PL201288B1 - Sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych - Google Patents

Sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych

Info

Publication number
PL201288B1
PL201288B1 PL373764A PL37376402A PL201288B1 PL 201288 B1 PL201288 B1 PL 201288B1 PL 373764 A PL373764 A PL 373764A PL 37376402 A PL37376402 A PL 37376402A PL 201288 B1 PL201288 B1 PL 201288B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
treatment chamber
oxide layer
oxidation
oxidizing agent
partial pressure
Prior art date
Application number
PL373764A
Other languages
English (en)
Other versions
PL373764A1 (pl
Inventor
Hans-Peter Schmidt
Original Assignee
Messer Group Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Messer Group Gmbh filed Critical Messer Group Gmbh
Publication of PL373764A1 publication Critical patent/PL373764A1/pl
Publication of PL201288B1 publication Critical patent/PL201288B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10Oxidising
    • C23C8/16Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
    • C23C8/18Oxidising of ferrous surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/34Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in more than one step
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

W znanym sposobie wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych elementy metalowe poddaje się obróbce cieplnej w komorze obróbki podczas fazy nawęglania w temperaturze poniżej 1100°C w atmosferze, zawierającej tlenek węgla oraz wodór, i podczas fazy utleniania w temperaturze wynoszącej 750 do 950°C w atmosferze, w której przez wprowadzanie środka utleniającego ustawia się w komorze obróbki stosunek PH<sub>2</sub>O/PH<sub>2</sub> w zakresie 0,3 do 10 i następuje utlenienie z utworzeniem warstwy tlenkowej, przy czym przynajmniej podczas fazy utleniania cząstkowe ciśnienie tlenu ustala się i reguluje przy użyciu sondy tlenowej. W celu ulepszenia znanego sposobu pod względem odtwarzalności wytwarzania kryjących, dobrze przyczepnych i odpornych na korozję warstw ochronnych na metalowych elementach zawierających żelazo oraz opłacalności procesu, zgodnie z wynalazkiem proponuje się, żeby cząstkowe ciśnienie tlenu regulować tak, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie 890 do 940 mV.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201288 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 373764 (13) (22) Data zgłoszenia: 30.11.2002 (51) Int.Cl.
C23C 8/34 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: C23C 8/18 (2006.01)
30.11.2002, PCT/EP02/13555 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:
26.06.2003, WO03/052158 PCT Gazette nr 26/03 (54) Sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych
(30) Pierwszeństwo: 18.12.2001,DE,10162339.9 (73) Uprawniony z patentu: MESSER GROUP GMBH,Sulzbach,DE
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 19.09.2005 BUP 19/05 (72) Twórca(y) wynalazku: Hans-Peter Schmidt,Mettmann,DE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2009 WUP 03/09 (74) Pełnomocnik: Gugała Barbara, PATPOL Sp. z o.o.
(57) Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych w którym elementy metalowe poddaje się obróbce cieplnej w komorze obróbki podczas fazy nawęglania w temperaturze poniżej 1100°C w atmosferze, zawierającej tlenek węgla oraz wodór, i podczas fazy utleniania w temperaturze wynosz ą cej 750 do 950°C w atmosferze, w której przez wprowadzanie środka utleniającego ustawia się w komorze obróbki stosunek ciśnień cząstkowych PH2O/PH2 w zakresie 0,3 do 10 i utlenia z utworzeniem warstwy tlenkowej, przy czym przynajmniej podczas fazy utleniania cząstkowe ciśnienie tlenu ustala się i reguluje przy użyciu sondy tlenowej charakteryzujący się tym, że cząstkowe ciśnienie tlenu reguluje się tak, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie 890 do 940 mV. Sposób według wynalazku jest ulepszonym znanym sposobem pod względem odtwarzalności wytwarzania kryjących, dobrze przyczepnych i odpornych na korozję warstw ochronnych na metalowych elementach zawierających żelazo oraz opłacalności procesu, dzięki regulowaniu cząstkowego ciśnienia tlenu tak, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie 890 do 940 mV.
