DD156718A1

DD156718A1 - Verfahren zur erzeugung nitridhaltiger schichten auf passiven metallen

Info

Publication number: DD156718A1
Application number: DD22798681A
Authority: DD
Inventors: Werner Schroeter; Klaus Ibendorf; Guenter Pursche; Siegfried Steinhaeuser
Original assignee: Werner Schroeter; Klaus Ibendorf; Guenter Pursche; Siegfried Steinhaeuser
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1981-03-03
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Die Erzeugung definiert reproduzierbarer und technisch brauchbarer nitridhaltiger Schichten in dafuer ueblichen, vorwiegend gasfoermigen Reaktionsmedien auf passiven Metallen und Legierungen, insbesondere auf rost-, saeure- und zunderbestaendigen Staehlen, wird durch vorheriges vollstaendiges oder partielles Aufbringen eines organischen oder anorganisch-nichtmetallischen Ueberzuges erreicht, der bis zum oder bei Erreichen der Reaktionsbedingungen der Nitrierbehandlung in die Gasphase uebergeht und dabei eine Mikroatmosphaere erzeugt, die entpassivierend wirkende Stoffe, vorwiegend Halogenidionen, enthaelt. Die Erfindung kann vorzugsweise im Zusammenwirken mit allen bekannten Gasnitrierverfahren zur Anwendung gelangen, um bei Bauteilen oder Werkzeugen aus passiven Metallen und Legierungen, insbesondere aus rost-, saeure- und zunderbestaendigen Staehlen, den Prozess der gezielten Veraenderung der Oberflaecheneigenschaften durch die Erzeugung nitridhaltiger Schichten zu ermoeglichen oder stark zu beschleunigen.

Description

Verfahren zur Erzeugung nitridhaltiger Schichten auf passiven Metallen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung nitridhalt iger Schichten in vorwiegend gasförmigen Reaktionsmedien auf Bauteilen und Werkzeugen aus passiven Metallen und Legierungen, insbesondere aus rost-, säure- und zunderbeständigen Stählen, zur Verbesserung bestimmter Gebrauchseigenschaften, wie die Erhöhung von Oberflächenhärte, Verschleißwiderstand und Dauerfestigkeit.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Entpassivierung der Oberflächen als Voraussetzung für die Erzeugung definierter nitridhaltiger Schichten in dafür üblichen Gasatmosphären auf passiven Eisenlegierungen durch entpassivierend wirkende Zusätze oder / und· Zugabe von Katalysatoren zur Nitrieratmosphäre oder durch spezielle thermische oder / und chemische Regimes ist bereits eine Reihe von Möglichkeiten bekannt (DE-OS 1229814; DE-OS 1521139; DE-OS 1521162; DE-OS 1621216; DE-OS 1933439; DE-OS 2658174; DD-WP 115363).

Die technischen, technologischen und ökonomischen Nachteile dieser Möglichkeiten zur Beseitigung der hemmend auf den Nitrierprozeß wirkenden stabilen Passivschichten ergeben sich vor allem dadurch, daß die Wirksamkeit solcher Verfahren als Voraussetzung für die Erzeugung defi-

niert reproduzierbarer und technisch brauchbarer nitridhaltiger Schichten stark durch den Charakter und die Stabilität der vorhandenen Passivschicht bestimmt wird, во daß der den Schichtbildungs- und -Wachstumsprozeß bestimmende Stoffübergang gegebenenfalls unkontrollierbar gehemmt wird oder / und ungleichmäßig erfolgt. Durch die Veränderung der gesamten Nitrieratmosphäre treten außerdem unerwünschte Nebenwirkungen auf, die unter anderem zu einer verkürzten Lebensdauer der Behandlungsaniage führen. Von Nachteil ist ebenfalls, daß für die Mehrzahl dieser Verfahren eine komplizierte, zeit- und energieaufwendige Prozeßführung erforderlich ist.

Weiterhin sind Maßnahmen bekannt, die durch einen der Gasnitrierbehandlung vorausgehenden eigenständigen Arbeitsgang die passive Metalloberfläche in einen geeigneten Zustand überführen sollen, wie zum Beispiel die mechanische Bearbeitung (Coppola, V.J.: Metal Progress Vol. 80 Ur. 1, S. 83), das Beizen (DRP 599506), die Behandlung im Salzbad (DE-OS 1275336). Ein gemeinsamer Nachteil dieser Verfahren besteht in der unkontrollierbaren Neubildung der Passivschichten, die je nach Metall oder Legierung innerhalb von Mikrosekunden bei Kontakt mit Sauerstoff oder säuerstoffhaltigen Medien erfolgen kann.

Beim Aufbringen von metallischen Überzügen (zum Beispiel Kupfer - Jones, B.: Stahl und Eisen 58(1938) S. 40) zum Schutz vor Wiederpassivierung wird das Behandlungsergebnis vom Grad der Behinderung des StoffÜbergangs durch diesen Überzug bestimmt. Bei Behandlungsbedingungen beständige metallische Überzüge müssen in der Regel nach der Nitrierbehandlung wieder entfernt werden. Die Verwendung von Metallüberzügen, die bei Behandlungsbedingungen verdampfen (zum Beispiel Zink - SU-PS 545696), führt zu metallischen Ablagerungen in Retorte und Abgasleitungen und somit zur Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit ила Sicherheit der Behandlungsanlage.

