Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Metallkörpern Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metall körpern.
Bei manchen Metallkörpern, beispielsweise bei hochbelasteten Gleitlagern, ist bekanntlich die Struk tur der Oberfläche von entscheidender Bedeutung für die Gleitfähigkeit der aufeinander reibenden Metall teile, und zwar bei Gleitvorgängen sowohl mit als auch ohne Schmiermittelfilm. Obwohl die physika lischen Vorgänge an den Metalloberflächen bei Gleit- vorgängen nicht völlig geklärt sind, ist man im allge meinen doch bestrebt<B>'</B> die Oberflächen derart<B>zu</B> gestalten, dass ein Schmiermittelfilm aufrechterhalten wird und möglichst nicht abreisst.
Ferner wurde be reits vermutet, dass bei besonders hohem spezifischem Druck der aufeinandergleitenden Flächen ein Gas film entsteht, der die Gleitfähigkeit erhöht und den Verschleiss vermindert.
Aber auch für andere Verwendungszwecke ist<B>die</B> Oberfläche von Metallteilen derart beansprucht, dass eine besondere Behandlung derselben erforderlich wird<B>-</B> anorepasst an den jeweiligen Zweck existiert eine grosse Zahl verschiedener Verfahren zur Ober flächenbehandlung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Metallkörpem und ist dadürch gekennzeichnet, dass die Metall körper einer elektrischen Gasentladung ausgesetzt werden, so dass Teile ihrer Oberfläche mit Ladungs trägern beaufschlagt und eine Materialwanderung her vorgerufen wird, wobei diese Oberflächenteile bezüg lich ihrer Aufnahmefähigkeit für Fremdstoffe aktiviert werden, worauf in die derart aktivierten Oberflächen teile ein Freindstoff eingebracht wird.
Ferner betrifft die Erfindung nach diesem Ver fahren hergestellte Metallkörper, gekennzeichnet durch eine Oberfläche, die mindestens an Teilen eine Zone mikroporöser Materialstruktur zeigt, deren Hohlräume wenigstens zum Teil mit einem Fremd stoff ausgefüllt sind.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des Verfahrens zur Behandlung von reibungsbean spruchten Oberflächenteilen von Werkstücken. Poröse Metallkörper sind für Lagerzwecke natür lich bereits bekannt, beispielsweise Sinterwerkstoffe, die aus pulverförrnigen Metallen hergestellt sind. Der artige Sintermetallkörper weisen aber als Ganzes ein relativ grobporiges Gefüge auf" das durch die Korngrösse des Ausgangsmaterials bestimmt ist, also nicht beliebig verfeinert werden kann.
Ferner sind die mechanischen Eigenschaften derartiger Sinter- werkstoffe mit denjenigen homogener Metalle nicht zu vergleichen und ausserdem lassen sich bisher nur wenige Metalle in befriedigender Weise zu Sinter- metallen verarbeiten. Immerhin hat die gute Schmier- mitteladhäsion und die Möglichkeit der Tränkung mit Schmiermitteln bei manchen Anwendungen solcher Sintennetalle zu vorteilhaften Ergebnissen geführt.
Man hat bereits bei metallischen und nichtmetalli schen Körpern mittels sogenannter Kathodenzerstäu- bung die Oberflächen behandelt, beispielsweise zur Reinigung derselben oder zur Aufdampfung von Materialien. Auf derart behandelte Oberflächen kann zwar eine dünne Materialschicht nachträglich auf gebracht werden, jedoch handelt es sich trotz guter Haftfähigkeit immer um einen Film. Es ist nicht aus geschlossen, dass poröse Schichten durch Kathoden- zerstäubung erzeugt werden können, aber deren Struktur ist für den erfindungsgemässen Zweck un geeignet.
Die als aktiviert im Sinne der vorliegenden Er findung anzusehende Oberflächenzone entsteht nach den bisherigen Erkenntnissen nur bei Metallkörpern und weist e ine mikroporöse Struktur auf, die aber nur durch indirekte Methoden, also bisher nicht durch mikroskopische Untersuchungen zu ermitteln war. Die Eigenschaften solcher aktiver mikroporöser Oberflächenzonen werden bei der Beschreibung des Verfahrens nachstehend noch näher erörtert.
