DE1085744B - Annealing furnace system for the production of hard material coatings by gas plating - Google Patents
Annealing furnace system for the production of hard material coatings by gas platingInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Es ist bekannt, zum Gasplattieren durch Nitrieren oder Zementieren Glühofenanlagen zu verwenden, die mit einem Reaktionsbehälter mit einem gekühlten Kopfteil und einem Zuleitungsrohr versehen sind, das mit dem Kopfteil verbunden ist. In dieser Anlage wird das Reaktionsgas durch das Zuleitungsrohr in den Reaktionsbehälter geleitet, in dem sich die zu überziehenden Werkstücke befinden. Das Gas reagiert dann an den zu überziehenden Werkstücken ab.It is known to use annealing furnace systems for gas plating by nitriding or cementing are provided with a reaction vessel with a cooled head part and a supply pipe which is connected to the headboard. In this system, the reaction gas is through the feed pipe into the Reaction container in which the workpieces to be coated are located. The gas reacts then on the workpieces to be coated.
Gegenstand der Erfindung ist eine Glühofenanlage zum Herstellen von Hartstoffüberzügen, bei der, im Gegensatz zu den bekannten Anlagen, mehrere Reaktionsgase einer Reaktionszone1 zugeleitet werden, in der sich die zu überziehenden Werkstücke befinden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht ebenfalls aus einem Glühofen, in den ein oder mehrere Reaktionsbehälter nur zu einem Teil ihrer Länge einsenkbar sind, wobei die Reaktionsbehälter mit einem gekühlten Kopfteil versehen sind. Die erfindungsgemäße Glühofenanlage weist darüber hinaus ein Einsatzrohr auf, das an dem Kopfteil angebracht ist und das Haltevorrichtungen für die zu überziehenden Werkstücke enthält. In die Reaktionszone des Einsatzrohres ragen mehrere Zufuhrleitungen für die Reaktionsgase hinein. Das Einsatzrohr, das die Zufuhrleitungen enthält, ist mit dem Kopfteil aus- und einfahrbar. Die Vorrichtung dient insbesondere zur Umsetzung von Metallhalogeniden zur Herstellung beispielsweise der bekannten Überzüge, der Nitride, Karbide, Boride oder Suizide des Titans, Zirkons, Chroms usw. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Weise gebaut ist, wie sie in den Abbildungen beispielsweise gezeigt wird, nämlich daß die Gase nach unten in die Reaktionszone hineingeleitet werden (Fallstrom), dann führt ihre Benutzung zu gleichmäßigeren Überzügen, als wenn die Gase wie in den bekannten Vorrichtungen von unten oder im liegenden Rohr zur Reaktionszone geführt werden.The invention relates to an annealing furnace system for producing hard material coatings, in which, in contrast to the known systems, several reaction gases are fed to a reaction zone 1 in which the workpieces to be coated are located. The device according to the invention also consists of an annealing furnace into which one or more reaction containers can only be lowered over part of their length, the reaction containers being provided with a cooled head part. The annealing furnace system according to the invention also has an insert tube which is attached to the head part and which contains holding devices for the workpieces to be coated. Several feed lines for the reaction gases protrude into the reaction zone of the insert tube. The insert tube, which contains the supply lines, can be extended and retracted with the head part. The device is used in particular to convert metal halides for the production of, for example, the known coatings, the nitrides, carbides, borides or suicides of titanium, zirconium, chromium, etc. If the device according to the invention is built in the manner shown in the figures, for example namely that the gases are conducted downwards into the reaction zone (downdraft), then their use leads to more uniform coatings than if the gases, as in the known devices, are fed to the reaction zone from below or in a horizontal pipe.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein nachstehend näher beschriebener Reaktionsbehälter in einem üblichen elektrisch beheizten Glühofen heb- und senkbar und von den Leitungen des Kühlwassers.und der Reaktionsgase leicht lösbar angeordnet, innerhalb des Glühofens zur Aufheizung und Umsetzung der eingeleiteten Metallhalogenide gebracht, in glühendem Zustand herausgenommen, damit an seiner Stelle sofort ein weiterer Reaktionsbehälter in den Glühofen wieder eingesetzt werden kann und an einer vom Glühofen räumlich entfernten Stelle, zur Abkühlung gebracht, wobei mehrere solcher Glühofen zu einer Batterie vereinigt und die zu jedem einzelnen Glühofen gehörigen Reaktionsbehälter oder Tiegel in einer gemeinsamen Kühlanlage abgekühlt, geöffnet und wieder chargiert werden können.In the device according to the invention, a reaction vessel described in more detail below is shown in a conventional electrically heated annealing furnace can be raised and lowered and from the lines of the cooling water. and the reaction gases arranged easily detachable, within the annealing furnace for heating and implementation of the introduced metal halides, taken out in a glowing state, so that in its place Immediately another reaction container can be used again in the annealing furnace and at one of the Annealing furnace spatially distant place, brought to the cooling, with several such annealing furnace to one Battery combined and the reaction containers or crucibles belonging to each individual annealing furnace in one common cooling system can be cooled, opened and recharged.
