CZ235198A3 - Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru - Google Patents

Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru Download PDF

Info

Publication number
CZ235198A3
CZ235198A3 CZ982351A CZ235198A CZ235198A3 CZ 235198 A3 CZ235198 A3 CZ 235198A3 CZ 982351 A CZ982351 A CZ 982351A CZ 235198 A CZ235198 A CZ 235198A CZ 235198 A3 CZ235198 A3 CZ 235198A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
boron
plasma
hydrogen
reaction gas
resistant
Prior art date
Application number
CZ982351A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ289443B6 (cs
Inventor
Hans-Jörg Dr. Hunger
Gunter Löbig
Gerhard Trute
Original Assignee
Bortec Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bortec Gmbh filed Critical Bortec Gmbh
Publication of CZ235198A3 publication Critical patent/CZ235198A3/cs
Publication of CZ289443B6 publication Critical patent/CZ289443B6/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/28Deposition of only one other non-metal element

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Synthetic Leather, Interior Materials Or Flexible Sheet Materials (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, oddolných vůči otěru.
Dosavadní stav techniky
Výroba boridových vrstev oddolných vůči otěru, se provádí v praxi většinou za použití pevných boračních materiálů, například ve formě prášků, past nebo granulátů.
Tyto způsoby vyžaduj í nevýhodně vysoké náklady na práci při balení, rozbalováni a čištění částí. Čištění se provádí pomocí kombinace mytí a kartáčování nebo tryskání. vzhledem k tomu, že prášky, pasty a granuláty jsou pouze jednou použitelné, vznikají problémy také při likvidaci spotřebovaného boračniho činidla.
Vedle toho je známé také použití kapalných boračních i činidel, například ve formě tavenin solí. Všechny tyto způsoby se však nedají provádět vzhledem k problémům, zásadně spojeným se solnými lázněmi se zřetelem na bezpečnost použití, čištění dílů po zpracování a likvidaci lázní, popřípadě jejich produktů odbourávání.
V souvislosti s tím byly prováděny různé pokusy boridace s plynnými boračními činidly (postup CVD). Při použití organických sloučenin boru (bortrimethyl, bortrialkyl) • · · · • ·
probíhá převážně nauhlíkováni namísto borace a při použití diboranu dochází k bezpečnostně technickým problémům kvůli jedovatosti a nebezpečí explose.
Použití chloridu boritého jako bor poskytujícího media se nemůže prosadit na základě provozních problémů při tvorbě vrstvy. Původem těchto problémů je tvorba chlorovodíku, nastávající při boraci ve směsích BC13-H2 .
Při boraci materiálů na basi železa pomoci chloridu boritého, probíhají následující základní reakce :
BC13 + 3 H2 + 2 Fe —> 2 FeB + 6 HCI
BC13 + 3 H2 + 4 Fe —> 2 Fe2B + 6 HCI
Plynný chlorovodík, vzniklý při boraci pomocí chloridu boritého, reaguje s železem podkladového materiálu za tvorby lehce těkavého chloridu železnatého :
HCI + Fe —> FeCl2
Chloridy železa mají při teplotách zpracování v rozmezí 500 °C až 1200 °C , přicházejících v úvahu při použití, vysoké tlaky par, takže dochází k trvalému silnému odpařování chloridů železa. To vede k torbě otvorů mezi boridovou vrstvou a podkladovým materiálem, což bylo j iž vytýkáno jako nedostatek při BCl3-postupu. Potlačení tvorby otvorů je pouze možné tehdy, když se podaří při počátku borace během krátkého času vyrobit těsně uzavřenou boridovou vrstvu. To je provozně technicky tak obtížné, že se to dosud spolehlivě a reprodukovatelně nepodařilo.
Vedle čistě termické varianty CVD-borace jsou známé také pokusy o boraci, podporovanou plasmou (PACVD-borace). Zde se používal pouze diboran a chlorid boritý s nevýhodami známými již z temického postupu CVD . Souhrn známých postupů se nachází v Review Engineering the Surface with Boron Based Materials, Surface Engineering 1985, Vol. 1, Nr. 3, str. 203-217 .
Úkolem předloženého vynálezu je vypracování způsobu výroby vůči otěru oddolných boridových vrstev na kovových materiálech, který by nebyl zatížen výše uváděnými nevýhodami .
Podstata vynálezu
Uvedený úkol byl podle předloženého vynálezu vyřešen vypracováním způsobu, jehož podstata spočívá v tom, že se jako nosič boru smísí alespoň jeden halogenid boru, zvolený ze skupiny zahrnující fluorid boritý, bromid boritý a jodid boritý, s vo- díkem a popřípadě argonem a/nebo dusíkem pro přípravu reakčního plynu, který obsahuje 1 až 35 % objemových halogenidu boru a takto získaná směs se pomocí plasmového výboje tak aktivuje, že se umožní přechod boru z plasmy na povrch kovu.
Reakční plyn může dodatečně obsahovat jako nosič boru chlorid boritý.
Výhodně obsahuje reakční plyn 5 až 20 % objemových halogenidu boru, obzvláště výhodně obsahuje 5 až 15 % objemových halogenidu boru.
