DE1925497B2 - Verfahren zur Herstellung me tallischer Schichten auf Werkstucken aus Stahl - Google Patents

Description

³ 4

gemäß dadurch erreicht, daß die Werkstücke in kalt- f_er. Kadmium, ein anderes unter dem Einfluß der

Verformten Zustand gereinigt und vorgewärmt und Wärme schnell der Diffusion ausgesetztes Metall oder

„ach dem Bedangen einmal bei einer zwischen 500 auch eine Leaieruns des einen oder anderen dieser

_und !(.nie C hegenden Temperatur g.glüht werden. Metalle, so wird die Temperatur für die einmalig

_Bei der letztgenannten Temperatur kommt es einer- 5 Glühbeh.,nd!unu des beschichteten Produkts bevor-

_sei_ls zu einer Rekristallisation und andererseiis zu zum zwischen 5i KJ und 600^: C fesselest,

einem Hindiffundieren der Beschichtung in die nie Durchführung des erfmdunesaemäßen Verfah-

Grenz/one. Dank dieser kombination des Rekristal- rer.s kann auf fokende Weise effoken. die ^edoch

lisatior.igiühens mit dem Diiiusionsglühen wird eine nur ais Beispiel ^"betrachten ist.

besonders starke und gleichmäßige Haftung der Be- 10 Ein Band aus normalem unberührtem Flußstahl

Schichtung gewährleistet, wobei \on zusätzlichem mit der Zusammensetzune C «ζ 0.120"~... Mn =-0.2 ' ..

Vorteil ist. daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens b;:, 0.5",.. P = 0.050'-¹T.. S = 0.040" » und einer

durch den Fortfall einer WärmebehandlungsMufe er- Dicke, die um 2 mm Heizen kann, wird kaUsewalzt.

hebiich \ erbessert wird. Da sich das auf diese Weise urr. ein Blech von 0.9 mm Dicke zu erhalten' Dieses

erforderliche Diffusionsglühen vom Rekristallisa- 15 Blech wird dann auf einer Seite in einer normalen

tionsgUihen grundlegend dadurch unterscheidet, daß Atmosphäre auf bekannte Weise mittels eines Laugen-

bei ersterem das Gefüge nicht verändert werden soll. bades gereinigt und entfettet: es geht hiernach in

wohingegen es brim Rekristallisationsglühen aus- einen Raum." wo ein Vakuum von beispielsweise

drücklich \eränderiwerden soll, war es überraschend. ]()-■*· bis 10-'· Torr vorherrscht, wo es auf eine Tem-

durch eine Kombination dieser beiden Arten in einer 20 peratur \on etwa 450 C vorgewärmt wird und in

einzigen Phase ein derart günstiges Ergebnis zu er- dem das Beschichtungsmetall in Form einer Legie-

halten. rung aus SO''¹,. Nicke] und 20° ·■> Chrom \erdampft

Die Reinigung des zu beschichtenden Produkte^ und sich auf die gereinigte und vorgewärmte Oberkann beispielsweise auf chemischem Wege, durch fläche absetzt, bis die Beschichtung eine Dicke im Erhitzung oder durch Kathodenpuherisation er- 25 Bereich von 5 Mikron erreicht hat. Das auf diese folgen. Wtls» beschichtete Blech tritt kontinuierlich aus die-Die erfindungsgemäße Glühbehandlung läßt sich in sem Raum aus und wird zu einem Bund aufgerollt. sehr -vorteilhafter Weise durch das an sich bekannte der dann auf die Dauer von etwa 5 Stunden einer Bestrahlen der Wegstücke mit einem oder mehreren einmaligen Glühbehandung mit einer Temperatur \on Elektronenstrahlern durchführen. 30 etwa 700 C in einem Haubenofen unterzogen wird.