GlühofenanlageAnnealing furnace system
zum Herstellen von Hartstoffüberzügen
durch Gasplattierenfor the production of hard material coatings
by gas plating
Anmelder:Applicant:
Metallges ells ehaft Aktienges ells chaft,
Frankfurt/M., Reuterweg 14Metallgesellges ehaft Aktiengesellschaft,
Frankfurt / M., Reuterweg 14
Willy Ruppert, Frankfurt/M.,
Gottfried Schwedler, Offenbach/M.,Willy Ruppert, Frankfurt / M.,
Gottfried Schwedler, Offenbach / M.,
Otto Essewein, Frankfurt/M.,Otto Essewein, Frankfurt / M.,
und Bernhard Fritz, Frahkfurt/M.-Hedderriheini,and Bernhard Fritz, Frahkfurt / M.-Hedderriheini,
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
Der zweckmäßig fahrbare elektrisch beheizte Glühofen mit dem darin angeordneten Reaktionsbehälter ist nach der Erfindung so ausgebildet, daß der Reaktionsbehälter mit seinem einseitig offenen Ende ein Stück aus dem Glühofen herausragt und dieses Ende als wassergekühlter Kopf mit Tragbolzen, Klauen od. dgl. zum Anheben des Behälters mittels eines Krans od. dgl. versehen ist. Die Abstützung des Reaktionsbehälters in bzw. auf dem Glühofen erfolgt durch die Anordnung von Tragstühlen, Tragpratzen od. dgl. auf der gegen Wärmestrahlung isolierten Decke des Ofens.The suitably mobile, electrically heated annealing furnace with the reaction container arranged in it is designed according to the invention so that the reaction container with its end open on one side Piece protrudes from the annealing furnace and this end as a water-cooled head with support bolts, claws or the like. For lifting the container by means of a crane or the like. Is provided. The support of the The reaction container in or on the annealing furnace is carried out by arranging support chairs and support claws or the like on the ceiling of the furnace, which is insulated against thermal radiation.
Weitere Einzelheiten in der erfindungsgemäßen Ausbildung und Einrichtung des Reaktionsbehälters und der Bedienung desselben mittels Transportkran seien an Hand der Zeichnungen des Näheren dargetan, ohne daß dadurch der allgemeine Erfindungsgedanke auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt sein soll.Further details in the design and arrangement of the reaction vessel according to the invention and the operation of the same by means of a transport crane are shown on the basis of the drawings of the closer, without thereby limiting the general inventive concept to this embodiment should be.
Die Abb. 1 und 2 zeigen in Vorder- und Seitenansicht den Gesamtaufbau des Glühofens mit Reaktionsbehältern nebst Zuführungen und Zuführungsleitungen; Figs. 1 and 2 show in front and side views the overall structure of the annealing furnace with reaction vessels together with feeds and feed lines;
Abb. 3, 4, 5 und 6 zeigen in Ansicht den Reaktionsbehälter und die in ihm lösbar angeordneten Rohre und Leitungen für die Zu- und Abfuhr des Kühlwassers und der Reaktionsgase mit einem Behälter zur Aufnahme der Chargen, die mit einem Hartstoffüberzug versehen werden sollen.Fig. 3, 4, 5 and 6 show a view of the reaction vessel and the pipes detachably arranged in it and lines for the supply and discharge of the cooling water and the reaction gases with a container to accommodate the batches that are to be provided with a hard material coating.
Abb. 7 und 8 zeigen in Seitenansicht einen für die Bedienung der Reaktionstiegel geeigneten Transportkran. Fig. 7 and 8 show a side view of a transport crane suitable for operating the reaction crucible.
009 567/196009 567/196
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In sämtlichen Abbildungen ist mit 1 der Reaktions- werden. Für die Abscheidung von Hartstoffen ist das behälter oder -tiegel bezeichnet, der nur an einem aus dem gekühlten Kopf des Reaktionsbehälters 1 (oberen) Ende geöffnet und aus Quarz oder einem herausragende Einsatzrohr 10 an einem oberen Ende hochhitzebeständigen Chrom-Nickel-Stahl mit vor- mit einem Flansch 11 versehen, auf dem sich der zugsweise mehr Nickel als Chrom oder aus einer 5 Flansch 12 mit den Zuleitungsrohren 13 und 14 und hochhitzebeständigen Chrom-Nickel-Legierung be- gegebenenfalls auch 17 und entsprechenden Absperrstehen kann. Bei Stählen ist ein höherer Nickelgehalt ventilen in diesen Leitungen 14 und 16 und 17 a anzustreben, um die Bildung der spröden σ-Phase im auflegt (Abb. 3). Diese Zuleitungsrohre dienen der Stahl im Bereich des Glühtiegels zu vermeiden, der Zufuhr des jeweils gewählten Metallhalogenide, ζ. Β. sich beim Glühen bei Temperaturen zwischen 600 und io Ti Cl4, in einer Wasserstoffatmosphäre, wie aus 900° C befindet. Derartige Stähle sind bekannt und Abb. 1 ersichtlich, und der Zufuhr einer flüchtigen im Handel zu haben. Selbstverständlich ist es nicht Verbindung des zusammen mit dem Metall den erforderlich, die gekühlten Teile des Reaktionsbehäl- Hartstoff bildenden Metalloids, z.B. wird derKohlenters und die Leitungen auch aus hochhitzebeständigen stoff für die Carbide in Form flüchtiger Kohlen-Stählen herzustellen. Für diese Teile genügen einfache 15 Wasserstoffe dem Reaktionsraum zugeführt. Die Baustähle. Die Verwendung von korrosionsbeständi- Kohlenwasserstoffe, z. B. Methan, werden hierbei gen Stählen für diese Teile hat jedoch im Hinblick vorzugsweise mit Wasserstoff so weit verdünnt, daß auf deren Beständigkeit gegen ätzende Flüssigkeiten sich aus dieser Kohlenwasserstoff-Wasserstoff- und saure Gase den Vorteil der höheren Lebensdauer Mischung bei Reaktionstemperaturen von 900 bis und geringeren Wartung. 20 1200° C kein freier Kohlenstoff, z. B. Ruß, abscheidenIn all figures, 1 is the reaction become. For the separation of hard materials, the container or crucible is designated, which is only opened at one end from the cooled head of the reaction container 1 (upper) and made of quartz or a protruding insert tube 10 at an upper end of highly heat-resistant chrome-nickel steel with pre- provided with a flange 11, on which the preferably more nickel than chromium or from a 5 flange 12 with the supply pipes 13 and 14 and highly heat-resistant chromium-nickel alloy, optionally also 17 and corresponding shut-offs. In the case of steels, a higher nickel content should be aimed for in these lines 14 and 16 and 17 a in order to prevent the formation of the brittle σ phase in the (Fig. 3). These supply pipes serve to avoid the steel in the area of the annealing crucible, the supply of the selected metal halides, ζ. Β. during annealing at temperatures between 600 and 10 Ti Cl 4 , in a hydrogen atmosphere, such as from 900 ° C. Such steels are known and can be seen in Fig. 1, and the supply of a volatile one is commercially available. Of course, it is not necessary to combine the metalloid that forms the cooled parts of the reaction container with the metal, e.g. the carbon tar and the lines are also made of highly heat-resistant material for the carbides in the form of volatile carbon steels. For these parts, simple 15 hydrogen supplied to the reaction chamber is sufficient. The structural steels. The use of corrosion-resistant hydrocarbons, e.g. B. methane, here are gen steels for these parts, however, in terms of preferably with hydrogen diluted so far that on their resistance to corrosive liquids from these hydrocarbon-hydrogen and acidic gases the advantage of longer life mixture at reaction temperatures of 900 to and less maintenance. 20 1200 ° C no free carbon, e.g. B. Soot, deposit
Nach der Darstellung der Abb. 3 ist um das obere kann.According to the illustration of Fig. 3 is around the upper can.
