CH452205A - Verfahren zur Herstellung von harten Überzügen - Google Patents
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Description
Verfahren zur Herstellung von harten Überzügen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von Überzügen aus harten Kar- biden, Boriden oder Siliziden von Metallen der 11I. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems auf metalli schen oder nichtmetallischen Gegenständen, die nicht der Zeitmesstechnik dienen. Dabei werden Halogenver bindungen der entsprechenden Metalle in der Gasphase mit reduzierenden Gasen, welche Kohlenstoff, Bor bzw. Silizium in freier oder gebundener Form enthalten, bei erhöhter Temperatur umgesetzt, wobei die genannten Halogenide mit den genannten Gasen an den zu über ziehenden Gegenständen zur Reaktion gebracht werden oder mit den zu überziehenden Gegenständen selbst reagieren. Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus harten Carbiden der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems bekannt, bei- spielsweise der Metalle Titan, Vanadin, Wolfram, auf metallischen oder nicht metallischen Gegenständen, durch Reaktion von Halogenverbindungen der betref fenden Metalle mit Wasserstoff und Kohlenwasserstof- fen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Halo genverbindung des karbidbildenden Metalls mit einem Gasgemisch an den zu überziehenden Werkstücken bei Temperaturen von 900 bis 1200 C zur Reaktion ge bracht wird, wobei in dem Gasgemisch Wasserstoff und nicht mehr flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten sind, als ihrem Gleichgewicht mit Kohlenstoff und Wasserstoff bei Abscheidungstemperatur entspricht. Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass bei Temperaturen über 900 C, also bei relativ hohen Temperaturen, gearbeitet werden muss. Viele Werk stoffe, für welche ein harter Überzug erwünscht wäre, halten jedoch solche Temperaturen nicht oder nicht gut aus. Es können bei derart hohen Temperaturen Stuktur- veränderungen in den Werkstücken auftreten, welche diese für den vorgesehenen Verwendungszweck un brauchbar machen. Weiter bauen sich zufolge unter schiedlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten von Unterlage und Überzug Eigenspannungen im Über- zug auf, die bei der Abkühlung von hohen Temperaturen auf Raumtemperatur so gross werden können, dass eine ausreichende Haftfestigkeit des Überzuges nicht mehr gegeben ist. Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile des bekannten Verfahrens zu vermeiden. Es wurde ge funden, dass man die genannten Karbide, Boride oder Silizide auch bei Temperaturen unterhalb 900 C ab scheiden kann, wenn man unter vermindertem Druck arbeitet. Demgemäss ist das erfindungsgemässe Verfah ren dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion unterhalb 900 C bei weniger als Atmosphärendruck vornimmt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist vorzugsweise zur Herstellung von Titankarbidüberzügen geeignet. Man verwendet in diesem Fall Titantetrachlorid und Wasserstoff im Gemisch mit wenigstens einem Kohlen wasserstoff als Ausgangsmaterial, wobei man zweck mässig bei einem Druck von 1-100 Torr und einer Ge- samtdurchlaufmenge von 1-100 Nl/h arbeitet. Für den Abscheidungsvorgang von TiC im Tempera turbereich von 700-900 C und im Unterdruckbereich von 1-40 Torr sowie einer Reaktionsgasdurchlauf- menge von 1-30 Nl/h ist charakteristisch, dass sich das Maximum der Abscheidungsgeschwindigkeit mit ab nehmendem Druck im allgemeinen nach tieferen Tem peraturen verschiebt, dass die Kinetik des Abscheidungsvorganges ver gleichbar ist zu derjenigen bei 1000 C und Atmosphä# rendruck, dass der Wirkungsgrad bedeutend günstiger ist als für den Abscheidungsvorgang bei höheren Temperaturen und Atmosphärendruck, d. h. dass die Reaktionsedukte besser ausgenützt werden und damit der Prozess wirt schaftlicher wird, dass die bei tiefen Temperaturen im Unterdruck ab geschiedenen Schichten ebensogute oder bessere