PL 201 288 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych, w którym elementy metalowe poddaje się obróbce cieplnej w komorze obróbki podczas fazy nawęglania w temperaturze poniżej 1100°C w atmosferze, zawierającej tlenek węgla oraz wodór, i podczas fazy utleniania w temperaturze wynosz ą cej 750 do 950°C w atmosferze, w której przez wprowadzanie środka utleniającego ustawia się w komorze obróbki stosunek ciśnień cząstkowych PH2O/PH2 w granicach 0,3 do 10 i następuje utlenienie z utworzeniem warstwy tlenkowej, przy czym przynajmniej podczas fazy utleniania cząstkowe ciśnienie tlenu ustala się i reguluje przy użyciu sondy tlenowej .
Ulepszanie cieplne względnie hartowanie wsadu, nitronawęglanie itd. masówki przeprowadza się w piecowniach, w których przez komorę obróbki przepływają gazy ochronne i/lub gazy reakcyjne. Przy tym atmosferę gazową w komorze obróbki pieca ustawia się tak, że otrzymuje się oczyszczoną i gładką powierzchnię metalu. Utlenianie jest niepożądane.
Przy stosowaniu azotu w kompozycji z reaktywnymi składnikami, np. z gazem z rozkładu metanolu, endogazem (gazem pochodzącym z reakcji endotermicznej lub podobnymi), elementy ogrzewa się do danej temperatury austenizacji, obrabia termochemicznie i hartuje przez szybkie oziębienie w oleju, wodzie lub ciek ł ej soli.
W dołączonym drugim etapie obróbki cieplnej, przez odpuszczanie zahartowanych elementów, ustawia się wymaganą twardość. Odpuszczanie przeprowadza się w temperaturze wynoszącej 100 do 550°C, w atmosferze powietrza lub azotu.
W tych warunkach odpuszczania może nastę pować utlenienie żelaza do magnetytu (Fe3O4). Powstała w wyniku tego warstwa tlenkowa nie posiada dostatecznej grubości, aby zapewnić otrzymanie powierzchni korzystnej wizualnie i równomiernie dekoracyjnej.
W zwią zku z tym bezpoś rednio po obróbce cieplnej przeprowadza się procesy nanoszenia powłok, dzięki którym na powierzchniach otrzymuje się korzystną wizualnie i równomiernie dekoracyjną warstwę. W celu naniesienia tych warstw kryjących często stosuje się nakładochłonne mokre procesy chemiczne (oksydowanie, fosforanowanie i inne). Używa się do tego kwasów, ługów, roztworów soli o dużym stężeniu oraz wody do płukania, które powodują powstawanie dużych ilości specyficznych odpadów i emisji.
Te sposoby nanoszenia powłok wiążą się ze znacznymi nakładami i dodatkowymi kosztami.
Alternatywnie, w sposobie postępowania omówionym na wstępie zgodnym z opisem patentowym DE-C 197 36 514 warstwę kryjącą wytwarza się przez celowe utlenianie obrabianych materiałów żelaznych. Przy tym obrabiane cieplnie elementy podczas procesu hartowania (faza przetrzymania) utlenia się w określony sposób, a więc w piecu obróbki cieplnej, jednocześnie utwardza się je i czerni. Podczas procesu obróbki cieplnej komorę obróbki zasila się składnikiem działającym utleniająco (środkiem utleniającym). Po krótkim czasie w piecu ustala się atmosfera gazowa odpowiednia do utleniania żelaza i na powierzchni materiałów tworzy się samorzutnie zamknięta warstwa tlenku żelaza, co można przedstawić poniższą reakcją chemiczną:
Fe + H2O <=> FeO + H2.
Tak wytworzona warstwa barierowa uniemożliwia niepożądane odwęglenie strefy brzegowej stopu. Na podstawie ustawionej w określony sposób atmosfery gazowej pieca ustawia się określony stosunek ciśnień cząstkowych PH2O/PH2, który wpływa korzystnie na strukturę tlenku żelaza i na prędkość wzrostu tlenku. Szczególnie korzystne okazały się warstwy tlenkowe o grubości wynoszącej kilka mikrometrów, maksymalnie 10 μm.
Obróbkę cieplną i utlenianie elementów przeprowadza się w oddzielnych etapach sposobu we wspólnej komorze obróbki.
Sposób ten po raz pierwszy umożliwił istotnie przyjazne dla otoczenia wytwarzanie dekoracyjnych i odpornych na korozję powłok ochronnych.
Zadaniem omawianego wynalazku było ulepszenie tego sposobu postępowania pod względem odtwarzalności wytwarzania kryjących, dobrze przyczepnych i odpornych na korozję warstw ochronnych na elementach metalowych zawierających żelazo oraz opracowanie opłacalnego procesu.