Ende des Quarztiegels 1 eine Schelle 2 mit Spann- Wie aus Abb. 6 ersichtlich, reichen die Enden desAt the end of the quartz crucible 1 a clamp 2 with tensioning As shown in Fig. 6, the ends of the range
schrauben 3 und Verbindungslaschen 4 angeordnet, Halogenid- (13')> und Kohlenwasserstoffgaszuführungs-screws 3 and connecting straps 4 arranged, halide (13 ')> and hydrocarbon gas supply
um den wassergekühlten Kopf, der vorteilhaft aus rohres (15) bis an oder in die Reaktionszone 10 b, soaround the water-cooled head, which advantageously consists of tube (15) up to or into the reaction zone 10 b, so
den beiden Teilen 5 und 7 mit den Flanschen 6 und 8 25 daß die Reaktionsgase erst in dieser Reaktionszonethe two parts 5 and 7 with the flanges 6 and 8 25 that the reaction gases only in this reaction zone
besteht, an dem Quarzrohr 1 mit Hilfe von Preß- nach Aufheizung durch die im Gegenstrom außerhalbexists on the quartz tube 1 with the help of pressing after heating by the countercurrent outside
dichtungen oder kunstharzartigen Massen gasdicht des Einsatzrohres 10 hochsteigenden Abgase zurseals or synthetic resin-like masses gas-tight of the insert tube 10 for rising exhaust gases
zu befestigen. Die mit 5 a und 7 a bezeichneten Reaktion gelangen. Der engere Teil des auswechsel-to fix. The reaction marked 5 a and 7 a succeed. The narrower part of the interchangeable
Stutzen für das Kühlwasser sind aus Abb. 2 ersieht- baren unteren Teiles 10 a des Einsatzrohres 10 kannNozzles for the cooling water are shown in Fig. 2 lower part 10 a of the insert tube 10 can
lieh. Das Kühlwasser wird bei 5 a zu-, über die als 30 auch mit Vorteil zur Erzeugung eines oder garborrowed. The cooling water is added at 5 a, over which as 30 also with advantage to generate one or even
Wasserströmungsanzeiger ausgebaute Verbindung 5 b mehrerer flüchtiger Reaktionskomponenten ausgenutztWater flow indicator developed connection 5 b exploited several volatile reaction components
in 7 ein- und über den Stutzen 7 a abgeleitet. Die werden. Man füllt zu diesem Zweck den Raumin 7 and derived via the nozzle 7 a . They will. You fill the room for this purpose
Zuleitung 5α und die Ableitung Ta sind vorzugsweise zwischen dem engeren Teil des Auswechselstückes desLead 5α and lead Ta are preferably between the narrower part of the interchangeable piece of the
durch Hähne abzusperren. Einsatzrohres und den Gasleitungen 13 und 15 sowieshut off by taps. Insert pipe and the gas lines 13 and 15 as well
Um den Reaktionsbehälter 1 mit seinem wasser- 35 der Thermoelementhülle 12 a mit geeigneten Ausgekühlten Kopf 5, 7 in der in Abb. 1 und 2 dargestell- gangssubstanzen, die durch Verdampfung oder ten Weise in dem mit 23 bezeichneten Glühofen mit chemische Umwandlung unter den sich in diesem dem Heizmantel 24 und der elektrischen Widerstands- Bereich des Reaktionsbehälters einstellenden Tempeheizung 25 heb- und senkbar anordnen zu können, raturen mindestens eine Reaktionskomponente liefern, sind am Kopfteil 5 Tragbolzen 9 od. dgl. angeordnet, 4° Zur Förderung der Erzeugung der flüchtigen Reakdie auf dem Tragstuhl 22, der auf der Ofendecke tionskomponenten kann durch das kurz unterhalb des befestigt ist, sitzen oder in sonstiger Weise gelagert Flansches 12 endende Zuleitungsrohr 17 mit dem werden können. Der obere Kopfteil 7 besitzt ebenfalls Ventil 17 a ein geeignetes Gas eingeleitet werden, zwei Tragbolzen 7 b, die vorzugsweise parallel zu den z.B. kann aus vorgelegtem Titan bzw. TiC durch Tragbolzen 9 angeordnet sind. Mit Hilfe der Trag- 45 Einleiten von Chlorwasserstoff durch 17 flüchtiges bolzen 7 δ kann der obere Kopfteil vom Reaktions- Titanchlorid erzeugt und der eigentlichen Reaktionstiegel 1 mit dem noch zu beschreibenden Kran abge- zone in 10 b zugeführt werden. To the reaction vessel 1 with its water 35 the thermocouple shell 12 a with suitable cooled head 5, 7 in the illustrated in Fig In this the heating jacket 24 and the electrical resistance area of the reaction vessel adjusting temperature heater 25 to be able to be raised and lowered, to deliver at least one reaction component, support bolts 9 or the like are arranged on the head part 5, 4 ° To promote the generation of volatile Reactdie on the support chair 22, which on the furnace ceiling tion components can sit or in some other way supported by the flange 12 ending supply pipe 17 with which is attached just below the can be. The upper head part 7 also has valve 17 a, a suitable gas can be introduced, two support bolts 7 b, which are preferably arranged parallel to the, for example, made of titanium or TiC by support bolts 9. With the help of the 45 introduction of hydrogen chloride through 17 volatile bolts 7 δ, the upper head part can be produced from the reaction titanium chloride and the actual reaction crucible 1 can be fed in with the crane to be described in 10 b.