Gegenüber den bisher für Gleitlager und ähnliche Zwecke bestimmten porösen Materialien lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren Metall- körperflächen erzeugen, die bis auf eine relativ dünne Oberflächenzone aus homogenem Metall bestehen und in dieser selbst eine mikroporöse Struktur auf weisen, welche für die Einbringung von Fremd stoffen sehr erwünschte Eigenschaften besitzt. Das erfindungsgemässe Verfahren und die damit herstell- baren Metallkörper sowie deren Verwendung werden nachstehend anhand von Beispielen näher be schrieben.
Zur Durchführuna des Verfahrens werden bei spielsweise die fertig bearbeiteten, entfetteten und gut gereinigten Metallkörper, die an vorbestimmten Teilen ihrer Oberfläche zur Behandlung bestimmt sind, in einem, vorzugsweise metallischen Entladungs gefäss angeordnet und über eine isolierte Stromeinfüh rung mit einer äusseren Spannungsquelle verbunden.
Bei der gleichzeitigen Behandlung mehrerer Metall körper können dieselben entweder sämtlich parallel ge ., schaltet am gleichen Anschluss liegen oder zu Gruppen zusammengeschaltet und mit<B>je</B> einer ge trennten isolierten Stromeinführung verbunden sein. Ferner ist eine Gegenelektrode vorhanden, die über eine isolierte Stromeinführung am anderen Pol der Spannungsquelle liegt, falls nicht das metallische Entladungsgefäss als Gegenelektrode dient.
Die zweck mässige Anordnung der als Elektroden geschalteten Werkstücke ist aus der Technik elektrischer Gas- und Glimmentladungen bekannt und wird derart vor genommen, dass mindestens an den zu behandelnden Oberflächenteilen beispielsweise eine Glimmentladung überall gleicher Stromdichte hervorgerufen werden kann.
Zur Erzeugung einer solchen Glimmentladung wird durch eine geeignete Pumpeinrichtung im Ent ladungsgefäss z. B. ein Unterdruck im Bereich von <B>0,1</B> bis<B>100</B> mm Hg hergestellt, während gleichzeitig ein Gas oder Gasgemisch in regelbarer Menge zu geführt wird, so dass eine erwünschte Atmosphäre konstanten Druckes und gleichbleibender Zusammen setzung entsteht. Beim Anlegen einer entsprechen den Gleich-, Wechsel- oder auch Impulsspannung zwischen den zu behandelnden Metallkörpem und den Gegenelektroden entsteht eine Glimmentladung, die durch Wahl niedrigen Druckes und möglichst kleiner Spannung anfangs einen nur geringen Energie umsatz aufweisen soll.
Durch zunehmende Druck erhöhung und Spannungsvergrösserung wird der Ener gieumsatz der Glimmentladung dann stetig ver grössert und die Entladung, falls erwünscht, weit gehend auf die zu behandelnden Flächen konzen triert, bis an denselben die zur Umwandlung der betreffenden Oberflächenzonen erwünschte Energie konzentration der Glimmentladung erreicht ist. Diese Anlaufperiode der Glimmentladung ist in ihren Ein zelheiten im Hauptpatent Nr. <B>355233</B> ausführlich beschrieben.
Durch den genannten Anlaufvorgang kann nicht nur die Voraussetzung zur Durchführung der an schliessenden Glimmentladungsbehandlung unter re- produzierbaren Verhältnissen geschaffen werden, sondern er ermöglicht auch die Befreiung der zu behandelnden Oberflächenteile von unerwünschten absorbierten oder adsorbierten Stoffen von Bearbei tungsrückständen aller Art und von jeglichen Ver unreinigungen. Beim Beginn der eigentlichen Be handlungsphase liegt also die betreffende Oberfläche bereits in sehr reinem Zustand vor, was für die Erzielung völlig gleichmässiger Oberflächen eine un bedingte Voraussetzung ist.
Gegebenenfalls kann auch der Anlaufvorgang in einer Gasatmosphäre anderer Zusammensetzung als der eigentliche Glimmbehand- lungsprozess erfolgen, beispielsweise in Anwesenheit eines reduzierend wirkenden Gases wie Wasserstoff.
