DE1521212C3 - Verfahren zum Erzeugen von Schutzschichten auf metallischen Gegenständen durch Eindiffundieren von Chrom in die Oberfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von verhältnismäßig dicken, insbesondere bei hohen Temperaturen oxydations-, korrosions-, thermoschock- und zunderbeständigen Schutzschichten auf metallischen, einen hohen Nickelgehalt in der Oberfläche aufweisenden Gegenständen durch Eindiffundieren von Chrom in die Oberfläche.

Nickel besitzt bekanntlich eine gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion. Man hat daher schon metallische Gegenstände mit einer reinen Nik- ίο kelschicht, beispielsweise auf galvanischem Wege, überzogen. Nickel wird aber beim Erhitzen auf höhere Temperaturen schon vergleichsweise frühzeitig in Abhängigkeit von der umgebenden Atmosphäre mehr oder weniger stark durch Luftsauerstoff, Schwefel oder Schv/efelverbindungen oxydierend bzw. korrodierend'angegriffen.

Es ist weiter bekannt, daß durch Zulegieren von 20 bis 60% Chrom die Beständigkeit des Nickels gegen Oxydations- bzw. Korrosiönsangriff, insbesondere bei höheren Temperaturen stark verbessert werden kann. Es ist aber nicht in allen Fällen wünschenswert, die Gegenstände vollständig aus einer Legie-, rung mit beispielsweise 60% Chrom und 40% Nickel herzustellen. Da vor allem die Oberfläche der Gegenstände den oxydierenden .bzw. korrodierenden Angriffen ausgesetzt sind, würde an sich die Bildung einer Schutzschicht, bestehend aus Chrom und Nickel in vielen Fällen genügen.

Versuche in der diesbezüglichen Richtung, bei denen Chrom in eine hochnickelhaltige Oberfläche von Gegenständen eindiffundiert wurde, ergaben, daß die Chromkonzentration von der Oberfläche zum Innern hin verhältnismäßig schnell sank. Die so erzeugten Schutzschichten wiesen nur in einem verhältnismäßig engen Bereich der Zone die für ausreichende Beständigkeit notwendige Chromkonzentration, welche bei etwa 50 % liegt, auf und genügten nicht in allen Fäl- · len den gestellten Anforderungen. Die Versuche wurden der Einfachheit halber zum Teil an Proben aus reinem Nickel und auch an solchen aus Nickellegierungen mit etwa 75 % Nickel, 20 % Chrom und Rest an weiteren Elementen vorgenommen. Tn allen Fällen ergab sich dasselbe Bild einer verhältnismäßig schnellen Abnahme der Chromkonzentration von der Oberfläche zum Innern der Proben.

Aufgabe der Erfindung ist nun, ein Verfahren zu finden, das die Bildung dickerer Schutzschichten mit verhältnismäßig hoher Chromkonzentration auf metallischen Gegenständen mit hohem Nickelgehalt in der Oberfläche, insbesondere mit einer Nickelschicht überzogenen Gegenständen oder Gegenständen aus Nickel und Nickellegierungen durch Eindiffundieren von Chrom in ihre Oberfläche gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, mit dem Chrom gleichzeitig Eisen einzudiffundieren.

Gegenstände, die mit einer Nickelschicht überzogen waren, sowie solche aus Nickel oder einer mindestens 50% Nickel enthaltenden Legierung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, zeigten überraschenderweise verhältnismäßig dicke Schutzschichten mit hoher Chromkonzentration. Dabei trat keine Verschlechterung der Eigenschaften der erzeugten Schutzschicht auf, wie eigentlich zu erwarten gewesen wäre. Überraschend war auch, daß das eindilrundierte Eisen dem gleichzeitig mit ihm eindiffundierten Chrom nicht die verfügbaren Plätze wegnahm, sondern der Nickelgehalt in der Oberflächenzone um den dem eindiffundierten Eisen entsprechenden Prozentgehalt verringert wurde. Dies bringt einen weiteren Vorteil mit sich, weil der Schmelzpunkt des Eutektikums Eisen-Eisensulfid (Fe-FeS) bei 988° C liegt, gegenüber dem des Eutektikums Nickel-Nickelsulfid (Ni-Ni₁₁S₂) von 645° C. Hierdurch wird also die Beständigkeit auf höhere Temperaturen angehoben.

Die Übertragung bzw. Eindiffusion von Chrom und Eisen erfolgt über die Dampfphase, wobei sowohl Chrom als auch Eisen als Halogenverbindungen vorliegen. Die zu behandelnden Gegenstände aus Nickel oder einer Nickellegierung oder auch Gegenstände aus einem Metall oder einer Metall-Legierung mit einem Schmelzpunkt oberhalb der Chromdiffusionstemperatur, auf die zuvor eine Nickelschicht aufgetragen wurde, werden zweckmäßigerweise in ein aus 10% Chromchlorid, 5% Eisenchlorid und 85% Aluminiumoxyd bestehendes Gemisch eingepackt und je nach gewünschter Schichtdicke auf etwa 1000 bis 1200° C bei einer .Verweilzeit von 5 bis 20 Stunden (,'. auf dieser Temperatur erhitzt. Die angegebene Zusammensetzung des Einpackgemisches ist nur als Beispiel angeführt. So können beispielsweise an Stelle der Chloride andere Halogenide oder auch anders zusammengesetzte Gemische für den Zweck nach der Erfindung verwendet werden.

Neben Gegenständen' aus reinem Nickel oder Nikkellegierungen mit mindestens 50% Nickel und Schmelzpunkten oberhalb 1100° C ist das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil auf Metalle und Metall-Legierungen anwendbar, die selbst nicht genügend Nickel enthalten, um die Bildung der gewünschten Chrom-Nickel-Eisen-Überzugsschicht zu ermög- liehen oder die sonst nicht ohne weiteres chromiert werden könnten, weil z. B. infolge ungenügender Mischkriställbildung bzw. Löslichkeit für Chrom oder Behinderung durch andere Elemente, wie Kohlenstoff od. dgl. eine Beeinträchtigung der Eindiffusion vom Grundwerkstoff her vorliegt. In diesen Fällen wird durch das Auftragen einer Nickelschicht, beispielsweise auf galvanischem Wege oder durch Spritzen eine Basis für das einzudiffundierende Chrom und Eisen geschaffen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Gegenstände aus Metallen oder Metall-Legierungen insbesondere dann von Vorteil, wenn der Kern der Gegenstände eine hohe Festigkeit, Zähigkeit oder andere besondere Eigenschaften aufweisen soll und die Oberfläche gegen Korrosion, Zunderbildung oder Thermoschockbeanspruchung bei hohen Temperaturen geschützt werden soll.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Erzeugen von verhältnismäßig dicken, insbesondere bei hohen Temperaturen oxydations-, korrosions-, thermoschock- und zunderbeständigen Schutzschichten auf metalli-' sehen, aus Nickel oder einer mindestens 50 % Nickel enthaltenden Legierung bestehenden oder mit einer Nickelüberzugsschicht versehenen Gegenständen durch Eindiffundieren von Chrom in ihre Oberflächen, gekennzeichnet durch gleichzeitiges Eindiffundieren von Chrom und Eisen in die Oberfläche der Gegenstände.