hoben werden. Der obere Teil 7 des Reaktionsbehäl- Die aus Abb. 1 und 2 am Fußteil des fahrbarenbe lifted. The upper part 7 of the reaction container from Fig. 1 and 2 on the foot part of the mobile
ters 1 besitzt ferner zwei Leitungsstutzen 18 mit dem Glühofens 23 angeordneten Anschläge und Leisten 30ters 1 also has two line stubs 18 with stops and strips 30 arranged in the annealing furnace 23
Ventil 18 α und dem Vakuummanometer 19 zur An- 50 dienen der leichten und schnellen Justierung des inValve 18 α and the vacuum manometer 19 for an 50 serve for easy and quick adjustment of the in
zeige von Unter- und Überdruck im Reaktionsbehälter den Abb. 7 und 8 dargestellten Transportkrans beishow the negative and positive pressure in the reaction vessel in the transport crane shown in Figs. 7 and 8
und 20 mit dem Absperrventil 21 zur Ableitung der seinem Anfahren an den Glühofen, um die Reaktions-and 20 with the shut-off valve 21 for diverting its start-up to the annealing furnace in order to
Reaktionsgase nach erfolgter Umsetzung oder Zer- behälter 1 einzusetzen oder herauszuheben, wenn sieTo use or to lift out reaction gases after the reaction or Zer- container 1, if they
Setzung der Metallhalogenide in der Reaktionszone von oder zu der, noch zu beschreibenden Abkühl- oderSettlement of the metal halides in the reaction zone from or to the still to be described cooling or
innerhalb des Reaktionsbehälters 1 über die Abgas- 55 Abstellvorrichtung gebracht werden,be brought inside the reaction vessel 1 via the exhaust gas storage device,
kontrolle 20 α. Der besonders-für die vorliegenden Zwecke ent-control 20 α. The specially designed for the present purposes
Zu dieser im unteren Teil des Behälters 1 arigeord- wickelte Transportkran (Abb. 7 und 8) besteht ausTo this in the lower part of the container 1 arigeord- wound transport crane (Fig. 7 and 8) consists of
neten und vorzugsweise erweiterten Reaktionszone teleskopartig gegeneinander verschiebbaren TeilenNeten and preferably widened reaction zone parts which can be displaced telescopically relative to one another
10 b (Abb. 5) führt ein konzentrisch im Reaktions- bzw. Säulen 31 und 35, mit Schutzschilden gegen die10 b (Fig. 5) leads a concentrically in the reaction or columns 31 and 35, with protective shields against the
behälter 1 angeordnetes Einsatzrohr 10 (Abb. 5), das 60 Wärmestrahlung in gleicher Teleskopbauweise, diecontainer 1 arranged insert tube 10 (Fig. 5), the 60 heat radiation in the same telescopic design, the
vorzugsweise über eine Flanschverbindung einen gemeinsam auf dem fahrbaren Wagen 32 mit dem alspreferably via a flange connection a jointly on the mobile carriage 32 with the as
abnehmbaren Teil 10a besitzt und auf dessen Um- Gegengewicht wirkenden Stickstoffbehälter 33 undhas removable part 10a and acting on its Um- counterweight nitrogen tank 33 and
fang Strahlschutzbleche 10 c angeordnet sind, um eine der Lehne 34 angeordnet sind. Durch den HandgriffFang radiation protection plates 10 c are arranged to one of the backrest 34 are arranged. Through the handle
Wärmeausstrahlung nach oben gegen den wasser- 39 über das Rad 38 mit dem Ritzel und einem GesperrHeat radiation upwards against the water 39 via the wheel 38 with the pinion and a ratchet
gekühlten Kopf hin abzuschirmen. Der erweiterte 65 der Bremse 37 wird die Zahnstange 35 gehoben undto shield a chilled head. The extended 6 5 of the brake 37 is raised and the rack 35
Teil 10 b des Einsatzrohres 10 bildet den eigentlichen gesenkt und damit die an ihr befestigten Tragarme 40Part 10 b of the insert tube 10 forms the actual lowered and thus the support arms 40 attached to it
Behandlungsraum für die Abscheidung der Hartstoffe bzw. 40 a, deren Funktion aus Abb. 7 ohne weiteresTreatment room for the deposition of hard materials or 40 a, whose function from Fig. 7 without further ado
aus der Gasphase und kann bei der Abscheidung dieser ersichtlich ist.from the gas phase and can be seen during the deposition of this.
