DE1621494B2

DE1621494B2 - MEANS OF MANUFACTURING A PROTECTIVE COVER FOR METAL OBJECTS

Info

Publication number: DE1621494B2
Application number: DE19671621494
Authority: DE
Inventors: Miloslav Novak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-02-06
Filing date: 1967-02-06
Publication date: 1971-04-22
Also published as: DE1621494A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zum Herstellen eines Schutzüberzuges für Metällgegenstände zum Verhindern der bei chemischer Wärmebehandlung, wie Zementierung, Nitrierhärtung od. dgl., eintretenden Diffusion des Stickstoffs, Kohlenstoffs, Sauerstoffs und anderer Elemente in Teile der Oberfläche von Metallgegenständen, das Borverbindungen und solche Substanzen enthält, die auf der Oberfläche nach der Erwärmung der Metallgegenstände auf die Wärmebehandlungstemperatur eine Schicht bilden, welche durch Kapillarkrafteinwirkung die Schmelze der Borverbindungenblnden.The present invention relates to a means for manufacturing a Protective coating for metal objects to prevent chemical heat treatment, such as cementing, nitriding or the like, occurring diffusion of nitrogen, Carbon, oxygen and other elements in parts of the surface of metal objects, which contains boron compounds and such substances on the surface after Heating of the metal objects to the heat treatment temperature one layer which form the melt of the boron compounds through the action of capillary force.

Bei chemischer Wärmebehandlung verschiedener Maschinenteile ist es in manchen Fällen notwendig, bestimmte Partien derselben aus technologischen Gründen unbehandelt zu lassen, d. h. den ursprünglichen strukturellen Charakter des Materials-beizubehalten. Deswegen muß man solche Partien vor einem diffusiven Anreichern der Oberflächenschicht mit aggressiven, die charakteristische Struktur der Oberfläche modifizierenden Elementen schützen. Zum Beispiel ist es bei der Zementierung Kohlenstoff, bei der Nitrierhärtung Kohlenstoff und Stickstoff, bei der Oxydation Eisenzunder, welche in die angeführte Schicht diffundieren bzw. sie bedecken. Bei den bisherigen Schutzverfahren werden die entsprechenden Partien vor dem chemischen Wärmebehandlungsprozeß mit einem Buntmetallüberzug versehen, das ist vor der Zementierung galvanisch verkupfert, vor der Nitrierung verzinnt, während die mit Eisenzunderbildung begleiteten Erwärmungsprozesse in den von endo- bzw. -exothermischen Entwicklern gelieferten Inertgasmedien durchgeführt werden.In the case of chemical heat treatment of various machine parts, it is in some cases necessary, certain parts of the same for technological reasons leave untreated, d. H. to maintain the original structural character of the material. That is why such areas have to be prevented from diffusive enrichment of the surface layer with aggressive elements that modify the characteristic structure of the surface protection. For example, in cementing it is carbon, in nitriding it is hardening Carbon and nitrogen, in the oxidation iron scale, which in the cited Diffuse layer or cover it. With the previous protection procedures the corresponding parts with a non-ferrous metal coating before the chemical heat treatment process provided, that is galvanically copper-plated before cementing, before nitriding tinned, while the warming processes in the Carried out inert gas media supplied by endo- or exothermic developers will.

Die letztgenannten Verfahren kann man in der Praxis nur nach Durchführung einer Menge von langwierigen und anspruchsvollen Operationen ausführen. Die gewählten Partien, die mit dem entsprechenden Element, wie z. B. Kohlenstoff oder Stickstoff, diffusiv gesättigt werden sollen, sind zuvor gegen Verkupferung bzw. Verzinnung mit einem Schutzbelag von Elain, Bienenwachs, Paraffin od. dgl. zu versehen und zu schützen, welcher nach dem Galvanisierprozeß entweder mechanisch auf trockenem Wege beseitigt oder mit Heißwasser abgewaschen werden _-muß. Der Verkupferungsprozeß wird außerdem mit der Bildung verschiedener, im Galvanisierbad enthaltener Zyanprodukte begleitet, die nur mit Schwierigkeiten unschädlich gemacht werden können.In practice, the latter procedure can only be carried out after it has been carried out perform a lot of tedious and demanding operations. The chosen Lots that are related to the corresponding element, such as B. carbon or nitrogen, should be diffusively saturated, are against copper plating or tinning beforehand with a protective coating of Elain, beeswax, paraffin or the like. To be provided and to protect, which after the electroplating process either mechanically on dry Paths cleared or _-must be washed off with hot water. The copper plating process is also associated with the formation of various cyan products contained in the electroplating bath which can only be rendered harmless with difficulty.