Výhodně obsahuje reakční plyn 20 až 90 % objemových • · · · • · ·· ·· » · · « » · · · vodíku, obzvláště výhodně obsahuje 20 až 50 % objemových vodíku.
Výhodně obsahuje reakční plyn fluorid boritý.
Obzvláště výhodně se jako halogenid boru použije fluorid boritý.
Reakční plyn se do prostoru zpracování přivádí v množ ství výhodně 0,5 až 2 1 za minutu, obzvláště výhodně asi 1 1/min.
Borace se provádí výhodně za tlaku v rozmezí 0,1 až 1,0 kPa za působení plasmového výboje, jak je například známo ze zařízení pro potahování za působení plasmy.
Potřebné teploty zpracováni výhodně 400 °C až 1200 °C , obzvláště výhodně 850 °C až 950 °C se dosahují pomocí plasmy samotné, nebo především ve vysokoteplotní oblasti nad 900 °C za podpory dodatečného vytápění.
Výhodně činí doba zpracování 30 až 240 minut, obzvláště výhodně 30 až 120 minut.
Tloušťka boridové vrstvy se obvykle řídí dobou zpracování , přičemž se zvyšuj ící se dobou zpracování se také zvětšuje tloušťka vrstvy.
Jako další plyny může reakční plyn obsahovat ještě argon a/nebo dusík. Tím se dá řídit aktivita přenosu boru a dosáhne se dostatečného ohřátí vzorků plasmou. Složení reakčního plynu se tak může měnit v širokých mezích vždy podle podmínek zpracování a boridovaného materiálu.
• · · · • · • · ·
·· ··
Způsob podle předloženého vynálezu je vhodný obzvláště pro boraci železných materiálů.
Při způsobu podle předloženého vynálezu se pomocí plasmového výboje převedou molekuly vodíku, obsažené v reakčním plynu, na atomární vodík. Atomární vodík redukuje halogenid boru (BY3) a umožňuje tím přenos vodíku na povrch zpracovávaného materiálu. Tento přenos je možno znázornit pomocí následuj ícího reakčního schéma :
BY3 + 3 H -> B + 3 HY
Β + x Me -> ΜβχΒ
Je možné také převedení BY3 na BY2 pomocí plasmy, přičemž potom mohou probíhat následující reakce :
BY2 -> B + 2 BY3
B + x Me -> ΜβχΒ .
V návaznosti na boraci je možné podrobit boridovaný materiál následnému zpracování, aby se eventuelně vytvořený FeB přeměnil na Fe2B . Tohoto se může například dosáhnout procesem žíháni v návaznosti na zpracováni porací tak, že se ukončí přívod halogenidu boru a zpracovávaný materiál se ponechá ještě po určitou dobu při teplotě zpracování. Doba tohoto difusního zpracování se řídí podle množství přítomného FeB a činí obvykle 20 až 60 minut.
Provádění způsobu podle předloženého vynálezu může probíhat například v o sobě známém zařízení, vhodném pro potahování pomocí plasmy. Toto sestává v podstatě z následuj ících komponent :
- Z vakuového respicientu (reaktoru) pro podávání zpracovávaných dílů. Reaktor by měl být vyhřívatelný a měl by dovolovat práci při teplotě v rozmezí 400 °C až 1200 °C .
- Z čerpadlového systému pro evakuaci reaktoru a nastavení pracovního tlaku.
- Z plynem zásobující jednotky pro míšení a dávkování reakční směsi.
- Z napájení puls-plasma-proudem pro výrobu a udržení plasmového výboje ve vakuovém recipientu, přičemž použitý výkon může kolísat pulsní frekvencí, popřípadě pulsní šiří v širokém rozmezí.
- Ze systému neutralisace plynu a likvidace, jakož i systému pro řízení a kontrolu provozních parametrů, které průběh procesu řídí a kontrolují.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Po vnesení vzorku z oceli 100Cr6 do reaktoru se provede zahřátí v plasmě stejnosměrného slídového výboje konstantní pulsní frekvence (4 kHz) za tlaku 1,0 kPa. Zahřátí vzorku se provádí přídavně přes vyhřívání reaktoru, čímž se doba zahřívání zkrátí. Zahřívání a ochlazování vzorku se provádí ve směsi argonu a vodíku 1:1. Po dosažení teploty zpracování 850 °C se nosič boru fluorid boritý přidává tak, aby vznikla reakční směs o složení 45 % • ·
Ί
objemových vodíku, 40 % objemových argonu a 15 % objemových fluoridu boritého. Plynná směs se do recipientu přivádí v množství 1 1/min . Doba zpracování plasmou činí 200 minut.
Při metalografickém výbrusu se zjistila boridová vrstva o střední tloušťce 42 μπι . Mikrotvrdost je okolo 1800 HVq Vrstva neobsahuje FeB .
Příklad 2
Po vnesení vzorku z Hastelloy B do reaktoru se provádí zahřívání v plasmě stejnosměrného slídového výboje konstantní pulsní frekvence (4 kHz) . Pomocí plasmového výboje při 1,0 kPa se vzorek zahřeje na teplotu 850 °C . Hustota energie se řídí přes pulsní šíři. Zahřátí vzorku se provádí výhradně přes slídový výboj. Zahřátí a ochlazení vzorku se provádí ve směsi argonu a vodíku 1:1. Po dosažení teploty zpracováni se nosič boru fluorid boritý přidává tak, aby vznikla reakční směs o složení 45 % objemových vodíku, 45 % objemových argonu a 10 % objemových fluoridu boritého. Plynná směs se přivádí do recipientu v množství 1 1/min. Doba zpracování činí 240 minut.
Při metalografickém výbrusu se zjistila boridová vrstva o střední tloušťce 50 μπι . Mikrotvrdost je okolo 2400 HVo>o5.

