CH397377A - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metallkörpern - Google Patents

Description

  Verfahren zur Oberflächenbehandlung 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 Me  tallteile, und zwar bei Gleitvorgängen sowohl     mit     als auch ohne     Schmiermittelfilm.    Obwohl die physi  kalischen Vorgänge an den     Metalloberflächen    bei       Gleitvorgängen    nicht völlig geklärt sind, ist man im  allgemeinen doch bestrebt, die Oberflächen derart  zu gestalten,

       d'ass    ein     Schmiermittelfilm    aufrechterhal  ten wird und     möglichst        nicht    abreisst. Ferner     wurde          bereits    vermutet, dass bei besonders hohem spezifi  schem Druck der aufeinander gleitenden     Flächen    ein  Gasfilm entsteht, der die     Gleitfähigkeit        erhöhst    und  den     Verschleiss        vermindert.     



  Aber auch bei anderen     Verwendungszwecken    ist  häufig die Oberfläche von Metallteilen     derart    be  ansprucht, dass eine besondere     Behandlung    derselben  erforderlich     wird    - angepasst an -den jeweiligen Zweck  existiert eine grosse Zahl verschiedener Verfahren  zur     Oberflächenbehandlung.     



  Die vorliegende Erfindung     betrifft    ein     Verfahren          zur        Oberflächenbehandlung    von Metallkörpern und  ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkörper we  nigstens an     Teilen    ihrer Oberfläche     diffusionsbehan-          delt    und dadurch mit     einem    Fremdstoff angereichert  werden, woraufhin     mindestens    auf diesen Oberflä  chenteilen eine     schwefelhaltige    Metallverbindung er  zeugt oder aufgebracht wird.  



  Ferner betrifft die     Erfindung    einen nach diesem  Verfahren hergestellten Metallkörper,     gekennzeichnet     durch eine     Oberfläche,    die mindestens an Teilen eine  festhaftende Schicht     einer    schwefelhaltigen Metall-         verbindung        und    darunter eine mit einem Fremdstoff  angereicherte Diffusionszone     aufweist.     



  Die Erfindung ist bevorzugt zu verwenden für die  Innenwandung von     Feuerwaffenrohren,    deren     Ver-          schleisseigenschaften    durch das     vorliegende    Verfahren  verbessert werden.  



  Es existiert bereits ein Verfahren, bei welchem  die     Oberfläche    von Metallkörpern in einer     elektri          schen    Gas- und     Glimmentladung    derart aktiviert     und     homogenisiert wird, dass ein auf diese Oberfläche  aufgebrachter Fremdstoff gewissermassen aufgesaugt  wird und eine Oberflächenzone mit     FremdstoffanTei-          cherung        bildet.     



  Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiter  entwicklung dieses Verfahrens und ist nachstehend  in einigen Ausführungsbeispielen erläutert.    Bei     weiteren    Versuchen zur Verbesserung der       Verschleisseigenschaften    von     Metallkörpern.,    insbeson  dere der     Innenwandung    von     Feuerwaffenrohren,    hat  sich ergeben, dass sich 'bei     Metallkörpern,    die einer       Diffusionsbehandlung    unterzogen worden sind,

   die       nachträgliche    Schaffung einer Oberflächenschicht aus  einer     schwefelhaltigen    Metallverbindung     besonders          günstig    auf die     Lebensdauer    hochbeanspruchter Teile       auswirkt.    Anscheinend     wird!    beim     Eindiffundieren     gas- und     dampfartiger    Fremdstoffe     in    eine Metall  oberfläche die     Struktur    der obersten     Metallzone    der  art umgestaltet,

       d'ass    eine Abdeckung mit einer     schwe-          felhaltigen        Metallverbindung    oder eine Umwandlung  der     Oberfläche    dieser Zone in eine solche Verbin  dung vorteilhaft ist.  



  Gemäss dem Verfahren können, beispielsweise  thermisch     gasnitrierte    Stahlkörper mit     einer        kolloidia-          len    Emulsion von     Molybdänsulfit    bestrichen oder  getränkt werden, was deren     Verschleissfestigkeit    an  den derart     behandelten    Oberflächen     wesentlich    er-      höht. Zu diesem Zweck werden z.

   B. die fertig be  arbeiteten,     entfetteten    und gut gereinigten Stahlkör  per in einem     Nitrierofen    unter genügender Zufuhr  von     Ammoniakgas    auf die zwischen 450  und 600  C  gelegene     Nitriertemperatur        erhitzt    und das dann     ein-          setzende        EindiffundIeren    von     Stickstoff    in die Stahl  oberfläche eine genügende Zeit fortgesetzt.

