DE1235105B - Verfahren zum Eindiffundieren eines UEberzugsmaterials in die Oberflaeche von langgestrecktem Metallband - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

10/31 A

Int. CL:

Deutsche Kl.: 48 b -

Nummer: 1 235 105

Aktenzeichen: C 31779 VI b/48 b

Anmeldetag: 30. Dezember 1963

Auslegetag: 23. Februar J 967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindiffundieren eines Überzugsmaterials in die Oberfläche von langgestrecktem Metallband.

Es ist bekannt, die Oberfläche von Metallteilen, wie z. B. Platten oder Werkzeugen, dadurch zu behandeln, wie z. B. zu Härten, indem man ein das Überzugsmaterial enthaltenes Pulver auf die Oberfläche des Metallteiles aufbringt und das Ganze anschließend erwärmt. Unter der Einwirkung der Wärme diffundiert das Uberzugsmaterial in die Oberfläche des Metallteiles ein und bewirkt die Härtung oder was sonst beabsichtigt ist. Praktisch geht man so vor, daß man ein Gefäß nimmt, die Metallteile hineinlegt und allseitig in das Überzugsmaterial einbettet und das Ganze dann in einen Ofen einschiebt.

Dieses Verfahren versagt dann, wenn es sich bei dem Metallteil um ein langgestrecktes Metallband handelt. Wollte man dieses in ausgestreckter Form behandeln, so brauchte man praktisch übermäßig lange Kästen und Öfen, um das Metallband unterzubringen. Diesen übermäßigen Raumbedarf könnte man dadurch vermindern, indem man das Metallband in Form von Wellen oder Schlingen zusammendrückt. Das Metallband kann sich hierbei jedoch für immer verformen. Weiter braucht man eine übermäßige Menge Behandlungspulver, um die großflächigen und weit auseinanderliegenden Außenseiten der Metallbandschlaufen oder -wellungen ausreichend mit dem Behandlungspulver zu bedecken bzw. in dieses einzubetten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem langgesirecktes Metallband auf die genannte Weise und mit tragbarem Raumbedarf oberflächenbehandelt werden kann. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß eine große Vielzahl von Metallbandartikeln, wie z. B. Bleche, zur Lagerung und zum Transport in die Form von Rollen oder Spulen gewickelt wird. Zur Oberflächenbehandlung eines langgestreckten Metallbandes sieht die Erfindung daher vor, daß das Band in die Form einer Sjmle gewickelt und das Behandlungspulver während des Aufwickeins gleichförmig zwischen die benachbarten Windungen der Spule eingebracht wird, wobei das Ende der äußeren Windung auf der Außenseite der nächstinneren Windung befestigt und eine Abdeckplatte mindestens auf eine Seite der Spule aufgelegt und an der äußeren Windung befestigt wird. Nach diesem erfindungsgemäßen Schritt wird das Metallband auf bekannte Weise erwärmt, damit das Überzugsmaterial in die Oberfläche eindiffundiert.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß man das

Verfahren zum Eindiffundieren eines
Überzugsmaterials in die Oberfläche von
langgestrecktem Metallband

Anmelder:

Chromalloy Corporation,

West Nyack, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Berkenfeld

und Dipl.-Ing. H. Berkenfeld, Patentanwälte,

Köln-Lindenthal, Universitätsstr. 31

Als Erfinder benannt:

Paul Richard Seelig, Elmsford, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1962
(248 599)

Metallband nicht in ein besonderes Behältnis stellen und dieses verschließen muß. Die äußere Windung der Spule, deren Ende an der nächstinneren Windung befestigt ist, bildet selbst die Umhüllung für das Metallband und ersetzt damit ein besonderes Behältnis.

Zum Ausführen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Metallband auf einer bekannten Wickelmaschine in die Form einer Spule gewickelt, und das Behandlungspulver wird dabei eingebracht. Wie ausgeführt, braucht dabei eine Abdeckplatte lediglich auf eine Seite der Spule aufgelegt zu werden. Trotzdem besteht keine Gefahr, daß das Behandlungspulver auf der anderen Seite zwischen den einzelnen Windungen übermäßig stark herausrinnt und damit den Erfolg der Oberflächenbehandlung in Frage stellt. Die Windungen liegen so eng übereinander, daß das in vielen Fällen klebende und haftende Behandlungspulver nur in ganz geringem Maß herausläuft. Diese herauslaufenden Mengen sind in jedem Fall so gering, daß das weiter innenliegende Behandlungspulver ausreicht, um bei der Erwärmung auch in die pulverfreien Oberflächengebiete zu diffundieren.