Dann wird nach Abschluss des Anlaufvorganges an stelle dieser Gasart nunmehr das zur eigentlichen Behandlung der Metallkörper vorgesehene Gas oder Gasgemisch in das Entladungsgefäss eingeleitet, zweckmässigerweise unter Aufrechterhaltung des er wünschten Unterdruckes und der bestehenden Glimm- entladung. Falls das für den Anlaufvorgang er wünschte Gas mit demjenigen für die nachfolgende Behandlungsphase vorgesehenen nicht vermischt wer den soll, kann auch die Gasatmosphäre der Anlauf periode gegen eine Schutzgasatmosphäre, beispiels weise ein Edelgas, ausgetauscht und dann dieses Schutzgas durch das für die Behandlungsperiode vorgesehene Gas ersetzt werden.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel sei ange nommen, dass die Mantelfläche eines zylindrischen Stahlkörpers mit einer aktivierten mikroporösen Oberflächenzone versehen werden soll, und zwar mittels einer Umwandlung derselben in ihrer Struk tur und ohne Zuhilfenahme körperfremder Substan zen. Hierzu wird im Entladungsgefäss als Gegen elektrode zweckmässigerweise ein Stahlkörper glei cher Zusammensetzung vorgesehen und eine Edel- gasatmosphäre, etwa Argon, mit einem Druck von <B>5</B> bis<B>10</B> Torr geschaffen.
Nach Beendigung des Anlaufvorganges wird am Werkstück, das die Ka thode bildet, mit einer Gleichspannung von 400 bis<B>500</B> Volt eine Glimmentladung mit einem Energie umsatz von<B>0,1</B> bis<B>10</B> Watt pro CM2 Oberfläche her vorgerufen, wobei das Werkstück nach dem Erreichen des stationären Betriebszustandes eine Temperatur von etwa 450 bis<B>550' C</B> aufweist; falls erwünscht, können aber auch Temperaturen zwischen 200 und 120011 <B>C</B> verwendet werden.
Die entstehende Glimmentladung bildet bekannt lich einen Kathodenfallraum dicht an der Werk- stückoberfläche, <B>je</B> nach Gasdruck von etwa<B>10</B> bis 0,2 mm Dicke, auf den sich praktisch die ganze Betriebsspannung konzentriert und der einerseits von der Werkstückoberfläche, anderseits vom Glimm saum begrenzt wird. Im Glimmsaum entstehen Gas ionen, die im Kathodenfallraum auf sehr hohe Ge schwindigkeiten bis zu etwa<B>10000</B> mIsee beschleu nigt werden und auf die Werkstückoberfläche auf prallen.
Die Energie des auftreffenden Ionenstromes bewirkt einerseits die Erwärmung des Werkstückes auf die obengenannte Temperatur und anderseits eine Umwandlung der Oberflächenstruktur durch eine Ma terialwanderung, hervorgerufen durch eine Heraus lösung feinster Metallpartikel aus der Oberflächen zone. Es ist nicht genau bekannt, ob die Metall partikel infolge Verdampfung an den Aufprallstellen einzelner Ionen oder infolge unmittelbarer Stoss befreiung aus dem Kristallverband herausgelöst wer den. Jedenfalls ist eine Materialabwanderung expe rimentell feststellbar.
Gleichzeitig erfolgt aber eine Materialzuwanderung, da die Gasatmosphäre mit Metallpartikeln, die aus der Werkstückoberfläche, selbst oder aus der Gegenelektrode stammen, durch setzt ist und solche Metallpartikel im Glimmsaum elektrisch geladen, im Kathodenfallraum in Richtung auf die Werkstückoberfläche beschleunigt werden und dort mit hoher kinetischer Energie auftreffen.
Das Ausmass der Materialwanderung in der einen und anderen Richtung kann durch geeignete Wahl der geometrischen Anordnung des Werkstückes und der Gegenelektrode sowie durch den Druck im Ent ladungsgefäss und die Art und Polarität der Span nung beeinflusst werden. Vorzugsweise werden die Entladungsverhältnisse derart gewählt, dass die Mate rialabwanderung überwiegt.
Jedenfalls entsteht nach genügend langer Aufrechterhaltung der Glimment- ladung an der Werkstückoberfläche, die beim vor liegenden Ausführungsbeispiel zwischen<B>0,5</B> und<B>30</B> Stunden betragen kann, eine Oberflächenzone auf dem Metallkörper, die eine Mikroporosität aufweist, welche sich bis in molekulare Dimensionen er strecken dürfte. Gleichzeitig ist aber diese Ober flächenzone in ihrer Festigkeit nicht merklich ge ringer als nicht umgewandelte Metallschichten.