Wychodząc z wymienionego na wstępie sposobu, zadanie to rozwiązano według wynalazku sposobem polegającym na tym, że cząstkowe ciśnienie tlenu reguluje się tak, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie wynoszącym 890 do 940 mV.
PL 201 288 B1
Tak więc przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych, w którym elementy metalowe poddaje się obróbce cieplnej w komorze obróbki podczas fazy nawęglania w temperaturze poniżej 1100°C w atmosferze, zawierającej tlenek węgla oraz wodór, i podczas fazy utleniania w temperaturze wynosz ą cej 750 do 950°C w atmosferze, w której przez wprowadzanie środka utleniającego ustawia się w komorze obróbki stosunek ciśnień cząstkowych PH2O/PH2 w zakresie 0,3 do 10, z utworzeniem warstwy tlenkowej, przy czym przynajmniej podczas fazy utleniania cząstkowe ciśnienie tlenu ustala się i reguluje przy użyciu sondy tlenowej, charakteryzujący się tym, że cząstkowe ciśnienie tlenu reguluje się tak, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie 890 do 940 mV.
Podczas fazy utleniania w przedziale temperatur 750 do 950°C napięcie sondy utrzymuje się w zakresie 890 do 940 mV, korzystnie 900-925 mV, przy czym napięcie sondy ustawione jest na podstawie poniższej zależności stosunku cząstkowych ciśnień (PH2O/PH2):
Napięcie (mV) = (LOG(PH2O/PH2) - 13027/T + 3,2906)*T*0,0992 (T w stopniach Kelvin'a).
Napięcie sondy jest miarą potencjału utleniającego (aktywności tlenu) w komorze obróbki.
Nieoczekiwanie stwierdzono, że w przypadku elementów metalowych zawierających żelazo w obrębie tego wąskiego zakresu potencjału utleniającego otrzymuje się optymalną warstwę tlenkową o dobrej przyczepności i zwartości. Można to wytłumaczyć stopniem nieuporządkowania utworzonego przy tym tlenku żelaza. W wymienionym zakresie temperatur i w przypadku cząstkowych ciśnień tlenu określonych przez napięcie sondy chodzi o wustyt (Fe1-yO). Wytworzony w sposobie według wynalazku stopień nieuporządkowania (y) wustytu zawarty jest w zakresie 0,05 do 0,12, co sprzyja wytworzeniu zwartej i dobrze przyczepnej warstwy tlenkowej.
Ponadto w przypadku cząstkowego ciśnienia tlenu w zakresie, jaki określony jest przez wymieniony zakres napięcia sondy, osiąga się skrócenie czasu utleniania i dzięki temu uzyskuje się wzrost wydajności w porównaniu ze znanym sposobem.
Jednocześnie skrócenie czasu utleniania prowadzi również do zmniejszenia, często dającego się stwierdzić, odwęglenia brzegów materiału, które jest wywoływane przez reakcję tlenu w obrębie granic ziaren (korozja międzykrystaliczna).
Poza tym, w dołączonym do etapu utleniania ogrzewaniu komory obróbki, dla następnie obrabianego wsadu osiąga się szybszy wzrost wymaganego poziomu węgla atmosfery endogazu.
Utworzona warstwa tlenkowa FeO posiada równomierną strukturę, jest dobrze przyczepna, odporna na zarysowanie, wolna od pęcherzy i miejsc styku. Podczas krótkiego czasu utleniania, zazwyczaj wynoszącego poniżej 20 minut, na skutek określonej aktywności tlenu powstaje warstwa tlenkowa (warstwa FeO) o grubości poniżej 10 μm. Ta wytworzona warstwa jest zwarta, kryjąca, dobrze zazębiona z podłożem oraz posiada przyjemne czarne zabarwienie.
W przypadku cząstkowego ciśnienia tlenu, przy którym napięcie sondy jest większe niż 940 mV, warstwa tlenkowa tworzy się zbyt powoli, w wyniku czego dochodzi do zwiększonego częściowego odwęglenia strefy brzegowej materiału. Natomiast w przypadku zbyt wysokiego cząstkowego ciśnienia tlenu, które powoduje ustawienie się napięcia mniejszego niż 890 mV, tworzy się niepożądanie gruba warstwa tlenkowa, która może częściowo odrywać się albo posiadać pęcherzyki. Na ten defekt wskazują cząstki tlenku ulegające ścieraniu. Powodem są tu zbyt grube warstwy tlenku, które ze względu na większy stopień nieuporządkowania (y) narastają z większą prędkością (mm/godz).
