maximal 65%.

Es ist allgemein bekannt, die Oberfläche von Eisenwerkstoffen zu borieren. Es entstehen intermetallische Phasen. Wegen ihrer hohen Sprödigkeit müssen die Diffusionsschichten relativ dünn ausgebildet werden. Die Schichtwachstumsgeschwindigkeit ist im übrigen auch nicht so hoch, daß dickere Schichten effektiv ausgebildet werden könnten. Die Boridschichten wachsen im wesentlichen in den Werkstoff hinein. Das Verfahren eignet sich deswegen auch nicht zur Regenerierung einer stark verschlissenen Randschicht. Das galvanische Verfahren bietet diese Möglichkeit grundsätzlich an. Hierzu dürfte die Schicht aber nicht so spröde sein, damit sie auch stoßartiger Beanspruchung ausgesetzt werden kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, auf Eisenwerkstoffen im elektrolytischen Auftrag verschleißfeste Randschichten herzustellen oder verschlissene Teile zu regenerieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, auf galvanischem Weg und mit anschließender Wärmebehandlung Randschichten mit eingelagerten Boriden und unterschiedlichen Verschleiß- und Zähigkeitseigenschaften herzustellen, darunter insbesondere solche, die ein Durchdringungsgefüge aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die aus einem <100g/l FeCI₂ 4H₂O enthaltenden Elektrolyten abgeschiedene Eisenschicht mindestens 9VoI.·% Borcarbid enthält und bis zur Ausbildung eines Durchdringungsgefüges geglüht wird.

Bei hohen Borcarbidanteilen und längeren Glühzeiten ist es grundsätzlich möglich, Schichten zu erzeugen, die vollständig aus Hartstoffphasen bestehen.

Wie in den Ansprüchen und Ausführungsbeispielen näher gezeigt, können auf diesem Wege durch Variation der Parameter sprödere und zähere Verschleißschicht hergestellt werden. Die galvanisch aufgetragene Dispersionsschicht bildet bei dsr Wärmebehandlung ein mehrphasiges Diffusionssystem, das in der Metallmatrix ein räumlich zusammenhängendes Netzwerk aus Hartstoffen über den gesamten Schichtquerschnitt erzeugt und bis zur vollständigen Umwandlung in eine Hartstoffschicht führen kann. Der mittlere Härte-Tiefe-Verlauf weist keinen signifikanten Abfall auf, d. h. ein gewollter oder ungewollter Schichtabtrag ändert die Härte der Schicht nicht. Die Schicht kann maßlich aufgetragen werden. Das Verfahren ist dadurch auch zur Regenerierung verschlissener Randschichten einsetzbar.

Ausführungsbeispiele

I.Beispiel

Nach üblicher Vorbehandlung (Entfetten, Beizen) wurde ein kohlenstoffarmer Stahl C10 galvanisch beschichtet. Der Elektrolyt enthielt 400g/l FeCI₂ · 4H₂O und 75g/l Borcarbid mit einer Korngröße um 3 pm. Die katodische Stromdichte betrug 20 A/dm². Die Temperatur wurde zwischen und 25-70°C variiert. Im zweistündigen Auftrag entstand bei ständigem mechanischen Rühren des Bades eine Schicht mit einer Dicke von 330-350pm. Der Borcarbid-Anteil betrug bis zu 10Vol.-%. Das beschichtete Werkstück wurde bei einer Temperatur von 68O⁰C wärmebehandelt. Die Schichten bestanden zu ca. 70% aus Eisenboriden und Borzementit in einem Durchdringungsgefüge mit der modifizierten Stahlmatrix. Sie waren fest mit dem Grundmaterial verbunden.

2. Beispiel

Nach üblicher Vorbehandlung (Entfetten, Beizen) wurde ein kohlenstoffarmer Stahl C10 galvanisch beschichtet. Der Elektrolyt enthielt 400g/l FeCI₂ · 4HiO und 100g/l Borcarbid mit einer Korngröße um 8pm. Die katodische Stromdichte wurde zwischen 5 und 40 A/dm² variiert, Die Temperatur lag bei 50°C. Im zweistündigen Auftrag entstand bei ständigem mechanischen Rühren des Bades eine Schicht mit einer Dicke von 120 bis 400pm. Der Borcarbid-Anteil betrug 9-12 Vol.-%. Das beschichtete Werkstück wurde bei einer Temperatur von 680 und 500⁰C wärmebehandelt. Die Schichten bestanden zu 70-80% aus Eisenboriden und Borzementit in einem Durchdringungsgefüge mit der modifizierten Stahlmatrix. Sie waren fest mit dem Grundmaterial verbunden.

3. Beispiel

Nach üblicher Vorbehandlung (Entfetten, Beizen) wurde ein kohlenstoffarmer Stahl C10 galvanisch beschichtet. Der Elektrolyt enthielt 400g/! FeCI₂ - 4H₂O und 150g/l Borcarbid mit einer Korngröße um 8μηη. Die katodische Stromdichte lag bei 20A/dm². Die Temperatur betrug EO⁰C. Im zweistündigen Auftrag entstand bei ständigem mechanischen Rühren des Bades eine Schicht mit einer Dicke von 310μηι. Der Borcarbid-Anteil betrug 30 Vol.-%. Das beschichtete Werkstück wurde bei einer Temperatur von 68O⁰C wärmebehandelt. Die Schicht enthielt 85% Eisenboride und Borzementit, 10% Borcarbid vnd 5% modifizierte Stahlmatrix. Sie war fest mit dem Grundmaterial verbunden. Bei längeren Glühzeiten ist es möglich, eine Schicht zu erzeugen, die vollständig aus Hartstoffphasen besteht.

Claims (4)

1. Verfahren zum Schichtauftrag auf metallischen Werkstoffen durch elektrolytische Abscheidung einer Eisen-Schicht mit dispergiertem Borcarbid und anschließendem Diffusionsglühen, gekennzeichnet dadurch, daß die aus einem 400g/l FeCl2 · 4H2O enthaltenden Elektrolyten abgeschiedene Eisenschicht mindestens 9 Vol.-% Borcarbid enthält und bis zur Ausbildung eines Durchdringungsgefüges geglüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Elektrolyt 75g/l Borcarbid enthält und die Beschichtung bai 20 A/dm² und 25-75⁰C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Elektrolyt 100g/l Borcarbid enthält und die Beschichtung bei 5-40 A/dm² und 5O⁰C erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Elektrolyt 150g/l Borcarbid enthält und die Beschichtung bei 20 A/dm² und 5O⁰C erfolgt.