Die nach dem geschilderten Verfahren erzielte Körperoberfläche weist wesentlich andere Eigenschaf ten auf als vor ihrer Umwandlung und ist ausser ordentlich aktiv gegenüber Fremdstoffen. Durch die Strukturumwandlung ist die Benetzbarkeit der Ober fläche ausserordentlich gestiegen und auf Flüssig keiten, aber auch auf disperse feste Stoffe und Gase werden starke Adhäsionskräfte ausgeübt.
Das begierige Aufnehmen von Fremdstoffen beruht an scheinend auf der starken Kapillarwirkung der mikro porösen Oberflächenzone, aber wahrscheinlich auch auf den'nicht abgesättigten Molekularkräften. Das Verhalten der aktiven Oberfläche lässt aufgebrachte Fremdstoffe tief in die Oberflächenzone eindringen.
Es ist empfehlenswert, falls das Aufbringen der vorgesehenen Fremdstoffe auf die behandelten Ober flächenteile nach dem Ausbau der Metallkörper aus dem Entladungsgefäss erfolgen soll, diese Nach- behandlung unmittelbar nach Beendigung des Glimm- entladungsprozesses durchzuführen, sobald sich das betreffende Werkstück genügend weit abgekühlt hat.
Wird nämlich die hochaktive umgewandelte Ober flächenzone einige Stunden der Aussenluft ausgesetzt, so kann bereits eine Absättigung eines Teiies der aktiven Zone mit Gasmolekülen, Wasserdampfparti- keln usw. erfolgt sein, was unter Umständen die Adhäsion und Aufnahmefähigkeit gegenüber den ge wünschten Fremdstoffen nachteilig beeinflussen kann.
Aus den gleichen Gründen ist es vorteilhaft, falls die behandelten Flächen mit gas- oder dampfförmi- gen Fremdstoffen angereichert werden sollen, die betreffenden Gase bzw. Dämpfe nach Beendigung des Glimmentladungsprozesses in das Entladungs gefäss einzuleiten und das noch heisse oder bereits abgekühlte Werkstück diesem Gas bzw. Dampf aus zusetzen.
Nach dem anhand dieses ersten Ausfährungs- beispieles beschriebenen Verfahren lassen sich die Flächen von beliebig geformten, auch sehr kompli ziert gestalteten Metallkörpern und Werkstücken mit den beschriebenen aktivierten und mikroporösen Oberflächenzonen versehen. Auch Bohrungen lassen sich auf der Innenwandung derart behandeln, ge gebenenfalls unter Verwendung einer köaxial in der Boh#rung angeordneten, draht- oder stiftartigen<B>Ge-</B> genelektrode.
Von grossem Vorteil ist hierbei, dass die Umwandlung der Oberflächenzone nach voll ständiger Fertigstellung des betreffenden Werkstückes erfolgen kann, da bei der sehr gleichmässigen Tem peraturbehandlung kein Verziehen der Werkstücke auftritt. Die Masslinderungen durch die Material wanderung, falls dieselbe überhaupt feststellbar ist, kann an einem Probestück leicht ermittelt und dann bei der vorausgehenden Bearbeitung der Werkstücke berücksichtigt worden, da die Glimmentladungs#- behandlung unter genau reproduzierbaren Bedingun gen erfolgt.
Ein zylindrischer Stahlkörper, beispielsweise eine Welle für rotierende Maschinenteile, behandelt ge mäss dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, weist nach Beendigung des Glimmentladungsprozesses und Abkühlung im Entladungsgefäss unter Aufrecht erhaltung der dort herrschenden Gasatmosphäre, eine hellgraue, matte Oberfläche von samtartigem Aus sehen auf. Bei sofortiger Tränkung beispielsweise mit einer kolloidalen Lösung von Molybdänsulfit nimmt die behandelte Oberfläche eine schwarzgraue Fär bung an.
Durch eine anschliessende Reinigung mit tels flüssiger oder dampfförmiger NEttel kann weder durch kalte noch durch heisse Behandlung das in die mikroporöse Oberflächenzone eingedrungene Molybdänsulfit entfernt werden. Die mattgraue, äusserst dünne Haut des Werkstückes kann sowohl vor als auch nach dem Tränken relativ leicht abge rieben werden, und die dann zum Vorschein kom mende Fläche weist Metallglanz auf.