Claims (6)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, oddolných vůči otěru, vyznačující se tím, že se jako nosič boru smísí alespoň jeden halogenid boru, zvolený ze skupiny zahrnující fluorid boritý, bromid boritý a jodid boritý, s vodíkem a popřípadě argonem a/nebo dusíkem pro přípravu reakčního plynu, který obsahuje 1 až 35 % objemových halogenidu boru a takto získaná směs se pomocí plasmového výboje tak aktivuje, že se umožní přechod boru z plasmy na povrch kovu.
  2. 2. Způsob podle nároku 1 , vyznačující se tím, že se jako nosič boru použije fluorid boritý.
  3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2 , vyznačující se tím, že reakční plyn obsahuje 20 až 90 % objemových vodíku.
  4. 4. Způsob podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se reakční plyn přivádí do prostoru zpracování v množství 0,5 až 2 1 za minutu.
    • ·
  5. 5. Způsob podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se reakce provádí při teplotě v rozmezí 400 °C až 1200 °C .
  6. 6.
    v y z činí
    Způsob podle jednoho nebo několika načující se tím, že 30 až 240 minut.
    z nároků 1 až 5,
CZ19982351A 1996-01-25 1997-01-23 Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru CZ289443B6 (cs)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19602639A DE19602639A1 (de) 1996-01-25 1996-01-25 Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Boridschichten auf metallischen Werkstoffoberflächen
PCT/EP1997/000298 WO1997027345A1 (de) 1996-01-25 1997-01-23 Verfahren zur herstellung von verschleissfesten boridschichten auf metallischen werkstoffoberflächen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ235198A3 true CZ235198A3 (cs) 1999-08-11
CZ289443B6 CZ289443B6 (cs) 2002-01-16