Bei der Verzinnung dagegen tritt in bestimmten Fällen die Bildung intermetallischer Zinn-Eisen-Komplexe ein, die wegen ihrer Brüchigkeit die mechanischen Eigenschaften der zu behandelnden Maschinenteile ungünstig beeinflussen können. Eine Ver-, wendung von Inertgäsmedien als Schutzmittet"gegen Oxydation ist mit Rücksicht auf die relativ hohen Preise der Entwickler kostspielig und in manchen Fällen sogar unrentabel.In the case of tinning, on the other hand, formation occurs in certain cases intermetallic tin-iron complexes, which because of their brittleness, the mechanical Can have an unfavorable influence on the properties of the machine parts to be treated. The use of inert gas media as a protective agent against oxidation should be considered with consideration on the relatively high prices of the developers costly and in some cases even unprofitable.

Andere bekannte Schutzüberzüge gegen Diffusion der genannten Elemente in die Oberfläche von Metallgegenständen bei chemischer Wärmebehandlung bestehen aus Wasserglas und anorganischen schwerschmelzbaren Substanzen oder aus Glaspulver mit Schmelzmittelzusatz. In diese Gruppe gehört z. B. ein Schutzüberzug, der 55,% Kaolin, 35% Wasserglas und 10% Wasser enthält. Die aufgetragene Schicht desselben neigt zum Bersten und ist schälbar, so daß sie nur einen mittelmäßigen Schutz bietet. In der Zeitschrift »La Pratique.-des Industries Mecaniques« (1956 Nr. 6, S. 215) wurde ein Schutzüberzug beschrieben, welcher aus 200 g Glaspulver, 170 g Natriumsilikat (Na2Si03), 4 g Ammoniumhydroxid (NH40H) und 30g Wasser besteht.Other known protective coatings against diffusion of the elements mentioned exist in the surface of metal objects when subjected to chemical heat treatment from water glass and inorganic refractory substances or from glass powder with flux additive. This group includes: B. a protective coating that is 55% Contains kaolin, 35% water glass and 10% water. The applied layer of the same tends to burst and can be peeled, so that it offers only mediocre protection. In the magazine "La Pratique.-des Industries Mecaniques" (1956 No. 6, p. 215) a protective coating was described, which consists of 200 g glass powder, 170 g sodium silicate (Na2Si03), 4 g ammonium hydroxide (NH40H) and 30 g water.

Ein anderer bekannter Schutzüberzug zum Verhindern der Diffusion des Kohlenstoffs und Stickstoffs enthält 63'1/o Lehm, 25 % Natriumsilikat (Na2Si03), 6% Borax (N2B40,r - 1 0H20) und 6% Natriumkarbonat. Der Nachteil der oben angeführten Schutzbezüge besteht in deren schwieriger Beseitigung nach der chemischen Wärmebehandlung. Ein anderer Nachteil ist die Anwesenheit der Alkalimetallionen (hier Na+-Ionen) in Borverbindungen. Die bei dem Wärmeprozeß eintretende Flüchtigkeit dieser Ionen führt zum Verzögern des Kohlenstoffdiffusionsverlaufes auf den ungeschützten Partien infolge deren Umkehrreaktion mit Kohlendioxid.Another known protective coating for preventing diffusion of the Carbon and nitrogen contains 63'1 / o clay, 25% sodium silicate (Na2Si03), 6% borax (N2B40, r - 1 0H20) and 6% sodium carbonate. The disadvantage of the above Protective covers are difficult to remove after chemical heat treatment. Another disadvantage is the presence of the alkali metal ions (here Na + ions) in boron compounds. The volatility of these ions which occurs during the heating process leads to a delay in the carbon diffusion process on the unprotected areas as a result of their reverse reaction with carbon dioxide.