mecha nische Eigenschaften zeigen als die bei höheren Tempe raturen und Normaldruck erzeugten Schichten, insbe- sondere ist ihre Mikrohärte von 3000-4000 Vickers- härtegraden (kg,/mm") die gleiche geblieben. Die Mi- kroporosität der Schichten ist kleiner, die Korrosionsbe ständigkeit besser, dass die bei tiefen Temperaturen und Unterdruck auf polierte Oberflächen abgeschiedenen TiC-Schichten gegenüber den bei höheren Temperaturen und Normal druck abgeschiedenen eine Oberflächenrauhigkeit auf weisen, die bis um einen Faktor 10 geringer ist und 0,1 ,rum erreichen kann. Damit ist der Vorteil verbun den, dass solcherart beschichtete Oberflächen nur in Spezialfällen noch nachträglich behandelt bzw. überpo liert werden müssen, dass der Prozess bei tieferen Temperaturen wirt schaftlicher arbeitet als bei höheren Temperaturen, da der elektrische Leistungsverbrauch geringer, die Zeit bis zum Erreichen der Reaktionstemperatur geringer und die Lebensdauer aller der erhöhten Temperatur ausge setzten Apparateteile einschliesslich der Heizvorrichtung grösser ist, dass im Gegensatz zur Abscheidung bei höheren Temperaturen und Normaldruck durch Anlegen elektri scher Felder und durch eine günstige Temperaturvertei lung im Reaktor längs des Reaktionsweges der Gase Bedingungen gefunden werden können, die entweder bei Temperaturen der Werkstücke zwischen 700 und 900 C höhere Ausbeuten erwarten lassen, oder aber noch eine Abscheidung von TiC unterhalb 700 C er möglichen. Sollen Überzüge aus harten Boriden oder Siliziden der genannten Metalle hergestellt werden, so wird zweckmässigerweise ein Gasgemisch aus einem Halo genid, Wasserstoff und einem gasförmigen Borwasser stoff oder einem gasförmigen Silan, oder ein Gemisch aus Wasserstoff, einem Metallhalogenid und einem Bor- bzw. Siliziumhalogenid zur Reaktion gebracht. Das erfindungsgemässe Verfahren sei an einigen Bei spielen erläutert: 1. Ein Gehäusering aus Stahl soll vollkommen stoss- und kratzfest gemacht und zu diesem Zweck mit einem Titankarbidüberzug versehen werden. Der Gehäusering liegt im Endfertigungszustand gedreht und poliert vor. Er wird in einer geeigneten Haltevorrichtung in einem Reaktionsrohr aus Inconel befestigt. Das Reaktionsrohr wird dicht verschlossen und mit Wasserstoff gespült. Der Reaktionsraum wird nun evakuiert und mittels Widerstandsofen aufgeheizt, bis das Werkstück eine Temperatur von 800 C erreicht hat. Hierauf wird ein Gemisch aus 90 bis 98 % Wasserstoff, 5 bis 1 % Titan tetrachlorid und 5 bis 1 % Methan in den Reaktionsraum eindosiert. Durch Regulieren der zudosierten Gesamt gasmenge und der Sauggeschwindigkeit der Vakuum pumpe wird im Reaktionsrohr ein Druck von 10 Torr aufrechterhalten. Nach 3 bis 4 Stunden wird die Zu fuhr der Reaktionsgase abgestellt. Der Gehäusering be sitzt nach Abkühlen im Vakuum auf Raumtemperatur einen hellglänzenden Überzug aus reinem Titankarbid mit einer Dicke bis zu 10 ,um. Der Überzug zeichnet sich durch grosse Härte (Mikrohärte 3000 bis 4000 HV), ausgezeichnete Haftfestigkeit, eine Oberflächenrauhig- keit von weniger als 0,5 ,mm und eine gute Korrosions beständigkeit aus. Nach kurzem Polieren auf Hochglanz mittels Tuchscheibe ist der Gehäusering montagebereit. Er hat während der Beschichtung bei 800 C seine ur sprüngliche Form vollständig beibehalten. 2. Ein Werkstück aus gesintertem Aluminiumoxyd soll mit einer elektrischleitenden Schicht versehen wer den, die zudem verschleissfest ist und in ihrer Härte derjenigen von Aluminiumoxyd gleichkommt. Das Werkstück wird in einem Reaktionsrohr aus Inconel geeignet befestigt. Der Reaktionsraum wird dicht ge schlossen und evakuiert. Das Werkstück wird mittels Widerstandsofen auf 800 C aufgeheizt. Es wird Was serstoff in den Reaktionsraum eindosiert, der von einer Vakuumpumpe so abgesogen wird, dass im Reaktions raum ein Unterdruck von 50 Torr entsteht. Dem Was serstoff werden nun 3 Titantetrachlorid und 1 % Pro pan zudosiert. Nach einer Reaktionsdauer von 2 bis 3 Stunden und anschliessender Abkühlung auf Raumtem peratur hat sich auf dem Aluminiumoxyd eine gleich mässige, festhaftende Titankarbidschicht von etwa 15 ,um Dicke gebildet. 