DD225454A1 - PROCESS FOR PREPARING BORIDIAL LAYERS ON IRON MATERIALS - Google Patents

PROCESS FOR PREPARING BORIDIAL LAYERS ON IRON MATERIALS Download PDF

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DD225454A1
DD225454A1 DD26130884A DD26130884A DD225454A1 DD 225454 A1 DD225454 A1 DD 225454A1 DD 26130884 A DD26130884 A DD 26130884A DD 26130884 A DD26130884 A DD 26130884A DD 225454 A1 DD225454 A1 DD 225454A1
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bci
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temperature
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oven
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Bernd Ritzel
Wolfgang Wagner
Guenter Marx
Gerd Bochmann
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Karl Marx Stadt Tech Hochschul
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen. Die Anwendungsgebiete der Erfindung finden sich im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau sowie im Fahrzeugbau zur Loesung von Verschleissproblemen. Die Erfindung hat das Ziel, die Oberflaechenguete von Boridschichten und ihre gleichmaessige Ausbildung zu verbessern sowie die Neigung zum Abplatzen und den Angriff auf die Eisenwerkstoffe durch das Boriergemisch zu verbessern. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe unter Verwendung eines Gasstromes, der H2 und 1-5 Vol.-% BCl3 enthaelt, bei Atmosphaerendruck oder vermindertem Druck dadurch geloest, dass bei einer Temperatur kleiner als 1 050 K die Teile aus Eisenwerkstoffen solange boriert werden, bis sich eine geschlossene Boridschicht gebildet hat. Darauffolgend wird bei Temperaturen zwischen 1 100 bis 1 300 K bis zur gewuenschten Endschichtdicke weiterboriert.The invention relates to a process for producing boride layers on iron materials. The fields of application of the invention can be found in textile, heavy and general engineering as well as in vehicle construction for the solution of wear problems. The object of the invention is to improve the surface properties of boride layers and their uniform formation, as well as to improve the tendency for the boron mixture to chip off and attack the ferrous materials. According to the invention, the object is achieved by using a gas stream containing H2 and 1-5 vol .-% BCl3, dissolved at atmospheric pressure or reduced pressure that at a temperature of less than 1 050 K, the parts of iron materials are borated until a closed Boridschicht has formed. Subsequently, at temperatures between 1100 and 1300 K, boron is further borated to the desired final layer thickness.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen, vorzugsweise auf Werkzeugen und Konstruktionsteilen. Die Erfindung findet vor allem zur Lösung von Verschleißproblemen im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau sowie im Fahrzeugbau Anwendung.The invention relates to a process for producing boride layers on iron materials, preferably on tools and structural parts. The invention finds above all the solution of wear problems in textile, heavy and general engineering and in vehicle application.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß durch Verwendung von Trichlorboran (BCI3) im Gemisch mit Wasserstoff oder im Gemisch mit Wasserstoff und einem Inertgas, z. B. Stickstoff oder Argon, bei Temperaturen von 870 K bis 1400 K Boridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Die vorgeschlagenen Anteile an BCI3 liegen im Bereich von 1 Vol.-% bis 25Vol.-% BCI3. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung in mehreren Stufen durchgeführt werden kann, wie es z. B. in JP 7618946 beschrieben ist. Die Borierung wird bei einer Temperatur von ca. 970K begonnen und nachfolgend durch eine Wärmebehandlung bei höherer Temperatur unterbrochen und es erfolgt eine Fortsetzung der Borierung bei dieser Temperatur, was insgesamt einen erhöhten Energieaufwand bedeutet. Es sind weiterhin Verfahren bekannt, die andere Stoffe dem Boriergemisch zusetzen, wie z. B. in DD-WP 139602 TiCI4, SnCI4 u. a., oder der Zusatz von HCl in DE-OS 3139462, was einen erhöhten Regel- und Dosieraufwand bedeutet. Die genannten Verfahren haben den Nachteil, daß der Substratwerkstoff durch das Boriergemisch angegriffen wird, was die Gebrauchseigenschaften der Boridschicht herabsetzt.It is known that by using trichloroborane (BCI3) in admixture with hydrogen or in admixture with hydrogen and an inert gas, for. As nitrogen or argon, at temperatures of 870 K to 1400 K boride layers on iron materials can be produced. The proposed levels of BCI3 range from 1% to 25% BCI3 by volume. It is also known that the boration can be carried out in several stages, as z. As described in JP 7618946. The boration is started at a temperature of about 970 K and subsequently interrupted by a heat treatment at a higher temperature and there is a continuation of the boron at this temperature, which means an overall increased energy expenditure. There are also known processes that add other substances to the boriding mixture, such as. B. in DD-WP 139602 TiCI4, SnCI4 u. a., Or the addition of HCl in DE-OS 3139462, which means an increased control and Dosieraufwand. The said processes have the disadvantage that the substrate material is attacked by the boriding mixture, which reduces the service properties of the boride layer.