CZ289443B6 - 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
CZ289443B6
CZ289443B6 CZ19982351A CZ235198A CZ289443B6 CZ 289443 B6 CZ289443 B6 CZ 289443B6 CZ 19982351 A CZ19982351 A CZ 19982351A CZ 235198 A CZ235198 A CZ 235198A CZ 289443 B6 CZ289443 B6 CZ 289443B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
boron
hydrogen
volume
gas
reaction gas
Prior art date
Application number
CZ19982351A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ235198A3 (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)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Synthetic Leather, Interior Materials Or Flexible Sheet Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

P°i zp sobu v²roby boridov²ch vrstev se jako nosi boru sm s plynn² fluorid borit² s plynn²m vod kem a pop° pad argonem a/nebo dus kem pro p° pravu reak n ho plynu, kter² obsahuje 1 a 35 % objemov²ch fluoridu borit ho, 20 a 90 % objemov²ch vod ku a jako dopln k do 100 % argon a/nebo dus k a v takto z skan m reak n m plynu se za tlaku v rozmez 0,1 a 1,0 kPa pomoc pulzn ho plazmov ho v²boje p°i teplot v rozmez 700 .degree.C a 950 .degree.C p°evede molekul rn vod k na atom rn vod k a tento redukuje fluorid borit² a t m se umo n p°echod boru z plazmy na povrh kovu, do kter ho bor difunduje a vytv ° vrstvu ot ruvzdorn ho boridu kovu.\