Stoffe in Form von Überzügen in Gestalt und Größe Außer dem Handantrieb sind auch andere Antriebs-Fabrics in the form of covers in shape and size In addition to the manual drive, other drive
an die jeweils vorliegenden Werkstücke angepaßt 7° arten möglich, z. B. mit Hilfe eines kleinen elek-adapted to the respective workpieces 7 ° types possible, z. B. with the help of a small elec-
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irischen Motors. Besonders einfach und vorteilhaft ist vorzugsweise aus Gummi oder säurebeständigen der Antrieb mittels Preßluft. Zu diesem Zweck erhält Kunststoffen bestehen, werden die Ventile 14 und 16 das unten verschlossene Rohr 31 eine möglichst glatte abgesperrt, und die Ventile 18 α und 20 geöffnet. Über und einwandfreie runde Innenfläche, während die tele- das Ventil 20 wird die Luft aus dem Reaktionsskopartig ausfahrbare Säule 35 mindestens an ihrem 5 behälter abgepumpt, anschließend wird der Reaktionsunteren Ende eine möglichst glatte und gut in das behälter mit gereinigtem Wasserstoff gefüllt, noch-Rohr 31 passende oder gegen dieses abgedichtete Ober- mais ausgepumpt und wieder mit Wasserstoff gefüllt, fläche erhält. Aus einer noch auf dem Kran neben der Das Abpumpen und Füllen mit Wasserstoff wird über Stickstoffbombe anzubringenden Preßluftbombe wird das Vakuummanometer 19 kontrolliert. Nach dem zum Heben des Tragarmes in den untersten Teil von io letzten Füllen mit Wasserstoff schließt man auch das Rohr 31 Preßluft eingedrückt und beim Absenken Ventil 21.Irish engine. The drive by means of compressed air is particularly simple and advantageous, preferably made of rubber or acid-resistant. For this purpose, if plastics are made, the valves 14 and 16, the tube 31 closed at the bottom, are shut off as smoothly as possible, and the valves 18 α and 20 are opened. Over and flawlessly round inner surface, during the tele- the valve 20, the air is pumped out of the reaction head-like extendable column 35 at least at its 5 container, then the lower end of the reaction is filled as smoothly and well as possible into the container with purified hydrogen, nor-tube 31 suitable or sealed upper maize is pumped out and filled with hydrogen again. The vacuum manometer 19 is checked from a compressed air bomb that is still on the crane next to the pumping out and filling with hydrogen is to be attached via a nitrogen bomb. After the last filling with hydrogen for lifting the support arm into the lowest part of io, the pipe 31 is also closed with compressed air and, when lowering, valve 21.
wieder abgelassen. Jetzt schwenkt man den Tragarm des Transport-Der
Tragarm 40 kann, wie der Abb. 7 zu entnehmen kranes in Stellung 40 und hebt mit Hilfe des Kranes
ist, lösbar so verschwenkt oder ausgewechselt werden, den Reaktionsbehälter an dem Bolzen 9 aus der Abdaß
nicht nur der Behälter 1 an den Tragbolzen 9., 15 Stellvorrichtung und fährt den Reaktionsbehälter
sondern auch der obere Kopfteil 7 mit Einsatzrohr 10 unter Justierung des Kranes mit Hilfe der Anschläge
an den Tragbolzen 7 b beliebig transportiert, insbe- 30 an den Glühofen heran und durch Absinken der
sondere auch das Einsatzrohr 10 aus dem Reaktions- Säule 35 in den vorgewärmten Glühofen hinein,
behälter 1 herausgenommen oder hineingeschwenkt Nach einigen Minuten beobachtet man an dem Vawerden
kann. Die Aufnahmegaben 40 b des Tragarmes 20 kuummanometer 19 eine Druckerhöhung im Inneren
40 ist bei 40 c um ihre eigene Achse mit Spiel zwecks des Reaktorbehälters als Folge der Erwärmung. Jetzt
besserer Einstellbarkeit verdrehbar. stellt man die Wasser- und Gasanschlüsse her, wobei
Die Kühl- und Abstellvorrichtung (Abb. 9 mit man vor dem Anschließen der Gasleitungen jeweils
Grundriß Abb. 10) besteht aus einer Tragesäule 41 einen Teil des Überdruckes über die Ventile 14, 16, 21
mit einem drehbaren Aufsatz 42, der mit Hilfe der 25 abläßt, wodurch aus diesen die Luft herausgespült
Sperre 43 in der jeweils für das Abstellen oder Ab- wird. Es empfiehlt sich, den Behälter 1 unter genehmen
des betreffenden Reaktionstiegels günstigsten ringem Überdruck beim Einfahren oder Ausfahren
Stellung angehalten werden kann. In die Arme 42 α aus dem Glühofen zu halten.drained again. Now you pivot the support arm of the transport - the support arm 40 can, as can be seen in Fig. 7, crane in position 40 and lifts with the aid of the crane, can be releasably pivoted or exchanged, not only the reaction container on the bolt 9 from the Abdaß the container 1 to the support bolts 9, 15 adjusting device and moves the reaction container but also the upper head part 7 with insert tube 10 with adjustment of the crane with the help of the stops on the support bolt 7 b transported, in particular to the annealing furnace and by lowering the special also the insert tube 10 from the reaction column 35 into the preheated annealing furnace,
container 1 removed or swiveled in. After a few minutes you can see the va. The receiving gifts 40 b of the support arm 20 kuummanometer 19 a pressure increase inside 40 is at 40 c about its own axis with play for the purpose of the reactor vessel as a result of the heating. Now rotatable for better adjustability. the water and gas connections are made, whereby the cooling and shut-off device (Fig. 9 with a plan view Fig. 10 before connecting the gas lines) consists of a support column 41 with part of the overpressure via the valves 14, 16, 21 a rotatable attachment 42, which drains with the aid of 25, whereby the air is flushed out of these in the lock 43 in each case for putting down or down. It is recommended that the container 1 can be stopped with the aid of the reaction crucible in question, the most favorable ring overpressure when moving in or out. To hold in the arms 42 α from the annealing furnace.