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, die Oberflächengüte von Boridschichten und ihre gleichmäßige Ausbildung zu verbessern sowie die Neigung zum Abplatzen und den Angriff auf die Eisenwerkstoffe bei der Verwendung von BCI3-H2-Gemischen bzw. BCI3-H2-Inertgas-Gemischen zu vermindern sowie die Behandlungszeiten zu verringern.The invention aims to improve the surface quality of boride layers and their uniform formation and to reduce the tendency to flake off and attack on the iron materials when using BCI3-H2 mixtures or BCI3-H2-inert gas mixtures and the treatment times to reduce.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen zu entwickeln, mit dem gleichmäßigen Boridschichten hoher Oberflächengüte mit verminderter Abplatzneigung bei vermindertem Angriff auf die Eisenwerkstoffe realisiert werden.The invention has for its object to develop a process for the production of boride layers on ferrous materials, can be realized with the uniform Boridschichten high surface quality with reduced Abplatzneigung with reduced attack on the iron materials.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren sowie eines Gasstromes, bestehend aus H2 bzw. H2 und N2 und/oder Ar mit 1 Vol.-% bis 5 Vol.-% BCI3, bei Atmosphärendruck oder vermindertem Druck dadurch gelöst, daß bei einer Temperatur kleiner als 1050K Teile aus Eisenwerkstoffen solang in dem Ofen boriert werden, bis sich eine geschlossene 5μΐτι bis 20μηη starke Boridschicht gebildet hat. Darauffolgend wird dieTemperatur im gleichen Gasgemisch auf 1100K bis 1300K erhöht und bis zum Erreichen einer gewünschten Endschichtdicke gehalten. Danach werden die Teile in BCI3-freiem H2 oder N2 oder Ar bzw. einem Gemisch zweier dieser Gase im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder abgekühlt bzw. im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder außerhalb des Ofens abgeschreckt.According to the invention, the object is achieved by using conventional ovens or reactors and a gas stream consisting of H2 or H2 and N2 and / or Ar with 1% by volume to 5% by volume of BCI3, at atmospheric pressure or reduced pressure, that at a temperature less than 1050K parts of ferrous materials are bored in the oven as long as a closed 5μΐτι to 20μηη strong Boridschicht has formed. Subsequently, the temperature in the same gas mixture is increased to 1100K to 1300K and held until a desired final layer thickness is achieved. Thereafter, the parts in BCI3-free H2 or N2 or Ar or a mixture of two of these gases are thermally post-treated in the oven and / or cooled or thermally treated in the oven and / or quenched outside the furnace.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Teile aus Eisenwerkstoffen (z. B. MK3AI, C45, 20MoCr5, 42CrMo4) werden entfettet, gebeizt, gespült und getrocknet. Sie werden im H2-Strom bei 0,1 MPa auf 1 020 K erwärmt und bei dieser Temperatur eine Stunde lang in einem Gasstrom der Zusammsetzung 98,9Vol.-% H2 und 1,1 Vol.-% BCI3 boriert. Danach wird mit dem gleichen Gasstrom bei 1 220K 2,5 Stunden lang die Borierung fortgesetzt und durch Abschrecken der Teile in reinem H2 beendet. Es entsteht eine zweiphasige aus FeB und Fe2B bestehende, fest haftende Schicht gleichmäßiger Oberflächengüte mit der Gesamtschichtdicke 120μιτι (MK3AI) bzw. 115μΓη (C45) bzw. 100μηη (20MoCr5, 42CrMo4). Die Massenänderung der Teile entspricht der Boraufnahme.The invention will be described below with reference to an embodiment. Parts made of ferrous materials (eg MK3AI, C45, 20MoCr5, 42CrMo4) are degreased, pickled, rinsed and dried. They are heated in the H2 stream at 0.1 MPa to 1 020 K and boronized at this temperature for one hour in a gas stream of the composition 98.9Vol .-% H2 and 1.1 vol .-% BCI3. Thereafter, boronation is continued for 2.5 hours with the same gas stream at 1 220K and quenched by quenching the parts in pure H2. The result is a two-phase consisting of FeB and Fe2B, firmly adhering layer of uniform surface quality with the total layer thickness 120μιτι (MK3AI) or 115μΓη (C45) or 100μηη (20MoCr5, 42CrMo4). The mass change of the parts corresponds to the Boraufnahme.