Was die Vorwärmung des zu beschichtenden Pro- Diese einmalige Glühbehindlung. die die Rekristalii-

duk:s angeht, so werden erfindungs emäß bevorzugt sation des Bleches und ce Haftung der Beschichtung

die zu erreichenden Grenzen des Temperaturbereiches bewirkt, wird unter Wasserstoff durchgeführt, der auf

in Abhängigkeit von der Art des Beschichtungs- irgendeine bekannte Weise völlig trocken gemacht

metalls iestgelegi. das mit dem Trägerstahl des zu 35 wurde,

beschichtenden Produkts in Kontakt k.immt. Durch die Aufbringung mehrerer aufeinanderfol-

D;:s erfindungsgemäße Verfahren wird angewandt. gender Beschichtungen au·; vers.b'edenen Metallen

um auf das Produkt eine Beschichtung beispielsweise wird der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht

aus Chrom. Nickel, Kobalt. Molybdän. Kadmium. verlassen. Diese aufeinanderliegenden Überzüge kön-

Aluminium. Kupfer, Eisen oder einer Legierung die- 40 neu sich sogar als besonders vorteilhaft erweisen.

scr Metalle aufzubringen. wenn ein Korrosionsschutz mit den verschiedenen

Für den Fall, daß das mit dem Stahl des zu be- Vorzügen von Beschichtungen mit guter Haftung,

schichtenden Produkts in Berührung kommende Be- guter kohäsion und geringer Porosität, wie sie bei

schichtungsmetall Chrom, Nickel. Kobalt, Molybdän Aluminiumüberzügen gegeben sind, sowie von Be-

bzw. eine entsprechende Legierung derselben ist. liegt 45 Schichtungen mit guter Korrosionsfestigkeit, aus-

erfmdungsgemäß die Temperatur für die Vorwär- reichender Härte und einem ansprechenden Aus-

mung des zu beschichtenden Produkts bevorzugt sehen, wie dies bei Überzügen aus Nickel. Chrom

zwischen 350 und 500° C. oder Chromnickellegierungen der Fall ist. gewünscht.

Handelt es sich demgegenüber bei dem mit dem wird.

Trägerstahl des zu beschichtenden Produkts in Be- 50 Unter diesen Bedingungen könnte es beispielsweise rührung kommenden Beschichtungsmetall um Alumi- interessant sein, nach dem erfindungsgemäßen Vernium. Kupfer, Kadmium oder ein anderes unter dem fahren einen ersten Überzug aus Aluminium oder Einfluß der Wärme schnell der Diffusion unterliegen- einer Aluminiumlegierung wie z. B. Duraluminium des Metall oder auch um eine Legierung auf der nach Vorwärmung des Produkts auf eine dem AufBasis eines dieser Metalle, so ist die Vorwärmtempe- 55 trag dieses Metalls entsprechende Temperatur und ratur des zu beschichtenden Produkts erfindungs- dann einen zweiten Überzug, z.B. aus einer Chromgemäß bevorzugt niedriger als 450° C. nickellegierung, aufzubringen, wobei das mit Be-

Erfindungsgemäß werden die Glühtemperatur und schichtung versehene Produkt dann einer einmaligen die Glühdauer entsprechend der Art des Beschich- Glühbehandlung unterzogen würde, deren Tempetungsmetalls gewählt. Wenn das durch Vakuum- 60 ratur unter Berücksichtigung der Art der gewählten metallierung zur Bildung der Oberflächenbeschich- Chromnickellegierung bestimmt wird,
tung aufgebrachte Metall Chrom, Nickel. Kobalt, Im Falle, daß das zu beschichtende Produkt eine Molybdän oder eine entsprechende Legierung der- sehr große Länge hat, werden die verschiedenen Phaseiben ist, liegt die Temperatur für die einmalige sen der Aufbereitung, der Vorwärmung, der Be-Glühbehandlung des mit Beschichtung versehenen 65 schichtung und des Glühens bevorzugt kontinuierlich Produkts möglichst zwischen 500 und 750° C. Ist durchgeführt.

andererseits das nach dem erfindungsgemäßen Ver- Soll die Glühbehandlung unter Vakuum erfolgen, «ahren zuletzt aufgebrachte Metall Aluminium, Kup- so wird dieselbe bevorzugt in dem gleichen Raum

ausgeführt, der für die Vakuummetallisierung durch Verdampfung benutzt wird.

Für den Fall, daß ein in Bundform aufgewickeltes Produkt in einem Haubenofen der Glühbehandlung unterzogen wird, kann die Glühdauer im Ofen zwisehen 30 Minuten und 50 Stunden liegen. Im Falle der Glühbcnandlung eines gestreckten Produkts betragt die Glühdauer im allgemeinen unter 30 Minuten. Im Rahmen dieser Beschreibung ist unter :>Glühdauer:: einzig die eigentliche Glühdaiier bei der vorbestimmten Temperatur zu verstehen, d. h. die Dauer, während der die Glühtemperatur gehalten werden muß. ohne Berücksichtigung der Zeit, die zur Erreichung dieser Temperatur oder zum Abkühlen erforderlich i;·;.