Natürlich stellt diese abzureibende Aussenhaut nur einen Teil der entstehenden mikroporösen Oberflächenzone dar und die nach Beseitigung der mattgrauen Aussenhaut er scheinende Metalloberfläche weist ebenfalls eine stark vergrösserte Benetzbarkeit auf und besitzt in hohem Grade die erwünschte Mikroporosität.
Die ausserordentliche Haftung von Flüssigkeiten, beispielsweise von<B>öl,</B> an derart hergestellten aktiven Oberflächenzonen kann durch folgenden Versuch nachgewiesen werden, wobei als Kriterium für das Vorhandensein von<B>öl</B> das Verhalten der Oberfläche in einer elektrischen Glimmentladung dient.
Bekannt lich ist die Aufrechterhaltung eines gleichmässigen Glimmsaumes längs einer Metallkörperfläche nur dann möglich, wenn dieselbe frei von Verunreinigun gen ist und bereits Spuren von fettartigen Substanzen, beispielsweise ein Figurabdruck, führen zur Gas bildung und diese ihrerseits zu heftigen Sprüh erscheinungen an der Werkstückoberfläche, wie dies beispielsweise im obengenannten Zusatzpatent näher beschrieben ist.
Wird der fertig bearbeitete und che misch entfettete Metallzylinder des oben beschrie benen ersten Ausführungsbeispieles nach Durchfüh rung des Anlaufvorganges aus dem Entladungsgefäss herausgenommen, mit<B>öl</B> eingerieben, anschliessend chemisch entfettet, und dann im Entladungsgefäss erneut der Glimmentladung ausgesetzt, so sind erfah- rungs,gemäss nach höchstens einer Betriebsstunde die verbleibenden ölrückstände beseitigt und die Sprüh erscheinungen an der Werkstückoberfläche weit gehend zu Ende.
Wird dagegen der Metallzylinder nach 30stündigem Glimmentladungsprozess ganz in gleicher Weise ausgebaut, mit<B>öl</B> eingerieben, che misch sorgfältig entfettet und erneut der Glimm- entladung ausgesetzt, so dauern die heftigen Sprüh erscheinungen, hervorgerufen von Ölrückständen in der nunmeh#r mikroporösen Oberflächenzone bis zu 12 Betriebsstunden und länger an. Dabei ist nur von geringem Einfluss, ob die mattgraue Aussenhaut der mikroporösen Oberflächenzone abgerieben wird oder nicht.
Die Umwandlung von Metalloberflächen nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist natürlich nicht auf Stahl und Eisen beschränkt, sondern kann, meist sogar innerhalb kürzerer Behandlungszeiten, auch an allen Buntmetallen und Legierungen durch geführt werden. Insbesondere können aber auch sehr harte metallische Werkstoffe, wie sie beispielsweise für Reibungskupplungen, Getriebe, Zahnkränze usw. verwendet werden, in gleicher Weise mit einer mikro porösen Oberflächenzone versehen werden.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht aber auch eine Umwandlung der Oberflächenzone von metalli schen Werkstücken mittels einer Materialwanderung, an der körperfremde Stoffe beteiligt sind, was für die Erzielung bestimmter Eigenschaften der Ober flächen häufig erwünscht ist. Diese Möglichkeit wird anhand eines zweiten Ausführungsbeispieles erläutert, bei welchem der gleiche zylindrische Stahlkörper wie im ersten Ausführungsbeispiel mit einer mikro porösen Oberflächenzone versehen wird, aber diese Zone gleichzeitig mit eindiffundiertem Stickstoff an- gereichert werden soll.
Der Glimmentladungsprozess wird hierbei wie oben<I>beschrieben durchgeführt, aber</I> nach beendetem Anlaufvorgang im Entladungsgefäss eine Gasatmosphäre mit einem Gehalt von beispiels weise 2 bis 500le Stickstoff in Wasserstoff hergestellt und aufrechterhalten.
Wie aus der Technik der Nitrierung von Stahloberflächen in einer Glimm- entladung bekannt ist, dissoziert hierbei das N2-Gas und bildet Stickstoffionen, die beim Aufprallen auf die Werkstückoberfläche in dieselbe eindiffundieren. Parallel hierzu findet natürlich die sowohl von der Stickstoff- als auch den Wasserstoffionen bewirkte Mater;alwanderung an der Werkstückoberfläche und deren Umwandlung in eine aktive mikroporöse Ober flächenzone statt, wie oben beschrieben.
