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.
Process for the production of objects which have an outer layer containing carbide. The aim of the invention is to produce articles which have a carbide-containing surface layer.
The method according to the invention is characterized in that an outer layer containing at least one element capable of carbide formation is carburized with at least one carbon-containing .Substanz obtained by thermal dissociation, namely at an elevated temperature, but under recrystallization and Melting temperature of the object.
The invention further relates to an object obtained here after, as well as a device for performing the method. The same is characterized by a chamber for receiving the object to be carburized in its outer layer and by pressure gauges which automatically initiate the heating of this material by electrical remote control after the introduction of carbonaceous material into the chamber and cause its thermal dissociation and then the outlet control part of the material.
The process can be carried out at elevated pressure. The layers to be converted, of the body, are therefore subjected to the action of carbon, which is excreted from carbon-containing substances over the layer to be carburized by thermal dissociation, in particular split off. The carbon-containing compound can be brought to decay (dissociated) by heating, which creates free (nascent) carbon, which has an intense chemical effect on the material to be treated.
Agents with a low decomposition or cleavage temperature (dissociation temperature) are advantageously selected, for example those that disintegrate between 400 and 900.degree. C., or in some cases also those that can be dissociated at temperatures up to 1200.degree.
The faster the cleavage of the compound or sudden heating occurs, or the lower the cleavage temperature with these agents, the greater the possibility of avoiding changes in the crystal structure of the material to be treated, which would otherwise occur with prolonged heating due to recrystallization or melting would occur.
As carbide-forming elements (substances) chromium, iron, silicon, boron, cerium, titanium, zirconium, vanadium, tantalum, tungsten, molybdenum, uranium in particular come into consideration, which alone or in any suitable mixtures in the to. treating layers can be present. If different elements are present, they do not have to be in the same layers, but can also be in different layers of greater or lesser thickness lying one below the other.
The depth of the finally carburized layer depends on the depth to which the carbon atoms released by the thermal dissociation penetrate into the outer layer. This depth effect depends both on the degree of dissociation and on the penetrability of the layers themselves.
The inventive. Processes can be subjected to objects whose layers to be treated consist of one or more elements in a mixture or alloy, one or more of which is capable of carbide formation.
The method is applicable both to objects whose layer to be carburized is fused with the rest of the body to form a homogeneous piece, as well as to those in which the layer to be carburized is particularly applied and consists of the same or different material.
Any type of application and connection of the layer to the object can be. used here that is sufficiently strong to allow neither a mechanical nor, if the object is chemically stressed, a chemical detachment when the object is used as intended.
The method can also be applied to objects which are produced in the melt flow or by sintering, in whole or in part. irrespective of whether they were subsequently subjected to any mechanical processing or not.
If a homogeneous body is not to be carburized in its outer layers according to the invention, the carbide-forming elements can be applied in any suitable application or joining method, in particular applied warm or cold, sprayed on, pressed on or rolled on. They can be deposited chemically or electrolytically.
They can be applied: by melt flow: electrolysis, diffusion or in any other suitable manner, in particular in a plating process. Finally, they can also be sintered or melted.
It is not necessary that the layer to be carburized in turn on a metal-containing. Object is applied directly or indirectly. Rather, porcelain or some other ceramic material, as well as marble and other natural stone, can also serve as a base. But also: Sinter alloys and molding compounds, such as artificial stone and synthetic resin compounds, can serve as a base.
The thermal dissociation can be carried out by heating of any kind, in particular as a result of an explosion by electrical ignition spark, by electrical resistance heating. The cleavage or separation takes place advantageously in a neutral atmosphere.
The implementation of the invention is particularly advantageous in that the object to be treated is placed in a vessel that has been evacuated as far as possible and into which a liquid or gaseous carbon compound (or compounds) is then admitted or in which these are then produced. By working in a vacuum, the layers to be treated should first be freed of occluded gases.