Jako środek utleniający zazwyczaj bierze się pod uwagę destylowaną wodę, chociaż nie należy wykluczać innych środków utleniających, jak powietrza lub tlenu.
Cząstkowe ciśnienie tlenu korzystnie reguluje się tak, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie wynoszącym 900 do 925 mV. Stwierdzono, że ten zakres napięcia jest szczególnie odpowiedni dla kompromisu pomiędzy optymalnymi właściwościami tlenku i minimalnym odwęglaniem brzegów z jednej strony oraz wymaganym czarnym zabarwieniem warstwy tlenkowej z drugiej strony.
Korzystny wariant sposobu według wynalazku polega na tym, że do komory obróbki wprowadza się środek utleniający w ilości podzielonej na dwie części, przy czym pierwszą część ilości środka utleniającego wprowadza się w stałej ilości jako część podstawową a wprowadzanie drugiej części ilości środka utleniającego reguluje się w zależności od napięcia sondy.
Tak więc tylko jedną część ilości całego środka utleniającego wprowadza się do komory obróbki w sposób regulowany (ilość regulowana), natomiast drugą część ilości, w przypadku której może chodzić o mniejszą ilość, nie musi być regulowana (ilość podstawowa). To prowadzi do uproszczenia regulacji oraz do zmniejszenia nakładu na aparaturę.
PL 201 288 B1
Korzystnie w tym wariancie sposobu drugą część ilości środka utleniającego wprowadza się miarowo. Miarowy dopływ środka utleniającego powoduje lepszą stałość regulacji. Przez to ilość zadana do regulowania zaledwie waha się, tak że odchylenie zadanego napięcia wynosi tylko niewiele miliwoltów (mV), na przykład ± 1 mV.
Korzystnie w sposobie według wynalazku do komory obróbki wprowadza się strumień azotu, którego strumień objętości zmienia się w zależności od składu atmosfery w komorze obróbki. Za pomocą zmiennego strumienia azotu wywiera się wpływ na czas przebywania składników gazowych.
W związku z tym należy zauważyć, że czas przebywania elementów składowych w fazie gazowej odzwierciedla się w czasowym przebiegu napięcia sondy, który współdecyduje o wyniku tworzenia się tlenku. Zwłaszcza w pierwszych minutach zmiany faz gazowych z fazy nawęglania do fazy utleniania faza gazowa może wywierać wpływ na tworzenie się zarodków tlenku na metalicznej powierzchni żelaza. W przypadku zbyt prędkiego obniżenia cząstkowego ciśnienia tlenu liczba utworzonych zarodków tlenku jest nieduża na tyle, że zabarwienie tlenku przechodzi bardziej w ton szary. A zatem, prędkość obniżania napięcia sondy począwszy od fazy nawęglania (przy napięciu sondy wynoszącym np. 1060 mV) do fazy utleniania (przy napięciu sondy np. 920 mV) ma wpływ na uzyskane właściwości tlenku i na drodze prób jest optymalizowana dla danego materiału i postaci elementów.
Odnośnie do właściwości warstwy tlenkowej na elementach metalowych optymalny wynik otrzymuje się, gdy maksymalna temperatura utleniania wynosi 830°C. Optymalne napięcie sondy wynosi przy tym około 920 mV. Obniżenie temperatury utleniania wpływa dodatnio na właściwości tlenku z tym, że istotną rolę odgrywają konkretne użyte materiały i wymagana twardość rdzenia.
Dla jakości wytworzonej warstwy tlenkowej ważna jest jednakże nie tylko dozowana ilość środka utleniającego, lecz również ilość azotu dodawanego do komory obróbki razem ze środkiem utleniającym. Stwierdzono, że optymalne ilości azotu wynoszą 6 do 12 m3 na godzinę. Przez zmianę tych ilości azotu można polepszyć zabarwienie i równomierność tworzącego się tlenku. Ilość azotu zależy oczywiście także od wolnej objętości komory obróbki i ze względu na bezpieczeństwo nie można schodzić poniżej minimalnej jego ilości.
Szczególnie korzystnym w sposobie według wynalazku okazało się takie postępowanie, w którym temperaturę komory obróbki po zakończeniu fazy utleniania podnosi się do temperatury nawęglania i przy tym w komorze obróbki ustawia się poziom węgla wynoszący 0,2 do 0,3% C.