Nach einer abgewandelten Ausführungsform wird das mit Beschichtung versehene Produkt schnell auf eine Temperatur erhitzt, dergestalt, daß sich kein Kornwachstum im Trägerstahl ergib . das für die spätere Verwendung des beschichteten Produkts von Nachteil ist. wobei diese Erhitzung sofort bei Erreichen der gewählten Temperatur eingestellt wird. Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, 'diese Glühbehandlung durch Bestreichen des Produkts mit einem oder mehreren Elektronenstrahlern auszuführen.

Gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform erfolgt die Glühbehandlung in einer eventuell kontrollierten Atmosphäre, wo ein Druck von weniger als 10~² Torr vorherrscht.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heraestdlte Blechprüflinge wurden lechanischen Prüfungen, und zwar Biege- und "1 lefziehproben nach E rich sen. umerzogen: an Hand dieser Prüfungen wurde festgestellt, daß die Haftung der Beschichtung perfekt ist." da selbst bei der Biegung um LS- . bei der die beiden Flächen miteinander in Kontakt gebracht wurden, weder Absplitterungen oder Risse noch eine Ablösung zu verzeichnen waren.

Des weiteren wurden diese Resultate durch Schlirtbilduntersuchungen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Blechprüflinge bestätigt, an Hand derer festgestellt werden konnte, daß das B₁-schichtunssmetaU bis auf eine Tiefe von etwa 5 Mikron in den Trägerstahl des Blechs eingedrungen war. Andererseits ist die Porosität stark verringert und praktisch gleich Null, was durch zwei Arten von Prüfungen nachgewiesen wurde, die in der Beschidvtunssindustrie wohlbekanm :nd. und zwar durc'i die Ferroxyl- und die Sulfozyanidprüfung.

Prüfungen wurden auch an einer größeren Anzahl nach dem" erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Prüflinge vorgenommen, wobei sich zeigte, daß die erhaltenen Resultate einwandfrei reproduzierbar waren.

Darüber hinaus wurden nach dem Verfahren behandelte Blechprüflinge im Querschnitt mit einer elektronischen Mikrosonde untersucht. Die entsprechenden Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgezeigt, w-obei die angegebenen Werte auf die ungefähre Zusammensetzung in Abhängigkeit, von der Tiefe schließen lassen.

	0 bis 2,5 μ	Diffusionsschicht	— Trägerstahl	7.5 bis 10 μ	10 bis 12.5 μ
	23°/o 17,5°.o 59,5%	2,5 bis 5 μ	5 bis 7,5 μ	88 »Ό 1 «,'ο ll°o	100° ο
Fe	27,4 0Zo 17°/o 55,6 0Zo	59 %> 4 «Ό 37°'o		Spuren 0
Cr ....
Ni

Gemäß dieser Tabelle hat es den Anschein, als ob das Chrom bis zu einer Tiefe von etwa 10 Mikron eingedrungen wäre, doch ist der Chromgehalt in dieser Tiefe gering. Setzt man ihn zum Gehalt an der Oberfläche in Beziehung, so ist zu erkennen, daß der Gehalt in dieser Tiefe von 10 Mikron etwa sieb?ehnmal geringer ist, während das Nickel in der gleichen Tiefe mit einem um das 5.5fache geringeren Gehalt als an der Oberfläche auftritt. Andererseits erhellt sich, daß Eisen mit einem Gehalt von rund 25⁰O in der Beschichtung zu finden ist, was bedingt, daß die Beschichtung einen echten nichtrostenden Stahl mit einem Gehalt an Nickel, Chrom und Eisen darstellt. Außerdem zeigte sich überraschenderweise, daß die Beschichtung eine Zusammensetzung aufweist, die der des unter der Bezeichnung ASTM B 83-46 bekannten nichtrostenden Stahls entspricht.

Was den Gehalt an Ni und Cr angeht, so ist der allgemeine Verlauf der diesbezüglichen Veränderungen ein ständiger Abfall von der Außenseite der Beschichtung bis zum Trägerstahl, wo sich der Gehalt dieser beiden Metalle schnell Null nähert. Im Falle des Eisens ist der allgemeine Verlauf der Veränderungen seines Gehalts ein kontinuierlicher Abfall.