3. Es sollen eine Anzahl Lagerachsen und Gegen lager aus Stahl mit einer verschleissfesten, reibungs mindernden Titankarbidschicht versehen werden. Die Achsen und Gegenlager werden in einem Kohlenbehäl ter in ein Reaktionsrohr aus Quarz gebracht. Das Rohr wird verschlossen und mit Wasserstoff gespült. Eine Vakuumpumpe saugt das Gas durch das Quarzrohr und hält darin einen Druck von 20 Torr aufrecht. Der Kohlenbehälter und sein Inhalt werden induktiv auf 750 bis 800 C erwärmt. Dem Wasserstoff werden nun etwa 5 % Titantetrabromid zudosiert, indem sich ein Wasserstoffteilstrom in einem Verdampfer mit flüssigem Titantetrabromid mit demselben anreichert. Nach einer Reaktionsdauer von 1 bis 2 Stunden hat sich auf den Werkstücken eine 10 bis 12 ,um dicke Titankarbid- schicht gebildet. Da sich die Zusammensetzung des Stahles und seine Feinkörnigkeit während der Beschich tung bei einer Temperatur von maximal 800 C nicht verändert haben, kann der Stahlkern der Achsen und Gegenlager anschliessend nachgehärtet werden. Dadurch wird die Titankarbidschicht schlagunempfindlich.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus har ten Karbiden, Boriden oder Siliziden von Metallen der <B>111.</B> bis VI. Gruppe des Periodischen Systems auf metal lischen oder nichtmetallischen Gegenständen, die nicht der Zeitmesstechnik dienen, wobei Halogenverbindun gen der entsprechenden Metalle in der Gasphase mit reduzierenden Gasen, welche Kohlenstoff, Bor bzw.Silizium in freier oder gebundener Form enthalten, bei erhöhter Temperatur umgesetzt werden und wobei die genannten Halogenide mit den genannten Gasen an den zu überziehenden Gegenständen zur Reaktion gebracht werden oder mit den zu überziehenden Gegenständen selbst reagieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reak tion unter 900 C und bei weniger als Atmosphären druck vorgenommen wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass man Titantetrachlorid und Wasserstoff im Gemisch mit wenigstens einem Kohlenwasserstoff als Ausgangsmaterial verwendet, um Überzüge aus Titan carbid herzustellen. 2.Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass man bei Temperaturen von 700 bis 900 C arbeitet. 3. Verfahren nach Unteranspuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einem Druck von 1 bis 100 Torr und einer Gesamtgasdurchlaufmenge von 1 bis 100 Nl/h arbeitet. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass man Halogenide des Bors, Titans, Zirkons, Vanadins, Niobs, Tantals, Chroms, Wolframs oder Molybd'äns als Ausgangsmaterial verwendet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH1390367A CH452205A (de) | 1966-06-27 | 1966-06-27 | Verfahren zur Herstellung von harten Überzügen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH1390367A CH452205A (de) | 1966-06-27 | 1966-06-27 | Verfahren zur Herstellung von harten Überzügen |
Publications (1)
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CH452205A true CH452205A (de) | 1968-05-31 |
Family
ID=4396329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CH1390367A CH452205A (de) | 1966-06-27 | 1966-06-27 | Verfahren zur Herstellung von harten Überzügen |
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CH (1) | CH452205A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0229282A1 (de) * | 1985-12-19 | 1987-07-22 | Fried. Krupp Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Formkörpers |
-
1966
- 1966-06-27 CH CH1390367A patent/CH452205A/de unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0229282A1 (de) * | 1985-12-19 | 1987-07-22 | Fried. Krupp Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Formkörpers |
DE3544975C1 (de) * | 1985-12-19 | 1992-09-24 | Krupp Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Formkoerpers |
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