   Je nach  der gewünschten Dicke der mit     Stickstoff    angereicher  ten Diffusionsschicht an der Stahloberfläche kann  die     Nitrierbehandlung    3 bis 60 Stunden fortgesetzt       werden.    Nach dem Erkalten des Ofens und des       Nitriergutes    kann     dann    die mit Stickstoff angerei  cherte     Oberfläche    mit einer     kolloidalen        Emulsion     von     Molybdänsulfit    in Alkohol oder     ölähnlichen        Koh-          lenwasserstoffen    bestrichen     oder    getränkt werden.  



  Die     Aufbringung    der     Molybdänsulfit    Schicht kann       zweckmässigerweise    in einer     Schutzgasatmosphäre    er  folgen, damit die diffusionsbehandelte Oberfläche  nicht mit dem Sauerstoff und der     Feuchtigkeit    der  Aussenluft in Verbindung kommt. Beispielsweise kann  die Nachbehandlung erfolgen,     wenn    sich die Stahl  körper noch im     Nitrierofen    befinden.

   Es kann auch  vorteilhaft sein, die     kalloidale        MolybdänsulfitEmul-          sion    auf die nitrierten Stahlkörper     aufzubringen,        wenn     sich dieselben auf einer     Tempratur    zwischen     Raum-          und        Nitriertemperatur        befinden,    etwa durch Auf  spritzen der Emulsion.

   Anderseits ist es auch in  manchen Fällen     vorteilhaft,    die abgekühlten Stahl  körper in     Schutzgas    oder auch in der Luft mit einer       erhitzten        Molybdänsulfit-Emulsion    zu behandeln.  



  Bei derartig behandelten, durch     Nitrierung    ge  härteten Stahlkörpern bildet sich eine gut     anhaftendie          Molybdänsulfitschicht    auf der Oberfläche, die sich  auch bei starker     Gleitreibungsbeanspruchung    nicht  ablöst und den     Oberflächenverschleiss    merklich ver  ringert.

   Anscheinend erfolgt eine sehr dauerhafte  Bindung der     MolybdänsulfitPartikeln    an der aktiven  und während des Diffusionsvorgangs vollständig     ge-          reinigten    Oberfläche der behandelten Körper.<B>Mög-</B>  licherweise wird auch beim     Diffusionsvorgang    eine  gewisse     Rauhigkeit    der     Oberfläche    erzeugt, so dass  durch die     Molybdänsulfit    Partikeln die oberste  Schicht in ihren     Poren,    ausgefüllt     und:        geglättet    wird.  



  Das     beschriebene        Verfahren    ist nicht auf Stahl  körper beschränkt, sondern ermöglicht auch bei allen  anderen Metallen, die durch Diffusion mit einem  Fremdstoff an der Oberfläche angereichert     werden     können, eine Verbesserung der Oberflächeneigen  schaften sowohl gegen     mechanische    als auch chemi  sche Beanspruchung. Beispielsweise kann Stickstoff  in     Leichtmetall-Oberflächen    eindiffundiert und diese  dann in der     angegebenen    Weise mit schwefelhaltigen  Verbindungen nachbehandelt     werden,    um eine Ver  besserung der Gleiteigenschaften zu erzielen.

   Ferner       können    die betreffenden     Oberflächen    von Metall  körpern durch Diffusion auch mit anderen Fremd  stoffen als Stickstoff angereichert     werden,    beispiels  weise mit     Wasserstoff,    Sauerstoff, Silizium, Titan,       Wolfram,    Bor,     Chrom,        Molybdän,        Van.adium,        Niob     <B>USW.</B>    Wie oben bereits erwähnt, besteht auch die Mög  lichkeit, auf den diffusionsbehandelten Körperober  flächen durch chemische Behandlung eine schwefel  haltige Metallverbindung zu erzeugen.

   Beispielsweise  kann durch bekannte chemische Mittel eine Umwand  lung der Körperoberfläche in eine schwefelhaltige  Verbindung, etwa ein     Sulfit,    erfolgen. Oder es kann  das Metall der vorgesehenen schwefelhaltigen Ver  bindung in reiner Form oder als     passende    Verbindung  auf die Körperoberfläche aufgebracht und dann durch  chemische Mittel in die gewünschte     schwefelhaltige     Verbindung umgewandelt werden.

   Der zuletzt ge  nannte Weg kann beispielsweise zur     Erzeugung    einer       Molybdän@sulfitschicht    auf einer Körperoberfläche  dienen, indem     Molybdän    als Metall auf diese Ober  fläche in dünner Schicht aufgestäubt, aufgedampft  oder auf andere Weise aufgebracht und dann durch       chemische    Mittel in     Molybdänsulfit    umgewandelt  wird.  