Die Diffusionszone dieser drei Elemente ist deutlich erkennbar, wobei sich innerhalb dieser Zone die Veränderungen im Gehalt nach einer sehr genauen Gesetzmäßigkeit ergeben, von der zur Bestimmung einer Zusammensetzung an einer bestimmten Stelle ausgegangen werden kann.

Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren ein wirklich unerwartetes Resultat bietet, da mit ihm systematisch, leicht und wirtschaftlich beispielsweise ein Blech hergestellt werden kann, dessen Kern aus normalem Flußstahl besteht, während die ihn umgebende Beschichtung zu einem nichtrostenden Stahl geworden ist und auf Grund des reziproken Eindringens von Nickel und Chrom aus der Beschichtung in den Kern aus normalein Stahl und von Eisen aus diesem aus normalem Stahl bestehenden Kern in die Beschichtung eine gleichmäßige Haftung besitzt. In Anbetracht dieses bei dieser Behandlungstemperatur nicht zu erwartenden Ergebnisses ergibt sich aus praktischer Sicht ein wesentlicher Vorteil, da man durch eine Behandlung nach dem crfindungsgemäßen Verfahren ein Produkt erhält, das in zahlreichen Fällen an Stelle eines vollständig aus nichtrostendem Stahl hergestellten Erzeugnisses verwendet werden kann, das nur mit einem wesentlich

höheren Kostenaufwand und schwieriger zu bearbeiten ist, insbesondere was das Schweißen angeht.

Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens, aus dem sich ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil ergibt, ist dahingehend, daß nur eine einzige Glühphase vorgesehen ist, die mit nur relativ geringfügig höheren Temperaturen ohne übermäßigen Zeitaufwand abläuft, was durch einen physikalisch perfekten Kontakt der durch Vakuummetallisierung aufgebrachten Beschichtung mit dem Stahl bedingt ist.

309537/455

Claims (7)

I 925 497 ° 1 2 Aluminium, welches vorher bei einer Temperatur Patentansprüche: zwischen 550 und 1110: C aufgedampft wurde. mit gutem Erfolg bei einer Temperatur zwischen 371

1. Verfahren zur Herstellung metallischer und 427 C aufdampfen, bei welcher Temperatur Schichten auf Werkstücken aus Stahl durch 5 eine Eindiffusion des Aluminiums ii. das Trägermate-Vakuumauidampfen. wobei auf die gereiniir.en rial aus Stahl mit hoher Zugfestigkeit nicht mehr ein- und vorgewärmten Werkstücke eine fest haftende tritt.

Metallschicht aufgedampft wird, dadurch ge- Sofern man metallische Schichten auf kaltver-

kennzeichnet. daß die Werkstücke in kalt- formte Stahlerzeugnisse aufgebracht hat. sind diese

\erformtem Zustand gereinigt und vorgewärmt ic stets zuvor mehrere Stunden lang einer Rekristalli-

und nach dem Bedampfen einmal bei einer zwi- sationselühbehandlung in einer neutralen oder redu-

schen 5U0 und 100U^: C liegenden Temperatur zierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von

geglüht werden. etwa 700^: C unterzogen worden. Im Anschluß daran

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch ge- erhielt man o^;ne erhebliche Verbesserung der Bindekennzeichnet. daß vor dem Aufdampfen von in kräfte zwisi η Beschichtung und Stahloberfläche. Chrom. Nickel. Kobalt. Molybdän oder einer Le- als sie bei c..;er kaltgehärteten, nicht '--.kristallisiergierung derselben die Vorwärmung bei einer zwi- ten Oberfläche möglich waren. Der Aufwand für ein sehen 350 und 500" C liegenden Temperatur derartiges Verfahren war jedoch so erheblich. daS durchgeführt wird. man die Beschichtung kaum noch wirtschaftlich

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch ge- 20 durchführen konnte.

kennzeichnet, daß nach dem Aufdampfen von Das Aufdampfen von Metallüberzügen auf metal-Chrom. Nickel. Kobalt. Molybdän oder einer lochen Gegenständen beschreibt gleichfalls das

Legierung derselben bei einer zwischen 500 und schweizerische Patent 207 351. Dabei wird eine Le-