This degassing can be accelerated by heating a metal body through cooking frequency as well as by treating the object with high-voltage alternating current. The degassing in a vacuum advantageously precedes the introduction of the carburizing gases.
For the deposition of the carbon, it is particularly advantageous to use acetylene gas for Kaburierung -that is brought to combustion (explosion) in the closed space, whereby carbon is deposited.
Since the explosion is an exothermic process and is accompanied by a significant increase in pressure, the body to be carburized is also sufficiently heated, at least in the surface layers, and the carbon atoms formed are driven into the layers to be carburized by pressure or kinetic energy so that carbides are formed at the desired depth. Of course, this treatment can be repeated as desired.
The invention makes it possible, in particular, to produce corrosion-resistant and erosion-resistant surface layers. By suitable selection of the carbide-forming element or elements, the surface can also be made very wear-resistant and hard. By appropriately mixing the elements, wear resistance and hardness can be varied as desired and, in particular, mixed crystal formation during carburization can be supported.
The greater the occupation of the surface with carbide-forming elements, the greater the hardness of the surface. The greater the addition of non-carbide-forming elements between the latter in the layers to be treated, the lower this hardness becomes, while its toughness may be increased. By suitably selecting or mixing the elements, the surface can in particular be made heat-resistant and a surface firmly connected to the base can be created.
When carrying out the method according to the invention, long heat and heat treatments of the object can be avoided, since the dissociation can be carried out in a very short time, if you want, even suddenly.
After thermal dissociation by explosion, the object can be exposed for a longer or shorter period of time to the action of the carbon atoms formed and by adding carbon-releasing or separating gases and repeating the thermal dissociation, the nascent carbon can continue to act on the object to be treated, as well how you can interrupt the treatment immediately after a single exposure.
In any case, the carburization can be carried out in a much shorter time than would otherwise be possible when cementing by inserting or from a carbon-containing gas atmosphere sweeping past the heated object.
Therefore, according to the invention, metal-containing objects can be substantially changed in the properties of their edge layers without changing their structure. So you can. According to the invention, heat-resistant and scale-resistant carbide-containing surfaces and coatings, the latter often even without an artificial intermediate layer. raise.
With the method according to the invention, bfan can obtain improved protection for metals or metal surfaces by producing in or on them a top layer, a covering or a coating that is hard, dense and corrosion-resistant. The top layer can also offer particularly high resistance to wear and tear or other mechanical wear at elevated or normal temperature. The top layer can be any thin or any thick layer.
Furthermore, the top layer produced can be just as hard as it is highly heat-resistant without it flaking off or cracking off. It can also be smooth, regular, free of microscopic cracks and completely evenly thick, and the thickness can be dimensioned as desired.
It is also possible to use the method according to the invention to produce a top layer which contains a plurality of layers of different metallic alloys and mixtures which are arranged in such a way that any differences between the expansion coefficients of adjacent layers are reduced: that any risk of splintering or separation of one of the layers is avoided.
Such a cover layer protects the covered object even in the event of large and sudden temperature fluctuations without cracking off.
The invention is now explained using an exemplary embodiment from. An object made of steel has previously been galvanized with chromium, and this chromium deposit is now to be converted in whole or in part into a carbide top layer.
In the more schematic. The drawings are: Fig. 1 is a section through an initially galvanically coated piece of steel, Fig. 2: a view of a cover layer, which by carbonization (carburization) in the sense:
of the invention was developed on the base material (steel), Fig. 31 is a similar view showing a conversion of the cover layer by further carbonization of the layer shown in FIG. 2 according to the invention, FIG. 4 is a partial section and partial view of an apparatus for carrying out an embodiment of the invention, FIG. 5 is a schematic sketch certain items:
4 and various electrical circuits and accessories for carrying out a carbonization by automatically repeated step-by-step carbon, Fig. 6 is a vertical section, mainly along the line 6- & in Fig. 5, shows the further details, Fig. 7 is a view similar to FIG. 4 of another apparatus for producing the cover layer on an inner surface rather than an outer one.