Claims (1)

-1 - 261 308 6-1 - 261 308 6 Erfindungsanspruch:Invention claim: Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren sowie eines Gasstromes, bestehend aus H2 bzw. H2 und N2 und/oder Ar mit 1 Vol.-% bis 5VoI.-% BCI3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Atmosphärendruck oder vermindertem Druck und einer Temperatur kleiner als 1 050 K Teile aus Eisenwerkstoffen in einem Ofen solange boriert werden, bis sich eine geschlossene 5/xm bis 20μΓη starke Boridschicht gebildet hat, und danach die Temperatur der Teile auf 1100K bis 1 300K erhöht und im gleichen Gasgemisch bis zum Erreichen der gewünschten Endschichtdicke weiter boriert wird, und darauffolgend die Teile in BCI3-freiem H2 oder N2 oder Ar bzw. einem Gemisch zweier dieser Gase im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder abgekühlt bzw. im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder außerhalb des Ofens abgeschreckt werden.Process for the preparation of boride layers on iron materials using conventional ovens or reactors and a gas stream consisting of H 2 or H 2 and N 2 and / or Ar with 1 vol .-% to 5VoI .-% BCI 3 , characterized in that at atmospheric pressure or reduced pressure and a temperature of less than 1050 K parts of ferrous materials are bored in an oven until a closed 5 / .mu.m to 20 .mu.m thick boride layer has formed, and thereafter the temperature of the parts at 1100K to 1300K is increased and further borated in the same gas mixture until reaching the desired final layer thickness, and subsequently the parts in BCI 3 -free H 2 or N 2 or Ar or a mixture of two of these gases in the oven thermally post-treated and / or cooled or in the oven thermally treated and / or quenched outside the furnace. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen, vorzugsweise auf Werkzeugen und Konstruktionsteilen. Die Erfindung findet vor allem zur Lösung von Verschleißproblemen im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau sowie im Fahrzeugbau Anwendung.The invention relates to a process for producing boride layers on iron materials, preferably on tools and structural parts. The invention finds above all the solution of wear problems in textile, heavy and general engineering and in vehicle application. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Es ist bekannt, daß durch Verwendung von Trichlorboran (BCI3) im Gemisch mit Wasserstoff oder im Gemisch mit Wasserstoff und einem Inertgas, z.B. Stickstoff oder Argon, bei Temperaturen von 870K bis 1 400K Boridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Die vorgeschlagenen Anteile an BCI3 liegen im Bereich von 1 Vol.-% bis 25 Vol.-% BCI3. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung in mehreren Stufen durchgeführt werden kann, wie es z.B. in JP 7618946 beschrieben ist. Die Borierung wird bei einer Temperatur von ca. 970K begonnen und nachfolgend durch eine Wärmebehandlung bei höherer Temperatur unterbrochen und es erfolgt eine Fortsetzung der Borierung bei dieser Temperatur, was insgesamt einen erhöhten Energieaufwand bedeutet. Es sind weiterhin Verfahren bekannt, die andere Stoffe dem Boriergemisch zusetzen, wie z. B. in DD-WP 139602TiCI4, SnCI4 u.a., oder der Zusatz von HCI in DE-OS 3139462, was einen erhöhten Regel- und Dosieraufwand bedeutet. Die genannten Verfahren haben den Nachteil, daß der Substratwerkstoff durch das Boriergemisch angegriffen wird, was die Gebrauchseigenschaften der Boridschicht herabsetzt.It is known that by using trichloroborane (BCI 3 ) mixed with hydrogen or in a mixture with hydrogen and an inert gas, for example nitrogen or argon, at temperatures of 870K to 1 400K boride layers on iron materials can be produced. The proposed proportions of BCI 3 are in the range of 1% to 25% BCI 3 by volume. It is further known that the boration can be carried out in several stages, as described for example in JP 7618946. The boration is started at a temperature of about 970 K and subsequently interrupted by a heat treatment at a higher temperature and there is a continuation of the boron at this temperature, which means an overall increased energy expenditure. There are also known processes that add other substances to the boriding mixture, such as. Example in DD-WP 139602TiCI 4 , SnCI 4, etc., or the addition of HCI in DE-OS 3139462, which means an increased control and Dosieraufwand. The said processes have the disadvantage that the substrate material is attacked by the boriding mixture, which reduces the service properties of the boride layer. Ziel der ErfindungObject of the invention Die Erfindung hat das Ziel, die Oberflächengüte von Boridschichten und ihre gleichmäßige Ausbildung zu verbessern sowie die Neigung zum Abplatzen und den Angriff auf die Eisenwerkstoffe bei der Verwendung von BCI3-H2-Gemischen bzw. BCI3-H2-Inertgas-Gemischen zu vermindern sowie die Behandlungszeiten zu verringern.The invention aims to improve the surface quality of boride layers and their uniform formation, as well as the tendency to flake off and attack on the ferrous materials when using BCI 3 -H 2 mixtures or BCI 3 -H 2 -Inertgas mixtures reduce treatment times. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Boridschichten auf Eisenwerkstoffen zu entwickeln, mit dem gleichmäßigen Boridschichten hoher Oberflächengüte mit verminderter Abplatzneigung bei vermindertem Angriff auf die Eisenwerkstoffe realisiert werden.The invention has for its object to develop a process for the production of boride layers on ferrous materials, can be realized with the uniform Boridschichten high surface quality with reduced Abplatzneigung with reduced attack on the iron materials. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren sowie eines Gasstromes, bestehend aus H2 bzw. H2 und N2 und/oder Ar mit 1 Vol.-% bis 5 Vol.-% BCI3, bei Atmosphärendruck oder vermindertem Druck dadurch gelöst, daß bei einer Temperatur kleiner als 1 050 K Teile aus Eisenwerkstoffen solang in dem Ofen boriert werden, bis sich eine geschlossene 5/u.m bis 20μΓη starke Boridschicht gebildet hat. Darauffolgend wird die Temperatur im gleichen Gasgemisch auf 1 100K bis 1 300K erhöht und bis zum Erreichen einer gewünschten Endschichtdicke gehalten. Danach werden die Teile in BCI3-freiem H2 oder N2 oder Ar bzw. einem Gemisch zweier dieser Gase im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder abgekühlt bzw. im Ofen thermisch nachbehandelt und/oder außerhalb des Ofens abgeschreckt. According to the invention, the object is achieved by using conventional ovens or reactors and a gas stream consisting of H 2 or H 2 and N 2 and / or Ar with 1 vol .-% to 5 vol .-% BCI 3 , at atmospheric pressure or reduced Pressure achieved in that at a temperature less than 1 050 K parts of ferrous materials are bored in the oven as long as until a closed 5 / to 20μΓη strong Boridschicht has formed. Subsequently, the temperature in the same gas mixture is increased to 1 100K to 1 300K and maintained until reaching a desired final layer thickness. Thereafter, the parts in BCI 3 -free H 2 or N 2 or Ar or a mixture of two of these gases are thermally post-treated in the oven and / or cooled or thermally treated in the oven and / or quenched outside the furnace. Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Teile aus Eisenwerkstoffen (z. B. MK3AI, C45, 20MoCr5, 42CrMo4) werden entfettet, gebeizt, gespült und getrocknet. Sie werden im H2-Strom bei 0,1 MPa auf 1 020K erwärmt und bei dieser Temperatur eine Stunde lang in einem Gasstrom der Zusammsetzung 98,9 Vol.-% H2 und 1,1 VoI.-% BCI3 boriert. Danach wird mit dem gleichen Gasstrom bei 1 220K 2,5 Stunden lang die Borierung fortgesetzt und durch Abschrecken der Teile in reinem H2 beendet. Es entsteht eine zweiphasige aus FeB und Fe2B bestehende, fest haftende Schicht gleichmäßiger Oberflächengüte mit der Gesamtschichtdicke 120/xm (MK3AI) bzw. 115Mm (C45) bzw. ΙΟΟμητι (20MoCr5, 42CrMo4). Die Massenänderung der Teile entspricht der Boraufnahme.The invention will be described below with reference to an embodiment. Parts made of ferrous materials (eg MK3AI, C45, 20MoCr5, 42CrMo4) are degreased, pickled, rinsed and dried. They are heated in the H 2 stream at 0.1 MPa to 1020K and boron at this temperature for one hour in a gas stream of the composition 98.9 vol .-% H 2 and 1.1 VoI .-% BCI 3 boron. Thereafter, boronation is continued for 2.5 hours with the same gas stream at 1 220K and terminated by quenching the parts in pure H 2 . The result is a two-phase consisting of FeB and Fe 2 B, firmly adhering layer of uniform surface quality with the total layer thickness 120 / xm (MK3AI) or 115Mm (C45) or ΙΟΟμητι (20MoCr5, 42CrMo4). The mass change of the parts corresponds to the Boraufnahme.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT387988B (en) * 1987-08-31 1989-04-10 Plansee Tizit Gmbh METHOD FOR PRODUCING MULTI-LAYER COATED HARD METAL PARTS

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT387988B (en) * 1987-08-31 1989-04-10 Plansee Tizit Gmbh METHOD FOR PRODUCING MULTI-LAYER COATED HARD METAL PARTS
US4895770A (en) * 1987-08-31 1990-01-23 Schwarzkopf Development Corporation Process for the manufacture of multi-layered, coated hardmetal parts

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