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru.
Dosavadní stav techniky
Výroba boridových vrstev odolných vůči otěru se provádí v praxi většinou za použití pevných boridačních materiálů, například ve formě prášků, past nebo granulátů.
Tyto způsoby vyžadují nevýhodně vysoké náklady na práci při balení, rozbalování a čištění částí. Čistění se provádí pomocí kombinace mytí a kartáčování nebo tryskání. Vzhledem ktomu, že prášky, pasty a granuláty jsou pouze jednou použitelné, vznikají problémy také při likvidaci spotřebovaného boridačního činidla.
Vedle toho je známé také použití kapalných boridačních 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 s čištěním dílů po zpracování a likvidací lázní, popřípadě odbouráváním jejich produktů.
V souvislosti s tím byly prováděny různé pokusy boridace s plynnými boridačními činidly (postup CVD). Při použití organických sloučenin boru (bortrimethyl, bortrialkyl) probíhá převážně nauhlíkování namísto boridace a při použití diboranu dochází k bezpečnostně technickým problémům kvůli jedovatosti a nebezpečí exploze.
Použití chloridu boritého jako bor poskytujícího média se nemůže prosadit na základě provozních problémů při tvorbě vrstvy. Původem těchto problémů je tvorba chlorovodíku, nastávající při boridaci ve směsích BCI3-H2.
Při boridaci materiálů na bázi železa pomocí chloridu boritého probíhají následující základní reakce:
BC13 + 3 H2 + 2 Fe----> 2 FeB + 6 HC1
BC13 + 3 H2 + 4 Fe----> 2 Fe2B + 6 HC1.
Plynný chlorovodík, vzniklý při boridaci pomocí chloridu boritého, reaguje s železem podkladového materiálu za tvorby lehce těkavého chloridu železnatého:
2HC1 +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 tvorbě otvorů mezi boridovou vrstvou a podkladovým materiálem, což bylo již vytýkáno jako nedostatek při BCl3-postupu. Potlačení tvorby otvorů je možné pouze tehdy, když se podaří při počátku boridace 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-boridace jsou známé také pokusy o boridaci, podporovanou plazmou (PACVD-boridace). Zde se používal pouze diboran a chlorid boritý s nevýhodami, zná
- 1 CZ 289443 B6 mými již ztemického 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 odolných boridových vrstev na kovových materiálech, kteiý 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 plynný fluorid boritý s plynným vodíkem a popřípadě argonem a/nebo dusíkem pro přípravu reakčního plynu, který obsahuje 1 až 35 % objemových fluoridu boritého, 20 až 90 % objemových vodíku a jako doplněk do 100 % argon a/nebo dusík a v takto získaném reakčním plynu se za tlaku v rozmezí 0,1 až 1,0 kPa pomocí pulzního plazmového výboje při teplotě v rozmezí 700 °C až 950 °C převede molekulární vodík na atomární vodík a tento redukuje fluorid boritý a tím se umožní přechod boru z plazmy na povrchu kovu, do kterého bor difunduje a vytváří vrstvu otěruvzdomého boridu kovu.
Výhodně obsahuje reakční plyn 5 až 20 % objemových fluoridu boritého, obzvláště výhodně obsahuje 5 až 15 % objemových fluoridu boritého.
Výhodně obsahuje reakční plyn 20 až 50 % objemových vodíku.
Reakční plyn se do prostoru zpracování přivádí v množství výhodně 0,5 až 2 1 za minutu, obzvláště výhodně asi 1 1/min.
Boridace se provádí výhodně za tlaku v rozmezí 0,1 až 1,0 kPa za působení plazmového výboje, jak je například známo ze zařízení pro potahování za působení plazmy.
Potřebné teploty zpracování se dosahují pomocí plazmy 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 zvyšující 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 plazmou. 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 boridaci železných materiálů.
Při způsobu podle předloženého vynálezu se pomocí plazmového 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 následujícího reakčního schématu:
Je možné také převedení BY3 na BY2 pomocí plazmy, přičemž potom mohou probíhat následující reakce:
-2CZ 289443 B6 ι
BY2-->B + 2BY3
B + x Me---> MexB.
V návaznosti na boridaci je možné podrobit boridovaný materiál následnému zpracování, aby se eventuálně vytvořený FeB přeměnil na Fe2B. Tohoto se může například dosáhnout procesem žíhání v návaznosti na zpracování boridaci tak, že se ukončí přívod halogenidu boru a zpracovávaný materiál se ponechá ještě po určitou dobu při teplotě zpracování. Doba tohoto difuzního 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 plazmy. Toto sestává v podstatě z následujících komponent:
-Zvakuového repicientu (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 pulzním proudem plazmy pro výrobu a udržení plazmového výboje ve vakuovém recipientu, přičemž použitý výkon může kolísat pulzní frekvencí, popřípadě pulzní šíří v širokém rozmezí.
- Ze systému neutralizace 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, sestávající z 0,9 % hmotn. C, 1,4 % hmotn. Cr, 0,3 % hmotn. Mn, 0,25% hmotn. Si a zbytek tvoří železo (číslo materiálu 1.3505) do reaktoru se provede zahřátí v plazmě stejnoměrného doutnavého výboje konstantní pulzní 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% objemových vodíku, 40% objemových argonu a 15 % objemových fluoridu boritého. Plynná směs se do recipientu přivádí v množství 11/min. Doba zpracování plazmou činí 200 minut.
Při metalografickém výbrusu se zjistila boridová vrstva o střední tloušťce 42 pm. Mikrotvrdost je okolo 1800 HVo.05 (Vickersových jednotek). Vrstva neobsahuje FeB.
Příklad 2
Po vnesení vzorku z Hastellovy B o složení 1,25 % hmotn. Co, 28 % hmotn. Mo, 5,5 % hmotn. Fe a 64 % hmotn. Ni (číslo materiálu je 2.4800) do reaktoru se provádí zahřívání v plazmě stejnosměrného doutnavého výboje konstantní pulzní frekvence (4 kHz). Pomocí plazmového výboje při 1,0 kPa se vzorek zahřeje na teplotu 850 °C. Hustota energie se řídí přes pulzní šíři. Zahřátí vzorku se provádí výhradně přes doutnavý výboj. Zahřátí a ochlazení vzorku se provádí
-3CZ 289443 B6 ve směsi argonu a vodíku 1 : 1. Po dosažení teploty zpracování se nosič boru fluoridu 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/min. Doba zpracování činí 240 minut.
Při metalografickém výbrusu se zjistila boridová vrstva o střední tloušťce 50 pm. Mikrotvrdost je okolo 2400 HVo.oj.