In Fig. 1 a. Steel piece 10 on a surface to be protected a chrome leveling 11. This leveling is before geous a cleaning process 1 to remove any trapped gases; It is best to heat the plated object in a vacuum to about <B> 800 '</B> C for about 30 minutes.
The leveling can be done in any suitable way, for example: by galvanizing. The thickness of the chrome layer can be selected according to the requirements; it should in any case form a dense, coherent deposit on the steel.
In the case of galvanic chrome plating, the following occurs: the cathode produces a great deal of hydrogen and consequently some hydrogen is trapped in the precipitated chrome. There are also regular microscopic cracks and crevices in the chrome plating. For this reason, (galvanic) nickel plating, copper plating or the like is usually carried out first and the chrome planing is only applied to this when the object plated in this way is to be protected against rust or corrosion.
One advantage of the present invention is that such a base made of nickel, copper and the like for a chrome plating or top layer can be omitted, since all gaps and cracks during the production of the protective layer are as it were filled with carbon and: the protective layer is completely impenetrable is made.
Preferably, a chrome planarization, as shown in FIG. 1, is carburized (carbonized) until a protective layer for: the steel base material 10 has been developed, which has an outer chrome carbide surface layer 12, including a chrome layer 13 "and to has a base layer 14 made of an alloy of chrome and steel, as shown in FIG.
The depth (thickness) of the carbide-converted layer 12 can be set as desired. In Fig. 3 it is shown how not only layers. 12 ', 13', 14 'corresponding to: the layers 12, 13, 14 of Fig. 2, but also an intermediate layer 15, the latter being an alloy of chromium and chromium carbides between: the layers 12' and 13 ' represents.
In an exemplary implementation of the invention, a chromium coating is applied to some base material by electrolysis, and a hydrocarbon either in gaseous form (such as methane or acetylene) or in another state (for example liquid, such as gasoline or benzene) with: the chromated , or made of chrome, layer brought into contact.
The heat which is necessary to dissociate the carbon and hydrogen atoms bonded in the hydrocarbon is used at the same time to bring about the carburization of the chromium to the desired depth. The depth of the transformation of the chrome layer can be determined by choosing: the pressure. The maintenance of a neutral or reducing atmosphere at the moment of the addition of the carbon to: the chromium takes place in: in this case by the liberated hydrogen itself.
The apparatus shown in Fig. 4, 5 and 6 represents a hermetically sealed container with a base plate 16 and a hood 15. One or more strengths (17) can be used in the open container, in this example two pistons, which should be given a protective cover or surface layer or structure on an external chrome plating. By screws ben 1.8, the parts 15 and 16 are held together men; 19 is a seal.
A pipe 20 leads to a vacuum pump, not shown, and a line 21 to a tank, not shown, which contains a supply of, for example, acetylene gas at a pressure of <B> W </B> to 50 kg / cm @. 22 is a pressure gauge, 23 are spark plugs.
In the line 20 is an electromagnetic table controlled valve 2.4 with valve rod 2: 4a, on which a magnet armature 24b sits. When. This armature is attracted by two barüberlie lowing electromagnetic coils 24c, the valve is open; if: the armature is attracted by two: coils 24d underneath the bar, then: the valve is closed.
In the line 21 sits a similar valve 25,: which: is controlled in the same way by an armature 2: 5b on: the valve rod 25a and the coils 25c and 25d lying above and below the valve rod. At the upper end of the rod 25a a contact 26: which meets a stationary mating contact 26 when: the rod 25a is in the closed position.
There are three contact pairs <I> A </I> and <I> A ', B </I> and B', C and C 'in the pressure gauge housing. The contacts <I> A ', B', </I> C 'are connected or connected to a suitable power source by lines .27, 28, 29. grounded. The contact A is: connected by lines 30, 31 to: the two coils 2-5c and grounded, and connected by lines 32, 33 to the two coils 24d and grounded.