Family

ID=7783662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ19982351A CZ289443B6 (cs) 1996-01-25 1997-01-23 Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP0876516B1 (cs)
JP (1) JP3222144B2 (cs)
AT (1) ATE193334T1 (cs)
CA (1) CA2244248C (cs)
CZ (1) CZ289443B6 (cs)
DE (2) DE19602639A1 (cs)
HU (1) HUP9900939A3 (cs)
PL (1) PL181781B1 (cs)
SK (1) SK282806B6 (cs)
WO (1) WO1997027345A1 (cs)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1143031A3 (de) * 1997-12-15 2004-04-28 Volkswagen AG Plasmaborierung
DE19842515C1 (de) * 1998-09-17 2000-04-20 Sabine Boehm Verfahren zur Oberflächenbehandlung metallischer Werkstoffe
DE19845463A1 (de) * 1998-10-02 2000-04-06 Stiftung Inst Fuer Werkstoffte Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Boridschichten
CZ305986B6 (cs) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky
CZ305985B6 (cs) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Vodicí kladky z tvrzené oceli pro tažení drátu
CN110512170A (zh) * 2019-10-12 2019-11-29 河海大学常州校区 一种钛合金渗硼方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677799A (en) * 1970-11-10 1972-07-18 Celanese Corp Vapor phase boron deposition by pulse discharge
JPH07286254A (ja) * 1994-04-21 1995-10-31 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐二次加工脆性に優れた鋼板およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE59701754D1 (de) 2000-06-29
HUP9900939A2 (hu) 1999-07-28
SK282806B6 (sk) 2002-12-03
PL181781B1 (pl) 2001-09-28
ATE193334T1 (de) 2000-06-15
HUP9900939A3 (en) 2001-01-29
PL328200A1 (en) 1999-01-18
DE19602639A1 (de) 1997-07-31
EP0876516A1 (de) 1998-11-11
CA2244248C (en) 2001-11-20
SK101298A3 (en) 1998-12-02
JP3222144B2 (ja) 2001-10-22
EP0876516B1 (de) 2000-05-24
CA2244248A1 (en) 1997-07-31
CZ289443B6 (cs) 2002-01-16
JPH11507993A (ja) 1999-07-13
WO1997027345A1 (de) 1997-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Archer The plasma-assisted chemical vapour deposition of TiC, TiN and TiCxN1− x
KR101631855B1 (ko) 확산 아연 코팅 방법
Kulka et al. Trends in thermochemical techniques of boriding
JPS62294160A (ja) 反応性気体プラズマ中での材料の熱化学的表面処理方法
Detroye et al. Synthesis and characterisation of chromium carbides
AU2011331909B2 (en) Surface treatment of metal objects
KR100252406B1 (ko) 표면처리방법
US6090223A (en) Chromium nitride film and method for forming the same
JP5431348B2 (ja) 高速電気分解プロセスを用いた被覆のホウ素化のための方法
CZ235198A3 (cs) Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru
IL144500A0 (en) A method for coating a substrate using a medium temperature chemical vapor deposition process
US6306225B1 (en) Process for producing wear-resistant boride layers on metallic material surfaces
Wierzchon The role of glow discharge in the formation of a boride layer on steel in the plasma boriding process
US5580397A (en) Carbide and carbonitride surface treatment method for refractory metals
CA2623650A1 (en) Plasma boriding method
CA1128378A (en) Process for producing vanadium carbide layers on iron
SU1145051A1 (ru) Способ получени диффузионных покрытий
Reynoldson Advances in surface treatments using fluidised beds
KR940003096B1 (ko) 금속표면의 탄화물 형성 처리제 및 표면 경화처리방법
JPH0240735B2 (ja) Tetsuutansogokinseihinnikakusantankabutsuhifukubutsuofuchakusuruhoho
JPS6350456A (ja) アルミニウム材の表面処理方法
SU1089170A1 (ru) Способ нанесени карбидных покрытий на поверхность изделий из низкоуглеродистых сталей
KR920004014B1 (ko) 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제와 붕소화 침투표면 처리방법
RU2156320C1 (ru) Способ получения высокопрочных и износостойких покрытий на изделиях из тугоплавких металлов и их сплавов
EP0930377A1 (en) Bonding diamond to substrate

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20100123