Claims (3)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru, vyznačující se tím, že se jako nosič boru smísí plynný fluorid boritý splynným vodíkem a popřípadě argonem a/nebo dusíkem pro přípravu reakčního plynu, který obsahuje 1 až 35 % objemových fluoridu boritého, 20 až 90 % objemových vodíku a jako doplněk do 100 % argon a/nebo dusík a v takto získaném reakčním plynu se za tlaku v rozmezí 0,1 až 1,0 kPa pomocí pulzního plazmového výboje při teplotě v rozmezí 700 °C až 950 °C převede molekulární vodík na atomární vodík a tento redukuje fluorid boritý a tím se umožní přechod boru z plazmy na povrch kovu, do kterého bor difunduje a vytváří vrstvu otěruvzdomého boridu kovu.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se reakční plyn přivádí do prostoru zpracování v množství 0,5 až 2 1 za minutu.
  3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že doba zpracování činí 30 až 240 minut.
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 CZ235198A3 (cs) 1999-08-11
CZ289443B6 true 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)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305985B6 (cs) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Vodicí kladky z tvrzené oceli pro tažení drátu
CZ305986B6 (cs) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1198953C (zh) 1997-12-15 2005-04-27 大众汽车有限公司 通过等离子硼化在表面上生成硼化层的方法
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
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305985B6 (cs) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Vodicí kladky z tvrzené oceli pro tažení drátu
CZ305986B6 (cs) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky

Also Published As

Publication number Publication date
ATE193334T1 (de) 2000-06-15
CZ235198A3 (cs) 1999-08-11
JPH11507993A (ja) 1999-07-13
WO1997027345A1 (de) 1997-07-31
EP0876516A1 (de) 1998-11-11
PL181781B1 (pl) 2001-09-28
SK282806B6 (sk) 2002-12-03
HUP9900939A3 (en) 2001-01-29
EP0876516B1 (de) 2000-05-24
CA2244248C (en) 2001-11-20
CA2244248A1 (en) 1997-07-31
JP3222144B2 (ja) 2001-10-22
DE19602639A1 (de) 1997-07-31
SK101298A3 (en) 1998-12-02
DE59701754D1 (de) 2000-06-29
HUP9900939A2 (hu) 1999-07-28
PL328200A1 (en) 1999-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kulka Trends in thermochemical techniques of boriding
CN102471864B (zh) 一种在渗碳、渗氮和/或氮碳共渗之前活化钝态铁的或者非铁的金属制品的方法
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
CN116479366B (zh) 自钝化金属的化学活化
US6090223A (en) Chromium nitride film and method for forming the same
US20130299047A1 (en) Surface treatment of metal objects
EP0551702B1 (en) Method of nitriding nickel alloy
CZ289443B6 (cs) Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru
US6306225B1 (en) Process for producing wear-resistant boride layers on metallic material surfaces
JPS6035989B2 (ja) ガスによる鋼のクロマイジング方法に関する改良
AU2006294993B2 (en) Plasma boriding method
US5580397A (en) Carbide and carbonitride surface treatment method for refractory metals
Kulka Trends in physical techniques of boriding
JP2002508448A (ja) プラズマ硼化処理
Branzei et al. Non-toxic environment for ferritic nitrocarburising process
Reynoldson Advances in surface treatments using fluidised beds
JP2006206959A (ja) アルミニウム合金の窒化方法
SU1145051A1 (ru) Способ получени диффузионных покрытий
EP0059803B1 (en) A process for case hardening steel
JPS6070169A (ja) 耐摩耗性のホウ化物層を無電流でつくるための塩浴
JPS6350456A (ja) アルミニウム材の表面処理方法
KR940003096B1 (ko) 금속표면의 탄화물 형성 처리제 및 표면 경화처리방법
RU2156320C1 (ru) Способ получения высокопрочных и износостойких покрытий на изделиях из тугоплавких металлов и их сплавов
Bohm Surface Hardening Methods and Their Application in Materials Technology and Tribology.--III
JP2664276B2 (ja) 金属表面硬化方法

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