The contact B is connected by lines 34,35 to: the two coils 25d and grounded, and by a line 36 to: the contact 26 on the valve stem 25a. The fixed existing contact 26 is connected to the spark plugs 23 by lines 37, 38. The contact C is: connected by lines 39, 40 to the two coils 24c.
The manometer needle 22a normally shows zero on the scale (FIGS. 5 and 6). It shows: the gas pressure. At the tip of the pointer sits a driver 41, which carries a brush 42 made of conductive material, with which one of the three contact pairs <I> A, A '; B, B '</I> and C, C 'can be bridged when the pointer points to a corresponding point: the scale. The contacts are conveniently arcuate in shape and are arranged in circles.
If the manometer shows a suitable overpressure, for example two atmospheres, then the contact pair B, B ': may be bridged by the brush 42. If the pressure gauge falls to a predetermined lower pressure, contacts A, A ': may be bridged by: the brush; if the pressure gauge shows higher values, -4 to .20 atmospheres, contacts C, <B> <I> C </I> </B> may be bridged.
It. Let it be assumed that: the container 15, 16 was closed airtight after receiving the chrome-plated piston 17 (fix. 4) and was then heated up. If other objects have been treated in the apparatus before the piston 17, the valve 25 of the acetylene line 21 must be closed and the valve 24 in the vacuum pump line opened: The vacuum pump is also left on and, at the end of the treatment, suitably switched off.
The pressure in the container 15, 16 is initially equal to the external atmospheric pressure (zero on the scale), although the valve in the pump line 20 is open. As a result, the brush 42 takes the position shown in FIG. 5, and all circuits are open.
As evacuation progresses, the pressure in the vessel 15, 16 falls until a predetermined limit close to absolute vacuum is reached. Now the contact pair <I> A, A '</I> is bridged by the brush 42, the two magnetic coils 24d are excited and close the valve in the vacuum line 20, while the coils 25c the valve in the acetylene line 21 to open.
Acetylene gas now flows into the vessel 15, 16 under the desired high pressure (if necessary via a reducing valve) so that the pressure rises to approximately 2 atmospheres. At this moment the contacts B, B 'may be bridged by the brush 42 and the two magnetic coils 25d close the valve in the acetylene line 21.
Here, the contacts 2 & are closed (FIG. 5) and the ignition plugs 23 are connected to voltage, at which the spark jumps and: the gas in: the vessel 15, 16 ignites. The explosion that now takes place: dissociates the carbon and hydrogen of the gas and the carbonization (carburization) of the chromium plating 17 begins.
The sudden increase in pressure in: the container is extraordinarily large, the pressure gauge pointer will point to a much higher pressure, and as a result the brush 42 will almost instantly be torn away from the contacts <I> B, B '</I> and im Clockwise over contacts C, C '; thereby cause: the two magnetic coils 24e the opening of the valve in the pump line 20, whereby the explosion pressure is reduced and a temperature decrease follows the explosion almost immediately.
The brush 42 swings to the right so rapidly that it is desirable to extend contacts C. C (as shown) over a substantial portion of the brush travel on the scale around the two solenoids 24c to excite with certainty and to open the valve in the pump line 20. Here, the ignition circuit may be closed temporarily; In any case, it has no effect because there is no fresh acetylene gas in the chamber.
After opening the valve in line 2: 0, the gas residues in the container 15, 16 are sucked off by: the vacuum pump. The pressure in this container falls and the pressure gauge pointer falls back to negative pressure, where the contacts <I> A, A '</I> are bridged again by the brush 42.
When the anti-clockwise rotation is ended: the brush 42 during the pressure drop, the contacts <I> A, A '</I> are bridged again, and the circuit described is repeated.