Korzystnie w sposobie według wynalazku reguluje się poziom węgla, przy czym jako wielkość nastawczą regulacji stosuje się wprowadzany do komory obróbki gazowy strumień propanu.
Korzystnie temperatura utleniania wynosi optymalnie 830°C.
W wyniku tego woda moż e szybciej i bardziej efektywnie reagować z gazem nawęglającym (węglowodory, np. gaz ziemny lub propan), przez co wyraźnie spada cząstkowe ciśnienie tlenu względnie wzrasta napięcie sondy. Korzystna wartość napięcia, przy którym do komory obróbki można wprowadzać nowy wsad, wynosi 1000 mV. Od tego napięcia nie ma żadnej różnicy w porównaniu ze zwykłymi wsadami, w przypadku kiedy nie przeprowadzano utleniania, gdyż przy tym, przez otwarcie drzwi pieca, do komory obróbki wchodzi wciąż powietrze, na skutek czego napięcie sondy spada do niskiej wartości. Dąży się do jak najszybszej zamiany utleniania w obojętną względnie nawęglającą fazę endogazu. W tym specjalnym sposobie prowadzenia formowania czasy formowania wynoszą 10 do 15 minut, przez co czas trwania obróbki zostaje tylko nieznacznie wydłużony.
Korzystnie w sposobie według wynalazku elementy metalowe w celu zahartowania i wytworzenia warstwy tlenkowej przeprowadza się przez komorę obróbki w sposób ciągły.
Sposób według wynalazku nadaje się zwłaszcza do wytwarzania warstw kryjących w sposobie nieciągłym. Jednakże korzystny okazał się także wariant sposobu, w przypadku którego elementy metalowe w celu zahartowania oraz wytworzenia warstwy ochronnej kieruje się nieprzerwanie do komory obróbki.
Poniższe przykłady wytwarzania objaśniają bliżej wynalazek.
Przykład wykonania 1
W eksploatowanym okresowo wielozadaniowym piecu komorowym (nazwa handlowa: TQ 10) umieszczono i ustalono na miejscach dla wsadów uchwyty narzędzi ze stali 16 MnCr 5. Następnie przesunięto je do komory ogrzewania i obróbki, i doprowadzono do odpowiedniej temperatury. Podczas całej fazy nawęglania przez wielozadaniowy piec komorowy przepływał w sposób ciągły endogaz (20% CO, 40% H2 reszta N2), wytworzony z gazu ziemnego jako gaz nośny. Poziom węgla fazy gazowej regulowano przez dodawanie węglowodorów aż do osiągnięcia wymaganej zawartości węgla na brzegach wynoszącej 0,75% C i wymaganej głębokości utwardzenia dyfuzyjnego (Eht) wynoszącej
PL 201 288 B1
1,20 mm Eht. Cały proces regulowano względnie sterowano za pomocą istniejącego układu kierującego procesem. Przy Eht 1,10 mm temperaturę pieca obniżano do 830°C, a poziom węgla utrzymywano niezmiennie na 0,75 mm.
Do komory obróbki pieca krótko przed zakończeniem obróbki i uzyskaniem wymaganej wartości Eht 1,20 mm wtryśnięto wodę jako środek utleniający razem z azotem. Objętość strumienia utleniającego środka reakcyjnego i azotu ustawiono tak, że w komorze obróbki pieca wytworzył się stosunek ciśnień cząstkowych PH2O/PH2, który dawał stałe napięcie sondy wynoszące 920 mV. W ciągu minut utworzyła się cienka, dobrze przyczepna warstwa tlenkowa FeO o grubości 5 μm i o zabarwieniu błękitnawoczarnym.
Następujące kryteria zostały spełnione:
1. czarna warstwa tlenkowa o dobrej przyczepności
2. brak jasnych miejsc spowodowanych miejscami styku
3. brak powstawania pęcherzyków i odrywania tlenku
4. twardość powierzchniowa przed odpuszczaniem: 57 do 58 HRC
5. warstwa tlenkowa przyczepna także po odpuszczeniu (180°C, 3 godziny)
6. twardość powierzchniowa po odpuszczeniu: 52 do 54 HRC
7. brak odwęglenia strefy brzegowej
8. ocena ogólna: brak wad
Wymagany po obróbce utleniającej poziom C atmosfery gazowej pieca osiągnięto znowu po krótkim czasie, tak że nie następowało ani utlenianie ani odwęglanie następnego wsadu. Nie zaobserwowano skraplania wody na zimnych miejscach komory wstępnej i odprowadzania gazów odlotowych. Odtwarzalność przebiegu utleniania była bez zarzutu.