des drehbaren Aufsatzes 42 sind Aufnahmenuten 42 b Man heizt nun den unteren Teil des Reaktionszum Aufnehmen der Tragbolzen 9 bzw. 7 b des Reak- 30 behälters mit dem erweiterten Teil des Einsatzrohres tionsbehälters 1 bzw. des oberen Kopfteiles 7 ein- und dem Reaktionsgut auf die Reaktionstemperatur, gelassen. Eine besonders günstige Anordnungsmöglich- Hierbei leitet man gereinigten Wasserstoff oder eine keit der Reaktionsbehälter am drehbaren Aufsatz gereinigte Mischung aus Wasserstoff und flüchtigem zeigt Abb. 10. Die Tragsäule 41 steht in dem Behälter Kohlenwasserstoff, die vorzugsweise nicht mehr 46 auf einem Zwischenboden 5,44, in dem große Luft- 35 Kohlenwasserstoff enthält, als ihrem Gleichgewicht klappen 45 mit Federn eingelassen sind, die die Ver- mit Wasserstoff und festem Kohlenstoff bei den Abbindungen zwischen dem oberen Raum 46 a und un- Scheidetemperaturen für die TiC-Überzüge entspricht, teren Raum 46 b selbsttätig schließen. Die Steuerung durch Ventil 15 in den Reaktionsbehälter und das Abeines mit Hilfe des starken Ventilators 49 erzeugten gas durch das Ventil 21, den Stutzen 20 und die Ab-Luftstromes zum Abkühlen der abgestellten Reak- 40 gaskontrolle 20 a in die Abgasleitung. Jetzt kann das tionstiegel erfolgt mit Hilfe der Hebel 47 und 48 über Ventil 18 α geschlossen werden. Die Aufheizzeiten die konzentrischen Wellen 47a und 48a und Exzenter- hängen nicht nur von der Größe der Reaktionsbehälter scheiben 50. und der Chargen ab, sondern auch von dem Tiegel-Eine ähnliche Anordnung kann man auch einsetzen, material. Man benötigt für das Aufheizen von Reakwenn man die Reaktionstiegel aus hochhitzebestän- 45 tionstiegeln aus Quarz unter gleichen Bedingungen digem Stahl nach der Reaktion im Wasser abkühlt. längere Zeiten als für das Aufheizen von Reaktions-Hierbei wird der Zwischenboden 44 mit den Luft- tiegeln aus hitzebeständigen Stählen. Nach Erreichen klappen 45 und deren Betätigungsvorrichtungen durch der Reaktionstemperatur von beispielsweise 950 bis ein einfaches, stabiles Gerüst zur Unterstützung der 1000° C hält man den Tiegelinhalt noch etwa V2 bis Tragsäule 41, der Ventilator durch eine Flüssigkeits- 50 1 Stunde unter strömenden Wasserstoff bzw. der umwälzvorrichtung ersetzt und der Behälter 46 durch angegebenen Wasserstoff-Kohlenwasserstoff-Mischung die Bodenplatte 51 nach unten verschlossen. In den und schaltet dann erst Ti Cl4 über das Ventil 14 und Behälter 46 können dann noch Wasserzu- und ablei- den Stützen 13 und gegebenenfalls dem durchgeleiteten tungen eingelassen werden. reinen Wasserstoff die für die Abscheidung des Car-Die Betriebsweise der Glühofenanlage nach der Er- 55 bids erforderlichen flüchtigen Kohlenwasserstoffe bei. findung gestaltet sich nun beispielsweise bei der Her- Man wählt auch bei der Carbidabscheidung die Konstellung von Titancarbidschichten folgendermaßen: zentration der Kohlenwasserstoffe in bezug auf das Zum Chargieren wird mit Hilfe des Transport- gesamte Reaktionsgas vorzugsweise so, daß aus kranes bei Stellung 40 a des Tragarmes das Kopfteil 7 diesem keine Ruß-, d. h. Kohlenstoffabscheidung mögmit dem Einsatzrohr 10 aus dem Reaktionsbehälter 1 6o lieh ist. Die Zufuhr des Titantetrachlorids kann beiherausgefahren und der erweiterte Teil des Einsatz- spielsweise mit Hilfe der in Abb. 1 und 2 mit 27, 28 rohres 10 b mit dem Reaktionsgut, beispielsweise Zieh- und 29 bezeichneten Vorrichtungen erfolgen. Durch düsen, Preßmatrizen, von unten beschickt. Die Werk- Einleiten von Wasserstoff in das Tauchrohr 28 und zeuge werden mit einem Bolzen oder einem Bajonett- durch das in den Verdampfungskolben 27 befindliche Verschluß oder einer ähnlichen Vorrichtung in dem 65 Titantetrachlorid wird eine Wasserstoff-Titantetraerweiterten Teil des Einsatzrohres gehalten. Nach chlorid-Mischung erzeugt und über 13 dem Einsatzdem Chargieren wird das Einsatzrohr 7 in den Reak- rohr 10 zugeführt. Die Konzentration des Titantetrationsbehälter 1 mit Hilfe des Kranes eingefahren. Chlorids in der Gasmischung kann durch die Strö-Nach Verschließen der Flansche 6 und 8 mit Hilfe mungsgeschwindigkeit des Wasserstoffs und ganz ringförmiger Dichtungen (nicht eingezeichnet), die 7° besonders gut durch Einstellung der Temperatur desof the rotatable attachment 42 are receiving grooves 42 b. The lower part of the reaction for receiving the support bolts 9 and 7 b of the reactor 30 with the expanded part of the insert tube 1 and the upper head part 7 is now heated and the reaction material on the Reaction temperature, left. A particularly favorable arrangement option- Here, purified hydrogen or a mixture of hydrogen and volatile matter purified from the reaction vessel on the rotatable attachment is shown. in which large air contains hydrocarbons, as their equilibrium flaps 45 are let in with springs which correspond to the connection with hydrogen and solid carbon in the bonds between the upper space 46 a and lower temperatures for the TiC coatings, lower space 46 b close automatically. The control through valve 15 in the reaction vessel and the Abeines with the help of the strong fan 49 generated gas through the valve 21, the nozzle 20 and the exhaust air flow to cool the shut-off React 40 gas control 20 a in the exhaust line. Now the tion crucible can be closed with the help of levers 47 and 48 via valve 18 α. The heating times of the concentric shafts 47a and 48a and eccentric not only depend on the size of the reaction container disks 50 and the batches, but also on the crucible. A similar arrangement can also be used, material. In order to heat up Reak, if the reaction crucibles made of high-heat-resistant quartz crucibles are cooled under the same conditions, digem steel after the reaction in water. longer times than for heating up the reaction. The intermediate floor 44 with the air crucibles is made of heat-resistant steels. After reaching 45 and their actuating devices, due to the reaction temperature of, for example, 950 to a simple, stable framework to support the 1000 ° C, the crucible contents are held for about V2 to support column 41, the fan is driven by a liquid 50 for 1 hour under flowing hydrogen or Replaced the circulation device and the container 46 closed the bottom plate 51 by the specified hydrogen-hydrocarbon mixture. Ti Cl 4 can then only be switched into and then switched via the valve 14 and the container 46 can then also be admitted to the water supply and discharge supports 13 