If it is desired to repeat these cycles many times, the chrome plating of pistons 17 will be carbonized (carburized) to the intended depth. Now the vacuum pump is turned off. In order to achieve a carburization, as shown for example in FIG. 2, about 5 to 10 repetitions are sufficient, an operation that takes about 1 to 2 minutes. In order to achieve carbonization, for example according to FIG. 3, 50 to 100 repetitions of the cycle are sufficient, which takes about 10 to 15 minutes.
When turning off the vacuum pump, for example by hand, the parts of the Ap paratur (Fig. 4, 5 and 6) always remain in the position required for the start and continuation of a new automatic operation (this is with the manometer pointer 22a at zero atmospheric pressure , with an open valve 24 in the pump line and ge closed valve 25 in the acetylene line).
If, for example, the pump is switched off, the brush 42 pivots to the right from the contacts A, A 'to the contacts <I> B, B' </I> under the pressure of the acetylene flowing into the chamber 15, 16 because the valve 25 is open. The Ven valve 24 is closed and the pump, whether it is running or not, has no influence.
The brush 42 will therefore continue to move to the right, bypassing the contacts B, B ', thereby closing the valve 25 in the acetylene line and causing the acetylene in the container 15, 16 to explode. As a result of the explosion, the brush 42 bridge the contacts C, <B> <I> C </I> </B>, which open the valve in the pump line but still leave the valve 25 in the acetylene line closed.
With the valve now open in the pump line, the pressure in the container drops and the resulting left-hand movement of the needle 22a only continues until there is atmospheric pressure in the container; the brush 42 will not. as far as the contacts <I> A, A '</I>, and as a result the valve 24 is not closed again and the valve 25 is not opened again.
The apparatus shown in Fig. 7 operates like that just described. It is mainly intended to be used to carbonize chrome-plated surfaces inside hollow objects, such as a pipe 43. The interior of such objects can therefore form part of the expansion space.
Such a sufficiently strong pipe rests at both ends on sealing rings, so that the interior is hermetically sealed when the closure pieces 45 and 46, which sit on these seals, are pressed together, for example by placing the cover 45 on a carrier 47 mounted, which is firmly seated on a hydraulic press 48, while the cover 46 is mounted on the PreZ piston 49. Lines 20a, 21a of corresponding pump line 20 respectively. the acetylene line 21 in FIG. 4, spark plugs 23a correspond to the spark plugs 23 in FIG. 4, a pressure gauge 22 ′ corresponds to the pressure gauge 22.
The lines 20a, 21a are provided with valves, like the valves 24 and 25 in FIG. 4, and the manometer 22 'has corresponding contacts and a grinding brush on the pointer. With this part electrical lines are connected as in Fig. 4, 5 and 6. The Ap parat is used in the same way as the first described by, of course, th if inner surfaces can be carburized.
Acetylene is an unsaturated hydrocarbon that breaks down into its components hydrogen and carbon under heat or pressure or as a result of ignition. This thermal dissociation takes place at <B> 600 '</B> C to <B> 87%. </B> At <B> 750' </B> C the dissociation increases to <B> 97%, </ B> even under normal pressure if the acetylene, for example, is passed through a suitably heated pipe. At a temperature of 900 C and an overpressure of only one atmosphere, the dissociation is explosive. When acetylene comes into contact with an electric spark or glow wire, under normal pressure at constant volume, the explosive dissociation occurs only in the vicinity of the wire or the spark.
However, at higher pressure and constant volume, the ignition causes complete dissociation. Such a thermal dissociation at a constant volume is used here and contributes significantly to the clean generation of chromium carbides.
First, the dissociation temperature of the exploded pure acetylene exceeds <B> 3000 '</B> C. The heat developed during the explosion heats the chromium-containing outer layer to be carbonized sufficiently to allow the chromium to be calibrated, i.e. to form a or more chromium carbides, which takes place at much lower temperatures (if chromium and carbon are present).