Weiter ist zu beachten, daß das Aufwickeln mit einer gewissen Spannung erfolgt, so daß das Be-

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handlungspulver leicht zusammengedrückt und verdichtet wird. Die ihm dabei erteilte innere Festigkeit reicht aus, um ein unzulässiges Herauslaufen an der freien Seite der Spule zu unterbinden.

Falls es erwünscht ist, die Oberflächenbehandlung mit der Einwirkung eines Reaktionsgases zu unterstützen, sieht die Erfindung vor, daß ein Reaktionsgas durch die Abdeckplatte eingeleitet bzw. abgezogen wird.

Falls das Behandlungspulver von solcher Beschaffenheit ist, daß es aus einer einseitig abgedeckten Spule übermäßig herausläuft oder falls es aus anderen Gründen erwünscht ist, werden Abdeckplatten erfindungsgemäß auf beiden Seiten der Spule befestigt.

Eine andere Alternative der Erfindung sieht vor, daß eine Abdeckplatte auf einer Seite der Spule befestigt und die Spule mit der anderen Seite in einen Ofen eingestellt wird.

Dieser Gedanke wird gemäß der Erfindung so weiterentwickelt, daß ein schmelzbares Abdichtmaterial in dem Ofen um die andere Seite der Spule herumgelegt wird, um diese Seite während des Heiz- und Diffusionsschrittes hermetisch abzudichten.

Die Erfindung läßt sich bei einer großen Vielzahl von Eisen- und Nichteisenmetallen und mit einer großen Vielzahl von Überzugsmaterialien ausführen, auch wenn sie im folgenden in erster Linie aus Gründen der Einfachheit hauptsächlich unter Bezug auf das Eindiffundieren von Chrom in Eisen oder Stahl erläutert wird.

Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform beschrieben. Dabei ist

Fig.l eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile einer Vorrichtung, auf der das Metallband in die Form einer Spule gewickelt und das Behandlungspulver zwischen die einzelnen Windungen eingebracht wird,

F i g. 2 in anderem Maßstab eine Teildarstellung von zwei Walzen, wobei das Metallband über der links liegenden Walze zugeführt und um die rechts liegende Walze gewickelt wird,

F i g. 3 die perspektivische Ansicht einer fertiggewickelten Spule und

F i g. 4 ein Schnitt durch eine aufrecht in einer Schale stehende Spule, bereit zum Einsetzen in einen Ofen.

Fig.l zeigt das Metallband 21, das von rechts nach links durch eine Bremsvorrichtung 22 durchgeführt und dabei von der Walze 23 gezogen wird, die um ihre Achse 24 drehbar ist. Das Metallband 21 läuft unter Bildung einer Windung 30 auf die links liegende Walze 25 auf, die einen schraffiert gezeichneten Mantel hat und um ihre Achse 26 drehbar ist. Die Achse 26 und damit auch die Walze 25 sind um die Schwenkachse 29 verdrehbar. Damit kann sich die Walze 25 von der Walze 23 entfernen, um die beim Aufwickeln eintretende Durchmessererhöhung auszugleichen.

Die Bremsvorrichtung 22, die für einen konstanten Zug im Metallband 21 sorgt, besteht aus zwei sich an das Metallband 21 anlegenden Bremsplatten 32. Die Bremsplatten 32 sind zwischen einer Bodenplatte 33 und einer Andrückplatte 34 eingespannt und stehen unter dem Druck einer Feder 35.