and, if necessary, the lines that are passed through. pure hydrogen adds the volatile hydrocarbons required for separating the car-die mode of operation of the annealing furnace system after the erbids. The invention is now designed, for example, in the manufacture of the carbide deposition.The constellation of titanium carbide layers is also selected for the carbide deposition as follows: Concentration of the hydrocarbons in relation to the charge is carried out with the aid of the transport the head part 7 is not able to deposit soot, ie carbon, with the insert tube 10 from the reaction vessel 16o . The supply of the titanium tetrachloride can be withdrawn and the extended part of the insert can take place, for example, with the aid of the devices labeled 27, 28 tube 10b with the reaction material, for example drawing and 29 in FIGS. Through nozzles, press dies, fed from below. The work introduction of hydrogen into the immersion tube 28 and testify with a bolt or a bayonet through the closure located in the evaporation flask 27 or a similar device in the 6 5 titanium tetrachloride a hydrogen-titanium tetra-widened part of the insert tube is held. After the chloride mixture has been generated and the charging process via 13, the insert pipe 7 is fed into the reactor pipe 10. The concentration of the titanium tetration tank 1 is retracted with the aid of the crane. After closing the flanges 6 and 8 with the aid of the flow rate of the hydrogen and completely ring-shaped seals (not shown), the 7 ° particularly well by setting the temperature of the
Titantetrachlorids mit dem Thermostaten 29 geregelt werden. Die Konzentration des Titantetrachloriddampfes wird eingestellt entsprechend der zugeführten äquivalenten Menge an Kohlenwasserstoff, z. B. Methan.Titanium tetrachloride can be regulated with the thermostat 29. The concentration of titanium tetrachloride vapor is adjusted according to the equivalent amount of hydrocarbon supplied, e.g. B. Methane.
Die Strömungsgeschwindigkeiten und die; Gasmengen lassen sich leicht so einstellen, daß in den zur Verfügung stehenden Reaktionszeiten von etwa 3 bis 5 Stunden die vorgegebenen Werkstücke auf ihren Oberflächen mit den gewünschten Überzügen versehen werden. Nach beendeter Ti C-Abscheidung wird die Zufuhr der Ti Cl4-Wasserstoff-Mischung abgeschaltet und anschließend noch etwa xh Stunde mit reinem Wasserstoff bzw. mit der beschriebenen Wasserstoff-Kohlenwasserstoff-Mischung die Anlage durchgespült. Danach werden die Ventile 14, 16 und 21 geschlossen, das Ventil 18 a geöffnet, die Wasseranschlüsse 5 a und Ta getrennt und der Reaktionsbehälter mit dem beschriebenen Transportkran aus der Glühanlage herausgefahren und auf der beschriebenen Kühl- bzw. Abstellvorrichtung abgesetzt. Nach dem Herausfahren des Reaktionsbehälters aus der Glühanlage steigt trotz Abkühlung des unteren Teiles des Glühtiegels die mittlere Temperatur im gesamten Tiegel, so daß man am Vakuummanometer zunächst einen Druckanstieg (bei Reaktionstiegeln aus Quarz für etwa 10 bis 20 Minuten) beobachtet. Im weiteren Verlauf der Abkühlung verschwindet der Überdruck, und es bildet sich ein Unterdruck aus, der bei geschlossenen Ventilen am Vakuummanometer abzulesen ist. Die Unterdruckbildung bringt die Gefahr mit sich, daß über — während der Abscheidung der Überzüge vielleicht eingetretenen—-Undichtigkeiten Luft in den Reaktionsbehälter eingesaugt und mit dem dort befindlichen Wasserstoff zur Explosion kommen könnte. Um dies zu vermeiden, schaltet man über die bewegliche Stickstoffleitung 33 α, die mit Führungen 33 b am Transportkran geführt wird, Stickstoff mit einem solchen Druck über das Ventil 21 auf den Reaktionsbehälter, daß dieser etwas unter dem Druck, der sich erfahrungsgemäß beim Abkühlen der Tiegel zunächst einstellt, liegt. Diese Vorsichtsmaßnahme reicht aus, um während der Fahrt des bei 900 bis 1000° C befindlichen Reaktionstiegels zur Abkühlvörrichtung eine Unterdruckbildung im Reaktionstiegel unter allen Umständen zu vermeiden. An der Abkühlvorrichtung stellt man die Verbindung zu einer Wasserstoffzufuhr- und -abgasleitung her (und zur Wässerzu- und -ableitung zur weiteren Kühlung der Flansche) und läßt nun dort den Tiegel unter strömendem Wasserstoff erkalten.The flow velocities and the; Amounts of gas can easily be adjusted so that the specified workpieces are provided with the desired coatings on their surfaces in the available reaction times of about 3 to 5 hours. After the Ti C deposition has ended, the supply of the Ti Cl 4 -hydrogen mixture is switched off and the system is then flushed through with pure hydrogen or with the hydrogen-hydrocarbon mixture described for about x hours. Thereafter, valves 14, 16 and 21 are closed, valve 18 a is opened, water connections 5 a and Ta are disconnected and the reaction container is moved out of the annealing plant using the transport crane described and placed on the cooling or storage device described. After the reaction container has been moved out of the annealing plant, the mean temperature rises in the entire crucible despite the cooling of the lower part of the annealing crucible, so that an increase in pressure is initially observed on the vacuum manometer (for reaction crucibles made of quartz for about 10 to 20 minutes). In the further course of cooling, the overpressure disappears and a negative pressure develops, which can be read on the vacuum manometer when the valves are closed. The formation of negative pressure brings with it the risk that air may be sucked into the reaction vessel via leaks - which may have occurred during the deposition of the coatings - and the hydrogen located there could explode. In order to avoid this, one switches over the movable nitrogen line 33 α, which is guided with guides 33 b on the transport crane, nitrogen at such a pressure via the valve 21 on the reaction vessel that it is somewhat under the pressure that, experience has shown, when the First sets the crucible, lies. This precautionary measure is sufficient to avoid under all circumstances the formation of negative pressure in the reaction crucible while the reaction crucible, which is at 900 to 1000 ° C., is driven to the cooling device. At the cooling device, the connection to a hydrogen supply and exhaust gas line is made (and to the water supply and drainage for further cooling of the flanges) and the crucible is now allowed to cool there under flowing hydrogen.