  Sowohl beim Auftragen einer schwefelhaltigen       Verbindung    auf die     diffusionsbehandelten    Oberflä  chen als auch bei der Erzeugung dieser Verbindung  durch chemische Umwandlung kann     eine    nachträgli  che Erhitzung der Körper vorteilhaft sein.  



  Bei den nach dem beschriebenen Verfahren her  gestellten Metallkörpern besitzt die Oberfläche eine  festhaftende Schicht aus der schwefelhaltigen Ver  bindung, beispielsweise aus     Molybdänsulfit.        Unmti-          telbar    darunter befindet sich eine Diffusionszone, die  mit einem Fremdstoff, beispielsweise Stickstoff, an  gereichert ist.  



  Das     Verfahren    hat sich besonders bei der Be  handlung der Innenwandung von     Feuerwaffenrohxen,     insbesondere von Geschützrohren bewährt, die z. B.  zuerst durch     Nitrierung    gehärtet und dann mit     Molyb-          dänsulfit    nachbehandelt werden. Die derart behandel  ten Rohre zeigen einen wesentlich geringeren Ver  schleiss beim Schliessen als     unbehandelte    Rohre, so  dass die     Lebensdauer    dieser Rohre entsprechend grö  sser ist.  



  Das     beschriebene        Verfahren    ist natürlich nicht  ein  Schmieren  der     betreffenden        Metalloberflächen,     sondern     eine    zur     Schichtbildung    führende Oberflä  chenbehandlung.     Dementsprechend    können auf     diie     beschriebene Weise auch Metallteile, z. B. die Innen  wandung von     Feuerwaffenrohren,        derart        behandelt     werden, obwohl bei denselben jedes  Schmieren  un  zulässig ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Me- tallkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass die Me tallkörper wenigstens an Teilen ihrer Oberfläche dif fusionsbehandelt und dadurch mit einem Fremdstoff angereichert werden, woraufhin mindestens auf diesen Oberflächenteilen eine schwefelhaltige Metallverbin dung erzeugt oder aufgebracht wird.

   1I. Metallkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oberfläche, die mindestens an Teilen eine festhaf tende Schicht einer schwefelhaltigen Metallverbin Jung und darunter eine mit einem Fremdstoff an gereicherte Diffusionszone aufweist. 11I. Anwendung des Verfahrens nach Patent anspruch I auf die Innenwandung von Feuerwaffen rohren oder auf Teile derselben. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, d'ass die schwefelhaltige Metallver bindung durch Abdeckung der genannten Oberflä- chenteile mit einer schwefelhaltigen Metallverbindung aufgebracht wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die schwefelhaltige Metallverbin dung durch chemische Umwandlung mindestens an den genannten Oberflächenteilen :erzeugt wird. 3.

   Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwefelhaltige Metallver bindung auf die Körperoberfläche aufgebracht wird, bevor dieselbe mit Luft in Berührung gekommen. ist. 4. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, d'ass die schwefelhaltige Metallverbin dung auf erhitzte Körperoberflächen aufgebracht wird. 5. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwefelhaltige Metallver bindung vor dem Aufbringen auf die Körperober flächen erhitzt wird. 6. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Metallsulfit als schwefelhal tige Verbindung verwendet wird. 7.

   Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer kolloidalen Molybd'än- sulfit-Emulsion abgedeckt wird. B. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperoberflächen durch eindiffundierten Stickstoff angereichert werden und dann die schwefelhaltige Metallverbindung erzeugt oder aufgebracht wird.

   9. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass Stahlkörper an ihrer Oberfläche nitriert, gehärtet und' dabei mit Stickstoff angereichert werden und dann die schwefelhaltige Metallverbin dung erzeugt oder aufgebracht wird. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, da:ss Leichtmetallkörper an der Ober fläche mit Stickstoff angereichert werden und dann die schwefelhaltige Metallverbindung erzeugt oder aufgebracht wird. 11. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Körpermetall selbst durch chemische Mittel in eine schwefelhaltige Verbindung umgewandelt wird. 12.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Oberflächen ein Metall in dünner Schicht aufgebracht und durch chemische Mittels in eine schwefelhaltige Verbindung umgewan delt wird. 13. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Körperoberflächen eine metallhaltige Verbindung aufgebracht und durch che mische Mittel in eine schwefelhaltige Metallverbin dung umgewandelt, wird. 14.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkörper nach. dem Er zeugen bzw. Aufbringen der schwefelhaltigen Ver bindung an der Oberfläche erhitzte werden. 15. Metallkörper nach Patentanspruch II, ge- kennzeichnet durch eine äussere Schicht aus Molyb- dänsulfit und eine darunter befindliche, mit Stick stoff angereicherte Schicht.