Odporność na korozję tych elementów utlenianych sposobem według wynalazku jest lepsza niż powlekanych tradycyjnie, oksydowanych elementów, w związku z czym przedłużono trwałość elementów podczas magazynowania, bez tworzenia się przeszkadzającej rdzy. Dzięki temu może być pominięte oliwienie utlenionych elementów, względnie nanoszenie płynu, bez obawy tworzenia się rdzy nalotowej, jak w przypadku oksydowania. W wyniku pominięcia cieczy powierzchniowo czynnych nie trzeba stosować pracochłonnego czyszczenia elementów, również w przypadku następnych procesów mechanicznej obróbki, przy czym przez brak przylegania resztek cieczy, trwałość emulsji wiertniczej zostaje przedłużona, gdyż nie może następować jej zanieczyszczenie.
Utwardzone elementy przed procesem oksydowania muszą być dopasowywane strumieniami piasku, aby umożliwić utworzenie się warstwy o grubości 1 do 2 μm. W przypadku piaskowania, ziarna piasku i cząstki bardzo łatwo osadzają się w nieprzelotowych otworach i szczelinach, uszkadzają wiertła oraz narzędzia skrawające i na skutek tego mocno obniżają trwałość narzędzi, co zmusza do nakładochłonnych, dokładnych prac związanych z oczyszczaniem elementów. Tych kosztów i strat czasu można było uniknąć przez zastosowanie zgodnego z wynalazkiem sposobu nanoszenia powłok i przeprowadzić szybką dalszą obróbkę elementów.

Claims (9)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych, w którym elementy metalowe poddaje się obróbce cieplnej w komorze obróbki podczas fazy nawęglania w temperaturze poniżej 1100°C w atmosferze, zawierającej tlenek węgla oraz wodór, i podczas fazy utleniania w temperaturze wynoszącej 750 do 950°C w atmosferze, w której przez wprowadzanie środka utleniającego ustawia się w komorze obróbki stosunek ciśnień cząstkowych PH2O/PH2 w zakresie 0,3 do 10, z utworzeniem warstwy tlenkowej, przy czym przynajmniej podczas fazy utleniania cząstkowe ciśnienie tlenu ustala się i reguluje przy użyciu sondy tlenowej, znamienny tym, że cząstkowe ciśnienie tlenu reguluje się tak, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie 890 do 940 mV.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sonda tlenowa wykazuje napięcie w zakresie 900 do 925 mV.
  3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do komory obróbki wprowadza się środek utleniający w ilości podzielonej na dwie części, przy czym pierwszą część ilości środka utleniającego wprowadza się w stałej ilości jako część podstawową a wprowadzanie drugiej części ilości środka utleniającego reguluje się w zależności od napięcia sondy.
    PL 201 288 B1
  4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że drugą część ilości środka utleniającego wprowadza się miarowo.
  5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do komory obróbki wprowadza się strumień azotu, którego strumień objętości zmienia się w zależności od składu atmosfery w komorze obróbki.
  6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po zakończeniu fazy utleniania komorę obróbki doprowadza się do temperatury nawęglania i przy tym w komorze obróbki ustawia się poziom węgla w zakresie wynoszącym 0,2 do 0,3% C.
  7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że reguluje się poziom węgla, przy czym jako wielkość nastawczą regulacji stosuje się wprowadzany do komory obróbki gazowy strumień propanu.
  8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura utleniania wynosi optymalnie 830°C.
  9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy metalowe w celu zahartowania i wytworzenia warstwy tlenkowej przeprowadza się przez komorę obróbki w sposób ciągły.