Furthermore, a corresponding amount of hydrogen is released and remains in gaseous form. The carbon that is released is also pressed into the pores of the chromium layer by the hydrogen pressure. The hydrogen not only ensures a neutral atmosphere around the layer to be carburized, but also acts as a driver with its high pressure at a constant volume, which drives the carbon particles that have split off deep into all pores, crevices and also into the material to be treated itself .
If the processes described are repeated, the chromium layer is carburized to ever greater depths at higher temperatures and correspondingly greater speed and thus the penetration ability of the split off carbon atoms. The following table shows the results that were obtained in explosion tests with pure acetylene gas (100% C, H2) at constant volume.
EMI0008.0019
Ignition overpressure <SEP> Pressure <SEP> immediately <SEP> after <SEP> Dissociation time <SEP> Ratio <SEP> from <SEP> ignition in <SEP> atm. <SEP> the <SEP> dissociation <SEP> (in <SEP> t / tooo <SEP> sec.) <SEP> to <SEP> final pressure
<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 If, for example, chrome surfaces produced electrochemically are examined using the diamond scratch method, degrees of hardness are achieved which corresponds to about 960 Brinell degrees.
If, however, such a chromium coating is converted into carbides according to the invention, degrees of hardness are determined by means of the diamond scratching method which correspond to approximately 3800 degrees Brinell. The hardness of steel with a carbon content of <B> 0.8% </B> corresponds to only 220 degrees of Brine. The melting point of pure chromium is around 16.15 C, that of chromium carbides around 2000 o C.
Furthermore, chromium carbides are not attacked by nitric acids, while even: sulfuric acid, albeit only with difficulty, and hydrochloric acid dissolve chromium very quickly.
Although chromium resists alkalis, an electrolytically applied chromium coating still does not protect the plated surface completely because the coating is not pore-free. Furthermore, electrolytically deposited chromium is oversaturated with the hydrogen produced during electroplating, which forms the spaces between. fills the chromium crystals and is enclosed by them.
Slight changes in temperature cause different expansion of the chromium and the hydrogen trapped therein, thereby helping to detach the chromium plaque from the underlying surface. With the aid of the invention, it is possible to convert an electrolytically deposited chromium coating into chromium carbide and to produce a chromium carbide coating which is ideal protection for an underlying metal. Such an upper layer has extraordinary hardness, a very high melting point and has an absolutely homogeneous and even structure.
The conversion of an electrolytically produced chromium over train into chromium carbide takes place. In a tried and tested embodiment of the invention, after heating the chromium coating to high temperatures in a vacuum, the intergranular hydrogen is expelled and the pores and cracks in the chromium leave open, which now facilitate the deep penetration of the carbon into the chromium. This heating in a vacuum is best carried out after the objects provided with the chrome plating have been rinsed and dried.
For this purpose, a preheating device for the surfaces to be carbonized is advantageously provided in the explosion chamber. It is best to use a suitably protected electrical heating resistor. The number of explosions to be carried out depends on the thickness = of the chrome layer and the desired degree of carbonization.
If the explosions are repeated enough times. The conversion of chromium into chromium carbide progresses, so that a protective cover layer is obtained which contains a surface layer of chromium carbide, including a layer of chromium and chromium carbide and including a chromium layer, as shown for example in Fig. f was shown.
When the chromium is applied to an iron or steel surface, it also forms, as shown in Fig. 3, a lowermost layer of chromium and iron alloys which separate the chromium carbides from the iron and at the same time form a solid bond between the chromium layer and form iron. If the surface is only to be protected against corrosion, a few explosions will suffice, and in this case a very thin layer of chrome (1/10000 or 1/10000 inch) will suffice.
If you want to provide protection against mechanical wear and tear, it is advisable to start with a thicker layer of chrome (about a few thousandths of an inch thick) and to create a thicker layer of chrome carbide through a larger number of explosions.