Die am Werkstück bei dieser Nitrierbehandlung erzeugte Oberflächenzone weist praktisch die gleichen vorteilhaften Eigenschaften bezüglich Mikroporosität, Benetzbarkeit und Aktivität gegenüber Fremdstoffen auf wie bei dem gemäss dem ersten Ausführungs beispiel behandelten Werkstück. Jedoch ist hier die mechanische Härte der Oberflächenzone durch die erfolgte Nitrierung wesentlich vergrössert. Dabei hat sich herausgestellt, dass die mikroporöse Oberflächen zone, die völlig stetig in das nicht umgewandelte Metall übergeht, nur einen Bruchteil der Eindringtiefe des Stickstoffes ausmacht.
Dementsprechend wird durch die aktive mikroporöse Zone der Härtetiefenverlauf der Nitrierung praktisch nicht nachteilig beeinflusst. Die derart behandelte Werkstückoberfläche weist alle bekannten Vorteile der glimmnitrierten Ober flächen auf und besitzt zusätzlich die für viele Zwecke erwünschten, oben bereits beschriebenen Eigenschaften der aktivierten Oberflächenzone.
Ausserdem ist aber bei derart nitrierten mikro porösen Oberflächen festgestellt worden, dass an schliessend ein Teil des aufgenommenen Stickstoffes bei sehr hoher Druckbelastung der Oberfläche als Gas aus der Oberfläche austritt und einen Gasfilm zwischen den aufeinander gleitenden Metallflächen bildet. Dies dürfte die Ursache für die guten Rei bungseigenschaften und die hohe Verschleissfestigkeit derart nitrierter mikroporöser Flächen bei Feuer waffen und Geschossen sein. Auch hier hat sich eine nach Beendigung des Nitriervorganges vorgenommene Einbringung von Molybdänsulfit in die aktive Ober fläche als vorteilhaft erwiesen.
Natürlich kann die Materialwanderung bei dem beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel auch mit anderen körperfremden Stoffen zusammen durch geführt werden. Beispielsweise ist bei Verwendung von Kohlenwasserstoffen eine Anreicherung mit Koh lenstoff oder mittels Schwefelwasserstoff eine Sul- phurisierung der umgewandelten Oberfläche gleich zeitig mit der Bildung der mikroporösen Zone mög lich. Ferner ist auf diese Weise eine Anreicherung mit Phosphor durchführbar. Dabei sind sämtliche Metalle geeignet, um nach dem angegebenen Ver fahren behandelt zu werden.
Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel können die in die aktivierte Oberfläche einzubrin genden Fremdstoffe nach Abschluss des Entladungs vorganges aus einem Gas im Entladungsgefäss ge wonnen werden. Beispielsweise kann ein entspre chender Fremdstoff im Entladungsgefäss verdampft und mit der Gasatmosphäre vermischt werden, oder es wird ein entsprechender Nebel aus derartigen Stoffpartikeln in das Entladungsgefäss eingespritzt. Ferner kann die bekannte Technik der Kathoden- zerstäubung oder der Lichtbogenabstäubung benützt werden, um Fremdstoffpartikel mit der Gasatmo sphäre zu vermengen oder auf die aktive Oberfläche aufzubringen.
Das beschriebene Verfahren ist natürlich nicht auf die beschriebenen Beispiele, die genannten Me talle und Fremdstoffe beschränkt. Vielmehr können die erfindungsgemäss hergestellten aktiven und mikro porösen Oberflächenzonen gleichzeitig mit jedem er wünschten Element, insbesondere auch mit allen Schwermetallen wie etwa Blei, Molybdän und selte nen Erden veredelt oder besonderen Anforderungen angepasst werden. Vor allem haben sich Stoffe mit hohem Dampfdruck hierbei gut verwenden lassen. Ferner können Silizium oder Siliziumverbindungen als Fremdstoffe in die präparierte aktive Oberfläche eingebracht werden.
Prinzipiell ist also mit der die Homogenisierung und Aktivierung bewirkenden Gas- und Glimment- ladung zusammen eine Anreicherung der Oberflächen zone mit Fremdstoffen möglich, oder aber diese Anreicherung findet in einer besonderen Nachbehand lung statt. Diese Nachbehandlung kann auch, nach erfolgtem Aufbringen des Fremdstoffes auf die aktive Oberfläche, zusätzlich eine thermische Behandlung oder eine weitere Gas- und Glimmentladungsbehand- lung umfassen, um ein weiteres Eindiffundieren der aufgebrachten Fremdstoffe zu erreichen.