Das Behandlungspulver 19 wird mit Hilfe der Auftragvorrichtung 20 zwischen die einzelnen Windungen 30 eingegeben. Das Behandlungspulver 19 wird in den Trichter 18 gefüllt. Diesen verläßt es über den Schlitz 53 und läuft von dort über eine Verteilerwalze in den Ablauftrichter 49. Die beiden Trichter 19 und 49 werden von einem Winkeleisen 117 getragen. Aus dem Ablauftrichter 19 läuft das Behandlungspulver 19 nach unten und fällt in den Spalt 47 zwischen den beiden Walzen 23 und 25. Der Anpreßdruck zwischen den beiden Walzen 23 und 25

ίο regelt die Dicke der Schicht des Behandlungspulvers 19, die auf einer Windung 30 gebildet wird.

F i g. 2 zeigt Teilabschnitte der Walzen 23 und 25. Die Walzen drehen sich hier entgegengesetzt wie in Fig.l. Praktisch ist Fig. 2 eine Rückansicht von

>5 Fig. 1. Das Metallband 21 wird über die Walze 23 zugeführt und wickelt sich um die Walze 25. Es entstehen die einzelnen Windungen 30, zwischen denen sich die Schichten 55 aus Behandlungspulver 19 befinden.

F i g. 3 zeigt eine fertige Spule 70. Auf ihrer sichtbaren Seite wird diese von der Abdeckplatte 76 abgedeckt. In diese ist ein Nippel 77 eingelassen, über den ein Reaktionsgas zugeführt und abgeleitet werden kann. F i g. 3 zeigt weiter die Naht bzw. Schweiß- naht 75. Entlang dieser Schweißnaht 75 ist die äußerste Windung 30 auf die nächstuntere Windung aufgeschweißt.

F i g. 4 zeigt eine in einer Schale 80 stehende Spule 70. Die untere und auf der Schale 80 aufstehende Seite der Spule 70 ist in ein Abdichtmaterial 81 eingebettet. Dieses Abdichtmaterial 81 dichtet die sonst offene Seite der Spule 70 ab. Die andere, obenliegende Seite der Spule 70 wird von der Abdeckplatte 76 abgedeckt, die an ihrem Umfang mit einer Schweißnaht 84 auf die äußerste Windung 30 aufgeschweißt ist. Unter der Abdeckplatte 76 bleibt noch ein Spalt 85 frei. Von dem Nippel 77 geht eine Leitung aus. In dieser Leitung liegt ein Ventil oder ein Regler 82, womit die Zu- und Ableitung von Reaktionsgas geregelt werden kann.

Die in F i g. 4 gezeigte Anordnung kann in einen Ofen eingeschoben und dort der üblichen Erwärmung ausgesetzt werden. Dabei schmilzt das Abdichtmaterial 81 und bildet eine hermetische Abdichtung. Diese Abdichtung bleibt auch bei der folgenden Kühlung erhalten. Über den Nippel 77 wird ein reduzierendes oder ein inertes oder ein anderes Gas zugeführt, wie es die jeweilige Oberflächenbehandlung erfordert. Die Außenseite der äußersten Windung 30 und die Abdeckplatte 76 können auf bekannte Weise mit wärmefesten oder oxydationsbeständigen Überzügen besprüht oder auf andere Weise mit diesen behandelt werden.

Zur Erläuterung der verschiedenartigen Überzugs-S materialien, mit denen sich erfindungsgemäß zufriedenstellende Ergebnisse eingestellt haben, sei auf eine Vielfalt von verschiedenen trockenen, pulverförmigen Mischungen verwiesen, die eine pulverförmige, hitzebeständige Füllstoffkomponente enthalten, ein Überzugsmetall, entweder in elementarer Form oder in Form einer Verbindung, sowie einen Energiespender, wie z. B. eine flüchtige Halogenidverbindung oder eine Halogenquelle, entweder in elementarer Form oder in Form einer Verbindung, wie es auf dem Gebiet der Herstellung von Diffusionsüberzügen aus trockenen Packungen bekannt ist. Als besonders brauchbar haben sich die folgenden Zusammenstellungen ergeben.

Claims (1)

1. Beispiel 1 bändern oder -blechen, die in eine zusammen-

   Gewichtsteile fließende Form gewickelt sind. So haben sich z.B.