Die Abkühlüngsgeschwindigkeiten kann man dadurch sehr leicht forcieren, daß man mit Hilfe ;des als Luftgebläse wirkenden starken Ventilators 49 aus dem unteren Teil der Abkühlvörrichtung oder aus einer Preßluftleitung laufende Frischluft gegen die noch heißen Reaktionsbehälter bläst. Hierbei kann man den Luftstrom mit Hilfe der Luftklappen 45 regeln. Diese Art der Abkühlung eignet sich gut zum Abkühlen der Reaktionstiegel aus Quarz und auch aus Edelstahl.The cooling speeds can be forced very easily by using ; the powerful fan 49 acting as an air blower blows fresh air running from the lower part of the cooling device or from a compressed air line against the still hot reaction container. The air flow can be regulated with the aid of the air flaps 45. This type of cooling is well suited for cooling the reaction crucibles made of quartz and also of stainless steel.
Bei Reaktionsbehältern aus Edelstahl lassen sich jedoch noch höhere Abkühlungsgeschwindigkeiten erzielen, wenn man den Blechbehälter der — wie beschrieben —· abgeänderten Abkühlvorrichtung mit Wasser füllt und die Tiegel durch Einfahren in das-Kühlwasser abschreckt, wobei man unter Zuhilfenahme einer Umwälzpumpe (an Stelle des Ventilators) dann für eine gute Durchmischung des Wassers sorgt und die Bildung von größeren Dampfblasen, die eine schnelle Abkühlung behindern, vermeidet. Gerade diese letzte Maßnahme hat den großen Vorteil, daß sie für eine große Zahl von lufthärtenden Stählen eine hinreichend hohe Abkühlgeschwindigkeit im Reaktionsbehälter liefert, so daß die aus diesen Stählen angefertigten Werkzeuge nach Aufbringung der Ti C-Überzüge voll aushärten und somit die Abscheidung der Schutzüberzüge auf den Werkzeugen mit der Härtung des als Grundmaterial verwendeten Werkzeugstahles ohne besonderen apparativen Aufwand kombiniert werden kann.In the case of reaction vessels made of stainless steel, however, even higher cooling rates can be achieved, if the sheet metal container of the - as described - · modified cooling device with Water fills and the crucible is quenched by moving it into the cooling water, with the aid of a circulation pump (instead of the fan) then ensures that the water is thoroughly mixed and prevents the formation of larger vapor bubbles that impede rapid cooling. Just this last measure has the great advantage that it is one for a large number of air-hardening steels supplies sufficiently high cooling rate in the reaction vessel, so that these steels After the Ti C coatings have been applied, the prepared tools fully cure and thus the deposition the protective coatings on the tools with the hardening of the tool steel used as the base material can be combined without any special outlay on equipment.
Mit Hilfe der Glüh- und Kühlanlage und eines Reaktionsbehälters aus Quarz gemäß der Erfindung läßt sich auch die Vorentgasung des Grundwerkstoffs in einem Vakuum unter 1 mm Hg, insbesondere bei 10-2 bis 10-* Millimeter Hg gemessen bei 600 bis 700° C und vorzugsweise bis 1000° C leicht durchführen (vgl. Patentanmeldung M 27211 VIa/48 b vom 25. 5,1955 = deutsche Auslegeschrift 1 056 450). Dabei können zur Erzeugung und Erhöhung des Vakuums Gettermetalle in den Reaktionsbehälter mit den zu entgasenden Werkstücken eingesetzt werden.With the aid of annealing and cooling system and a reaction vessel made of quartz according to the invention can also be the pre-degassing of the base material in a vacuum under 1 mm Hg, especially at 10- 2 to 10- * mm Hg measured at 600 to 700 ° C and preferably Easy to carry out up to 1000 ° C (see patent application M 27211 VIa / 48 b of May 25, 1955 = German Auslegeschrift 1 056 450). In this case, getter metals can be used in the reaction vessel with the workpieces to be degassed to generate and increase the vacuum.
Als besonders günstige Bauweise für die am Kopfteil des Reaktionsbehälters befindlichen Ventile 14,16, 17 a, 18 α und 21 hat sich die Verwendung der bekannten Membranventile gezeigt.The use of the known membrane valves has been shown to be a particularly favorable design for the valves 14, 16, 17 a, 18 α and 21 located on the head part of the reaction vessel.
Claims (2)
Britische Patentschrift Nr. 589.977;
französische Patentschrift Nr. 1 093 772.Considered publications:
British Patent No. 589,977;
French patent specification No. 1 093 772.
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FR1093772A (en) * | 1954-02-22 | 1955-05-09 | Eidg Waffenfabrik | Method and furnace for treating the inner surface of a hollow body |
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1956
- 1956-11-02 DE DEM32247A patent/DE1085744B/en active Pending
-
1961
- 1961-04-22 DE DEM48796A patent/DE1142486B/en active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1142486B (en) | 1963-01-17 |
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