DE102004049310A1

DE102004049310A1 - Verfahren zur Beschichtung oder Behandlung von Oberflächen

Info

Publication number: DE102004049310A1
Application number: DE200410049310
Authority: DE
Inventors: Viktor Mairanowski; Anatoli Borodin
Original assignee: Borodin Anatoli Dr
Current assignee: Borodin Anatoli Dr
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-10-08
Also published as: DE102004049310B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung oder Behandlung von Oberflächen von Erzeugnissen, bei dem in einem 1. Schritt auf die Oberflächen eine Schicht aus einer pastösen Masse, bestehend aus einer organischen Komponente, enthaltend mindestens eine stickstoffhaltige Verbindung, und einer anorganischen Komponente, enthaltend mindestens ein Nitrid oder Karbid bildendes Element, aufgetragen wird und in einem 2. Schritt die aufgetragene Masse an einer oder mehreren Stellen auf eine Temperatur erwärmt wird, die eine exotherme Reaktion zwischen den Verbindungen der beiden Komponenten auslöst, wobei die freigesetzte Reaktionsenergie jeweils den Reaktionsprozess fortlaufend über die gesamte mit der pastösen Masse beschichteten Oberfläche auslöst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberflächentechnologie zur Behandlung von Erzeugnissen zur Erzielung von harten, verschleißfesten Oberflächen. Als Erzeugnisse kommen insbesondere solche aus metallischen Werkstoffen infrage, bevorzugt Stahl und Guss.

Oberflächentechnologien zur Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenbeschichtung sind bekannt.

Soweit es die vorliegende Erfindung betrifft, sind als Stand der Technik insbesondere die Ionenstrahlverfahren sowie die chemischen Gasphasenverfahren mit der Bildung von Nitriden, Karbiden usw. von Interesse.

Die bekannten Verfahren weisen wesentliche technologische Nachteile auf. So wird in der DE 39 36 550 C1 das Beschichten von Substraten mit Titan-Nitrid oder Titan-Karbid in einem Vakuum einer Vakuumkammer beschrieben, wobei eine annähernde gleichmäßige Temperaturverteilung über das gesamte Substratvolumen notwendig ist.

Gemäß der DE 40 21 286 C1 , die ein Verfahren zum Aufbringen von Nitridschichten auf Titan oder Titanlegierungen beschreibt, wird die Behandlung bei Temperaturen von 500 – 1.000 °C und Drücken von 0,2 bis 10 MPa im Kammerofen durchgeführt.

Diese Beispiele zeigen, dass der Erfolg der Oberflächenbehandlung und -beschichtung wesentlich von solchen Rahmenbedingungen wie Temperatur, Druck usw. abhängig ist und darüber hinaus eines vergleichsweise teueren apparativen Aufbaus bedarf. Hinzu kommt, dass die Rahmenbedingungen nur für jeweils bestimmte zu beschichtende oder zu behandelnde Werkstoffoberflächen gelten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das sich durch eine große Anwendungsbreite auszeichnet und dabei noch kostengünstig und energiesparsam ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung oder Behandlung von Oberflächen von Erzeugnissen sieht vor, dass in einem 1. Schritt auf die Oberflächen eine Schicht aus einer pastösen Masse bestehend aus einer organischen Komponente, enthaltend mindestens eine stickstoffhaltige Verbindung, und einer anorganischen Komponente, enthaltend mindestens ein Nitride oder Karbide bildendes Element, aufgetragen wird und in einem 2. Schritt die aufgetragene Masse an einer oder mehreren Stellen auf eine Temperatur erwärmt wird, die eine exotherme Reaktion zwischen den Stoffen der beiden Komponenten auslöst, wobei die freigesetzte Reaktionsenergie jeweils den Reaktionsprozess fortlaufend über die gesamte mit der pastösen Masse beschichtete Oberfläche auslöst. Die aufgetragene Schichtdicke der pastösen Masse liegt zwischen 1 – 10 mm, wobei die pastöse Masse zusätzlich ein Klebemittel und/oder Verdichtungsmittel enthalten kann.

Diese Form der Beschichtung stellt nur geringe Anforderungen an den technologischen Aufwand, ist außerordentlich energiesparsam und kann in inerter Atmosphäre oder unter normaler Luft erfolgen.

Findet eine inerte Atmosphäre Anwendung, sollte Argon als Schutzgas eingesetzt werden.

Als anorganische Komponenten haben sich Pulver von Titan und/oder von anderen Übergangsmetallen z.B. Chrom, Molybdän u.a., und/oder borhaltige Verbindungen bewährt. Die anorganische Komponente kann auch elementaren Kohlenstoff als einen karbidbildenden Stoff oder als Reduktionsmittel enthalten.

Ausführungsbeispiele
Die Schaffung verschleißfester Oberflächen wird am Beispiel eines kaltgewalzten Stahlbandes von der Dicke 0,1 mm (Beispiel 1) und einer Ziehdüse zur Produktion eines warmumgeformten Erzeugnisses (Beispiel 2) gezeigt.
In beiden Fällen war Bestanteil der organischen Komponente A: C₆H₁₂N₄ (Urotropin) und in der anorganischen Komponente B: Titanpulver mit einer Partikelgröße von 0,1 mm, wobei das Mischverhältnis zwischen den Komponenten A : B gleich 3 1 betrug. Die Komponenten A und B waren gut vermischt und mit einer Schichtdicke von 5 mm aufgetragen. Die punktuelle Erwärmung und ebenso die nachfolgende exotherme Reaktion erfolgten ohne Einsatz eines Vakuums oder einer inerten Schutzgasatmosphäre.
Die so beschichteten Oberflächen wiesen nach der Abkühlung eine dunkel glänzende Oberfläche auf. Die Teilvergrößerung lag bei unter 10 Mikrometer. Verschleißmessungen ergaben eine 40 – 50 mal größere Verschleißdauer beim Beispiel 1 und 10 – 15 mal beim Beispiel 2.
Ähnliche Ergebnisse wurden bei der Benutzung von C₆H₈N₂ (Diaminoethan) in der Komponente A erreicht.

Claims

Verfahren zur Beschichtung oder Behandlung von Oberflächen von Erzeugnissen bei dem in einem 1. Schritt auf die Oberflächen eine Schicht aus einer pastösen Masse bestehend aus einer organischen Komponente, enthaltend mindestens eine stickstoffhaltige Verbindung, und einer anorganischen Komponente, enthaltend mindestens ein Nitrid oder Karbid bildendes Element, aufgetragen wird und in einem 2. Schritt die aufgetragene Masse an einer oder mehreren Stellen auf eine Temperatur erwärmt wird, die eine exotherme Reaktion zwischen den Verbindungen der beiden Komponenten auslöst, wobei die freigesetzte Reaktionsenergie jeweils den Reaktionsprozess fortlaufend über die gesamte mit der pastösen Masse beschichteten Oberfläche auslöst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgetragene Schichtdicke der pastösen Masse zwischen 1 – 10 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pastöse Masse ein Klebemittel und oder ein Verdichtungsmittel enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion der Verbindungen der Komponenten in inerter Atmosphäre oder unter normaler Luft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer inerten Atmosphäre Argon eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Komponente Pulver von Titan und/oder von anderen Übergangsmetallen wie Chrom, Molybdän u.a., und/oder borhaltige Verbindungen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Komponente zusätzlich elementaren Kohlenstoff enthält.