Die DD-ErfindungsbeSchreibung Aktenzeichen-Nr. C 23 c/223710 betrifft ein Verfahren, bei dem die Oberfläche passiver Me-

talle und Legierungen durch Konversionsbeschichtung vollständig oder partiell in einen für die thermo-chemische Behandlung geeigneten Zustand überführt wird. Ein besonderer lachteil ergibt eich hierbei durch zusätzlich notwendige Behandlungsschritte, wie zum Beispiel das Spülen, die Abwasserbehandlung, das Regenerieren des Wirkmediums. Bei der partiellen Behandlung ergeben sich Nachteile durch den Aufwand, der für das Abdecken der nicht mit der Konversionsschicht zu versehenen Oberflächenbereiche und das \7 ie de rent fernen der Abdeckung notwendig ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das mit geringem verfahrenstechnologischen und anlagentechnischen Aufwand bei vorgegebenen Reaktionsbedingungen die Erzeugung definierter nitridhaltiger Schichten in vorwiegend gasförmigen Reaktionsmedien auf passiven Metallen und Legierungen, insbesondere auf rost-, eäure- und zunderbeständigen Stählen, ermöglicht oder stark beschleunigt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Oberfläche passiver Metalle und Legierungen, insbesondere rost-, säure- und zunderbeständiger Stähle, in einen Zustand zu versetzen, der die Erzeugung definierter nitridhaltiger Schichten in vorwiegend gasförmigen Reaktionsmedien ermöglicht oder stark beschleunigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die passive Metalloberfläche vor der Hitrierbchandlung vollständig oder partiell mit einem organischen oder anorganisch-nichtmetallischen Überzug versehen wird, der bis zum oder bei Erreichen der Reaktionsbedingungen der Uitrierbehandlung entpassivierende Stoffe, vorwigend Halogenidionen, freisetzt und dabei in die Gasphase übergeht.

Die Vorteile des Verfahrens bestehen darin, daß der Über-

zug mit geringem verfahrenstechnologischen und anlagentechnischen Aufwand in kurzer Zeit wahlweise durch Tauchaufbringen, Aufgießen (Fluten), Aufspritzen, Aufrollen, -walzen, -streichen oder ähnliche Verfahren unter Verbrauch sehr geringer Mengen Wirkmedium vollständig oder partiell unbegrenzt lange vor der Hitrierbehandlung auf der passiven Metalloberfläche erzeugt werden kann. Die notwendige Wirksamkeit der Entpassivierung wird durch den Anteil der im Überzug enthaltenen oder durch Reaktion entstehenden entpassivierenden Komponenten eingestellt.

Die Entpaösivierung der Oberfläche erfolgt im Reaktionsraum dadurch, daß der Überzug bei den llitrierbehandlungsbedingungen zersetzt wird, wobei eine entpassivierende, vorwiegend Halogenidionen enthaltene, Mikroatmosphäre erzeugt und wirksam wird.

Der Überzug kann außerdem Verbindungen enthalten, die durch Reaktionen Stoffpotentiale bilden und somit als Diffusionselemente an der Bildung der nitridhaltigen Schichten beteiligt sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1

Die Oberfläche eines auf Verschleiß beanspruchten Bauteils aus dem martensitischen rostbeständigen Stahl X20Cr13 wird durch Tauchen in eine wäßrige Lösung beschichtet, die Gramm pro Liter Ammoniumchlorid und 48 Gramm pro Liter Zinkchlorid enthält und eine Temperatur von 95 ⁰C besitzt. Uach einer anschließenden Gasnitrierbehandlung in Ammoniak von 32 h bei 530 ⁰C wurden im Ergebnis der Aufnahme von Härte-Tiefe-Verläufen folgende Werte ermittelt:

Werkstoff: X20Cr13 vergütet

ohne Überzug mit Überzug Nitrierhärtetiefe

(Kernhärte plus 50 HV 0,1) in /um 58 295

Beispiel 2

Auf die Oberfläche eines auf Verschleiß und Dauerfestigkeit beanspruchten Bauteils aus dem austenitischen rost- und säurebeständigen Stahl X8GrlJiTi18.10 wird durch pneumatisches Aufspritzen partiell eine dichlormethan-aceton-haltige Polyvinylchloridlösung aufgebracht, die kurzzeitig zur Bildung eines festhaftenden Polyvinylchloridüberzuges führt. Hach einer anschließenden Gaskabonitrierbehandlung in Ammoniak plus Stadtgas (Leuchtgas) im Mischungs-Verhältnis 5:1 von б h bei 550 ⁰C wurden im Ergebnis der Oberflächenhärtemessung und der Aufnahme von Härte-Tiefe-Verläufen folgende Kennwerte ermittelt:

Werkstoff: X8CrUiTi18.10

ohne Überzug mit Überzug

Oberflächenhärte HV 0,3 312 1290

Mtrierhärtetiefe (Kernhärte plus 50 HV 0,1) in /um - 110

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Erzeugung nitridhaltiger Schichten auf passiven Metallen und Legierungen in vorwiegend gasförmigen Reaktionsmedien, gekennzeichnet dadurch, daß vor der thermo-chemischen Behandlung ein organischer oder anorganisch-nichtmetallischer Überzug vollständig "*oder partiell auf die passive Metalloberfläche aufgebracht wird, der bis zum oder bei Erreichen der Reaktionsbedingungen der thermo-chemischen Behandlung entpassivierende Stoffe, vorwiegend Halogenidionen, freisetzt und dabei in die Gasphase übergeht.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die notwendige Wirksamkeit der Entpassivierung (Entpassivierungsintensität) durch den Anteil der im Überzug enthaltenen oder durch Reaktion entstehenden entpassivierenden Komponenten eingestellt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Überzug Elemente und Verbindungen enthält, die an der Bildung nitridhaltiger Schichten beteiligt sind.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Überzug durch an sich bekannte Auftragsverfahren, vorzugsweise durch Tauchen, Spritzen, Streichen, aufgebracht wird.