    Departament Wydawnictw UP RP
PL373764A 2001-12-18 2002-11-30 Sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych PL201288B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10162339A DE10162339A1 (de) 2001-12-18 2001-12-18 Verfahren zur Herstellung einer Oxidschicht auf Metallteilen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL373764A1 PL373764A1 (pl) 2005-09-19
PL201288B1 true PL201288B1 (pl) 2009-03-31

Family

ID=7709769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL373764A PL201288B1 (pl) 2001-12-18 2002-11-30 Sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7115174B2 (pl)
EP (1) EP1474541B1 (pl)
CN (1) CN1322161C (pl)
AT (1) ATE390499T1 (pl)
AU (1) AU2002358066A1 (pl)
DE (2) DE10162339A1 (pl)
PL (1) PL201288B1 (pl)
WO (1) WO2003052158A1 (pl)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10356113A1 (de) * 2003-11-27 2005-06-23 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks
CN101195903B (zh) * 2007-12-26 2010-06-02 彩虹集团电子股份有限公司 一种金属零件的制造工艺
ITMI20110366A1 (it) * 2011-03-10 2012-09-11 Sol Spa Procedimento per il trattamento di acciai.
DE102021206711A1 (de) * 2021-06-29 2022-12-29 Aktiebolaget Skf Bauteil

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3419638C2 (de) * 1984-05-25 1987-02-26 MAN Technologie GmbH, 8000 München Verfahren zur oxidativen Erzeugung von Schutzschichten auf einer Legierung
DE4339404A1 (de) * 1993-11-18 1995-05-24 Ipsen Ind Int Gmbh Verfahren zur Herstellung einheitlicher Oxidationsschichten auf metallischen Werkstücken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE19736514C5 (de) * 1997-08-22 2004-11-25 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zum gemeinsamen Oxidieren und Wärmebehandeln von Teilen

Also Published As

Publication number Publication date
CN1322161C (zh) 2007-06-20
CN1585831A (zh) 2005-02-23
EP1474541B1 (de) 2008-03-26
US7115174B2 (en) 2006-10-03
US20050028891A1 (en) 2005-02-10
DE10162339A1 (de) 2003-07-10
EP1474541A1 (de) 2004-11-10
DE50211994D1 (de) 2008-05-08
PL373764A1 (pl) 2005-09-19
WO2003052158A1 (de) 2003-06-26
AU2002358066A1 (en) 2003-06-30
ATE390499T1 (de) 2008-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schneider et al. Introduction to surface hardening of steels
Davis Surface hardening of steels: understanding the basics
US3885995A (en) Process for carburizing high alloy steels
CA2117069C (en) Process and apparatus for surface hardening of refractory metal workpieces
Krastev Improvement of corrosion resistance of steels by surface modification
Li et al. Microstructural studies of QPQ complex salt bath heat-treated steels
Murali et al. Sliding wear behaviour of salt bath nitrided 316LN austenitic stainless steel
US9738962B2 (en) Method for the carburization of a deep-drawn part or a stamped-bent part made of austenitic rustproof stainless steel
PL186662B1 (pl) Sposób i urządzenie do jednoczesnego utleniania iobróbki cieplnej elementów
PL201288B1 (pl) Sposób wytwarzania warstwy tlenkowej na elementach metalowych
US4844749A (en) Reagent bath for and method of treating a workpiece surface
JP3456761B2 (ja) 鍍金処理代替用鋼部品の製造方法
Triwiyanto et al. Low temperature thermochemical treatments of austenitic stainless steel without impairing its corrosion resistance
Eshkabilov Workability and microgeometry of nitride oxide diffusion coating on structural steels
Romanenko et al. INCREASING OF FATIGUE LIMIT AND EFFICIENCY OF CONSTRUCTIONAL STEELS THROUGH ADDITIONAL CHEMICAL AND THERMAL TREATING USING NITROGENOUS CARBONACEOUS CARBURIZERS.
WO2002053793A1 (en) Duplex process of diffusion forming of hard carbide layers on metallic materials
Maleque et al. Optimisation of gaseous nitriding process parameters for hard surface layer of duplex stainless steel
US9738964B2 (en) Method for the nitro carburization of a deep-drawn part or a stamped-bent part made of austenitic stainless steel
Tsikh et al. Advancement of the process of carbonitriding.
Knezović et al. ADAPTATION OF THE PIT FURNACE FOR THE NEW AND THE SHORTER NITROCARBURIZING METHOD IN NH 3+ CO 2 MIXTURE.
Mridha Gas nitriding of En40B steel with highest growth rate of the case and reduced white layer formation
CAZACU Modifying the Structure and Surface Properties of Ti6Al4V Alloy by Carbonitriding in Fluidized Bed
CS258988B1 (cs) Způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách
Zavarov et al. Two-stage carburization of steel in a fluidized bed
Black Property Modification