Beispiels weise kann eine Eisenoberfläche in einem ersten Prozessabschnitt homogenisiert und aktiviert werden, dann mit einem als Nitrierträger geeigneten Fremd stoff durch Tränkung oder Aufdampfung angereichert und anschliessend nitriert werden, vorzugsweise in einer ionisierten stickstoffhaltigen Gasatmosphäre. Auch eine weitere mechanische Nachbehandlung der mit Fremdstoffen angereicherten aktiven Oberfläche, etwa ein Einwalzen oder Einhämmern der Fremd stoffe ist möglich.
Nach dem Verfahren hergestellte Metallkörper weisen ausser der leicht abreibbaren, oben erwähnten Aussenhaut, eine mit Fremdstoffen angereicherte Oberflächenzone auf, die höhere Abriebfestigkeit als die genannte Aussenhaut besitzt. Bei geeigneter Wahl der eingebrachten Fremdstoffe, beispielsweise Molybdänsulfit, weist die Oberfläche einen merklich verminderten Reibungswiderstand auf. Ausserdem besteht die Möglichkeit, beispielsweise durch silizium- haltige Fremdstoffe, die behandelte Oberfläche we sentlich korrosionsfester gegen aggressive Gase und Flüssigkeiten zu machen.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung des be schriebenen Verfahrens ergibt sich bei Feuerwaffen- rohren und der zugehörigen Munition. Werden die Führungsteile, also Felder bzw. Züge bei den Rohren und Führungsringe bei den Geschossen, mit geeigne ten Fremdstoffen, etwa Molybdänsulfit, an der Ober fläche angereichert, so ist eine wesentliche Erhöhung der Verschleissfestigkeit erzielbar, also eine Verlän gerung der Lebensdauer solcher Feuerwaffenrohre. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Tränkung der Rohrinnenwandung auch von Zeit zu Zeit während des Schiessbetriebes zu wiederholen.
Eine ähnliche Wirkung ist beobachtet worden, wenn die Führungs teile von Rohr und Munition mit einem bei den Schussbedingungen ein Gas abgebenden Fremdstoff angereichert sind.
Auch für die Herstellung von Oberflächenzonen stark verminderten Wärmeleitvermögens ist das vor liegende Verfahren geeignet, indem beispielsweise Magnesium und Magnesiumverbindungen enthaltende Fremdstoffe in die aktive Oberflächenzone einge bracht werden. Dies kann beispielsweise bei Werk stücken für hohe Betriebstemperaturen von Vorteil sein. Auch hochschmelzende Fremdstoffe wie Wolf ram, Vanadium usw. können vorteilhaft sein.
Zur Reibungsvertründerung und Erhöhung der Verschleissfestigkeit hat sich, ausser dem oben bereits erwähnten Molybdänsulfit, ein Sauerstoff oder Oxyde enthaltender Fremdstoff in der Oberflächenzone er wiesen. Schliesslich lassen sich Metalloberflächen mit dem vorliegenden Verfahren auch korrosionsfest machen, indem beispielsweise Silizium oder Silizium- verbindungen als Fremdstoffe in die aktive Ober flächenzone eingebracht werden. Auch eine Kombi nation mehrerer Fremdstoffe ist möglich und dort von Vorteil, wenn die betreffenden Oberflächen bei spielsweise von rasch strömenden Medien beansprucht werden.
Die Aktivierung der Oberflächen von Metall- köpern erfolgt beim vorliegenden Verfahren durch Beaufschlagung der Oberfläche mit elektrischen Ladungsträgern. Hierzu ist eine Glimmentladungs- behandlung besonders vorteilhaft, bei welcher<U>die</U> Metallkörper eine wenigstens zeitweise als Kathode arbeitende Elektrode bilden. Die Erzeugung der auf die Metalloberfläche auftreffenden Ionen können mit Gleich- oder Wechselspannungen erzeugt werden, besonders vorteilhaft aber durch Impulsspannungen, da die dabei auftretende höhere kinetische Energie der Ionen eine stärkere Einwirkung auf die Metall oberfläche ergibt.