750^r C liegenden Temperatur geglüht wird. gierungsbildung des Trägermetalls mit dem aui/u-

4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch ge- 25 dampfenden Metall durch eine entsprechende Hrkennzeichnet. daß vor dem Aufdampfen von Alu- hiuuna des Trägermetalls erzielt. Auch hieraus läßt minium. Kupfer, Kadmium oder einem anderen. sich aber nicht entnehmen, daß man bei kaltverfonnunter dem Einfluß von Wärme schnell der Diffu- tem Material die Rekristallisationsglühung nicht mehr sion unterliegenden Metall oder einer Legierung angewendet hat. Die Eindiffundierung eines Beschic'nauf der Basis eines dieser Metalle die Vorwär- 30 tunüsmetalls in das Trägermetall wird in der franzömung bei einei niedriger als 450" C liegenden sischen Patentschrift 1525 034 beschrieben, wolvi Temperatur durchgeführt wird. das Trägermetall ^ein Ausgangsgefüge beibehält

5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch ge- Auch hiernach geht man da\on aus, daß zunächst im kennzeichnet, daß nach dem Aufdampfen von Anschluß an eine Kaltverformung ein Rekristallisa-Aluminium. Kupfer. Kadmium oder einem ande- 35 tionsalühen vorgenommen werden muß. Weiterhin ren. unter dem Einfluß der Wärme schnell der wird in der deutschen Patentschrift 1225 016 ein Diffusion unterliegenden Metall oder einer ent- Verfahren zum Beschichten metallischer Fasern sprechenden Legierung derselben bei einer zwi- durch Vakuumbedampfung vorgeschlagen, wobei ein sehen 500 und 600 C liegenden Temperatur ge- Diffusionsglühen zum Zwecke einer Homogenisieglühtwird. 40 rung, also zur Bildung eines homogen legierten Werk-

6. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch ge- stoffes, zu wählen ist. Von einer oberflächlichen Bekennzeichnet, daß die Behandlungsfolgen konti- schichtung kann dann beim fertigen Erzeugnis nicht nuierlich durchgeführt werden. mehr gesprochen werden. Die Homogenisierung soll

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dabei durch Glühen bei 1000^: C erreicht werden, kennzeichnet, daß die Glühbehandlung mittels 45 Eine thermische Nachbehandlung für hochschmel-Bestrahlen der Werkstücke mit einem oder meh- zende Metalle, die mit einen Überzug aus Platin verreren Elektronenstrahlern durchgeführt wird. sehen werden, wird durch die deutsche Patentschrift

S.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- S^S 704 bei Temperaturen zwischen 500 und 700 ' C kennzeichnet, daß ein in Bundform aufgewickel- vorgeschlagen. Die Metalle hohen Schmelzpunktes tes bandförmiges Werkstück in einem Hauben- 50 sind dabei beispielsweise Wolfram, Molybdän oder ofen zwischen 30 Minuten und 50 Stunden lang Chrom. Bei der genannten thermischen Nachbehandgeglüht wird. lung wird eine Eindiffundierung des Edelmetalls in

das Grundmetall vermieden, weil dadurch eine Versprödung eintreten würde. Schließlich war es nach 55 der USA.-Patentschrift 3 278 331 bekannt, das zu beschichtende Produkt auf einer Temperatur zu halten,

die über oder unter der Diffusionstemperatur zwischen dem die Beschichtung bildenden Metall und dem Trägermaterial liegen kann, wobei sich zur Er-60 reichung der gewünschten Zielsetzung das Phänomen der Diffusion ausnutzen läßt oder unberücksichtigt Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bleiben kann.

Herstellung metallischer Schichten auf Werkstücken Vom einleitend bezeichneten Stand der Technik

aus Stahl durch Vakuumaufdampfen, wobei auf die ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugereinigten und vorgewärmten Werkstücke eine fest 65 gründe, zu einer einwandfreien Haftung zwischen der haftende Metallschicht aufgedampft wird. Beschichtung und den Stahlerzeugnissen zu kommen,

Ein Verfahren dieser Art ist nach der deutschen ohne daß sich der Herstellungsaufwand für das be-Auslcgeschrift 1 221 875 bekannt. Danach kann man schichtete Produkt erhöht. Dies wird erfindungs-