   Tonerde in Plättchenfonn 80,00 zufriedenstellende Ergebnisse eingestellt, wenn man

   Chrompulver 19,75 als hitzefeste Füllstoffkomponente des Überzugs-

   Ammoniumbifluorid 0,25 5 materials solche Stoffe wie Tonerde, Kaolin, Magne-

   . sia und andere inerte, hitzebeständige Oxyde ver-

   Beispiel 2 wendete. Ähnlich kann das Behandlungsmetall

   Magnesiumoxyd 73,00 irgendeins aus einer großen Vielfalt von diffusions-

   Chrompulver 24,75 fähigen Metallen oder Legierungen sein, wie Chrom,

   Ammoniumbifluorid 0,25 io Molybdän, Wolfram, Titan, Zirkon, Eisen, Nickel,

   . -,ο Tantal, Kobalt, Kupfer, Beryllium, Zink, Vanadium

   Beispiel 3 usw., wie auch Mischungen aus diesen Metallen, was

   Feuerfester Ton 75,00 von dem jeweiligen für das Metallband 21 verwende-

   Ferrochrom 19,75 ten Metall und den besonders gewünschten Effekten

   Ammoniumchlorid 0,25 15 abhängt. Typische halogene Erregerstoffe sind auch

   . die verschiedenen Ammonium- oder Alkalihalide,

   Beispiel 4 elementare Halogene, gasförmige Halide usw. und

   Magnesiumoxyd 60,00 Mischungen aus diesen Stoffen.

   Chrompulver 20,00 _n *. * ■■ u

   Chromchlorid 10,00 *o Patentansprüche:

   Magnesiumpulver 10,00 1. Verfahren zum Eindiffundieren eines Über-

   . . zugsmaterials in die Oberfläche von langgestreck-B e 1 s ρ 1 e 1 5 · _tem Metallband durch Aufbringen des das ÜberTonerde 65,00 zugsmaterial enthaltenden Pulvers auf die Ober-Chrompulver 20,00 25 fläche und durch Erwärmen, dadurch g e -

   Chromfluorid 10,00 kennzeichnet, daß das Band in die Form

   Aluminiumpulver 5,00 einer Spule gewickelt und das Behandlungspulver

   . . während des Aufwickeins gleichförmig zwischen

   B e 1 s ρ 1 e 1 6 _dj_e benachbarten Windungen der Spule einge-

   Magnesiumoxyd 60,00 30 bracht wird, wobei das Ende der äußeren Win-

   Chrompulver 30,00 dung auf der Außenseite der nächstinneren Win-

   Chromchlorid 5,00 dung befestigt und eine Abdeckplatte mindestens

   Kalzium 5,00 auf eine Seite der Spule aufgelegt und an der

   . äußeren Windung befestigt wird.

   Beispiel7 ₃₅ 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

   Magnesiumoxyd 60,00 kennzeichnet, daß Reaktionsgas durch die Ab-

   Chrompulver 30,00 deckplatte eingeleitet bzw. abgezogen wird.

   Chromfluorid 5,00 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch

   Siliziumpulver 5,00 gekennzeichnet, daß Abdeckplatten auf beiden

   40 Seiten der Spule befestigt werden.

   Beispiele 4 Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch

   Magnesiumoxyd 40,00 gekennzeichnet, daß eine Abdeckplatte auf einer

   Chrompulver 30,00 Seite der Spule befestigt und die Spule mit der

   Chromfluorid 5,00 anderen Seite in einen Ofen eingestellt wird.

   Nickelpulver 15,00 45 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge-

   Nickelfluorid 5,00 kennzeichnet, daß ein schmelzbares Abdicht-

   Siliziumpulver 5,00 material in dem Ofen um die andere Seite der

   Spule herumgelegt wird, um diese Seite während

   Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß natürlich des Heiz- und Diffusionsschrittes hermetisch abeine Vielzahl von anderen Überzugsmaterialien, ent- 50 zudichten,
   weder diffusionsfähige Metalle oder andere Elemente

   wie Siliziumbor, in zufriedenstellendem Maße als In Betracht gezogene Druckschriften:

   Behandlungspulver verwendet werden können, und, Deutsche Patentschrift Nr. 598 354;

   wie bereits ausgeführt wurde, ist die Erfindung an- deutsche Auslegeschrift Nr. 1113 560;

   wendbar bei einer Vielzahl von verschiedenen Metall- 55 österreichische Patentschrift Nr. 177 259.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 510/478 2. 67

   Bundesdruckerei Berlin