Der Nachteil der anderen bekannten, eine Mischung aus Borsäure und Bortrioxid enthaltenden Schutzbezüge besteht darin, daß die Borsäure mit dem Grundmetall unter der Bildung der Borate des zwei= und dreiwertigen Eisens reagiert, was zu einem unerwünschten Aufätzen des Grundmaterials führt. Bortrioxid allein bietet zwar in bestimmtem Maße einen Schutz gegen Kohlenstoff- und Stickstoffdiffusion, ist aber ganz unwirksam gegen Oxydation der Oberflächenschicht des Metallgegenstandes und bildet außerdem -ebenfalls wie Borsäure - Materialkorrosion hervorrufende Eisenborate. Diese Oxydationserscheinungen treten auch dann auf; wenn beim Zementieren mit einem Zementpulver gearbeitet wird, das mehr als 2 0lo- .Feuchtigkeit enthält. Daher sind beim Arbeiten mit Borsäure und Bortrioxid besondere Maßnahmen der Vorsicht erforderlich.The disadvantage of the other known, a mixture of boric acid and Boron trioxide-containing protective coverings consists in that the boric acid with the base metal reacts with the formation of the borates of divalent and trivalent iron, which leads to leads to undesired etching of the base material. Boron trioxide alone provides to a certain extent a protection against carbon and nitrogen diffusion, but is completely ineffective against oxidation of the surface layer of the metal object and, like boric acid, also forms iron borates which cause material corrosion. These symptoms of oxidation also occur then; if when cementing with one Cement powder is worked that contains more than 2 0lo-. Moisture. Hence are special precautionary measures are required when working with boric acid and boron trioxide.

Bekanntgeworden ist auch ein Schutzüberzug, welcher aus einer in Wasser unlöslichen Blei-Bor-Silikat-Fritte besteht. Durch die Unlöslichkeit in Wasser ist dieser-Schutzüberzug nicht ganz leicht zu entfernen. Aber auch das Auftragen dieses Schutzüberzuges ist nicht ganz= einfach und muß unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen durchgeführt werden, da beim Erwärmen das Blei - eine giftige Komponente - teilweise flüchtig wird und die Werkstatt-Atmosphäre vergiften kann.A protective coating has also become known, which consists of one in water insoluble lead-boron-silicate frit. Because of its insolubility in water this protective coating is not very easy to remove. But also applying this Protective cover is not very easy and must be taken under special precautionary measures be carried out, because when heated the lead - a poisonous component - partially becomes volatile and can poison the workshop atmosphere.

Die oben angeführten Nachteile der bisherigen bekannten Schutzbezüge beseitigt die vorliegende Erfindung. Diese. schafft einen bei den Bearbeitungstemperaturen besonders festhaftenden, leicht wieder entfernbaren Überzug, der die mit ihm überzogene Oberfläche wirksam schützt, ohne sie in irgendeiner Form anzugreifen.The above-mentioned disadvantages of the previously known protective covers eliminates the present invention. These. creates one at the processing temperatures particularly adhesive, easily removable cover that covered the with it Effectively protects the surface without attacking it in any way.

.Die Erfindung besteht darin, daß das -Mittel mindestens ein -Borat eines Metalls, wie Kupfer, Aluminium, Zink, . Cadmium; Magnesium, Mangan, Nickel, Zinn und Chrom, ausgenommen Alkalimetalle, enthält.The invention consists in the fact that the agent has at least one borate of a metal such as copper, aluminum, zinc,. Cadmium; Magnesium, manganese, nickel, Contains tin and chromium, excluding alkali metals.

Zweckmäßig ist es, wenn das Mittel als Substanz, die die Schmelze bindende Schicht bildet, hochmolekulare organische, einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweisende Verbindungen, wie z. B. Nitrozellulose, Kolophonium, Gelatine, Polystyrol, Silikonlack oder organische Aluminiumverbindungen, wie i z. B. Aluminiumnaphthenat, Aluminiumstearat, Aluminiumalkoholat od. dgl., einzeln oder in Mischung enthält.It is useful if the agent as a substance that the melt Binding layer forms, high molecular organic, a high carbon content having compounds, such as. B. nitrocellulose, rosin, gelatin, polystyrene, Silicone varnish or organic aluminum compounds, such as i z. B. aluminum naphthenate, Contains aluminum stearate, aluminum alcoholate or the like, individually or as a mixture.

Vorteilhaft ist es, wenn in der Trägerflüssigkeit des Mittels sich solche, als Bindemittel wirkende organische Substanzen einzeln oder in Mischung gelöst befinden, welche bei der Bearbeitungstemperatur eine die Schmelze des Metallborates oder eine Mischung der Metallborate durch Kapillarkrafteinwirkung bindende Schicht auf der Metallgegenstandoberfläche bilden.It is advantageous if in the carrier liquid of By means of such organic substances acting as binders individually or are dissolved in a mixture, which is a melt at the processing temperature of the metal borate or a mixture of the metal borates by the action of capillary force Form a binding layer on the metal object surface.

Durch selektive Verwendung verschiedener Metallborate mit einem zwischen 510 und 1250° C schwankenden Schmelzpunkt bzw. deren Kombination kann man die für verschiedene Arten von chemischen Wärmebehandlungen geeigneten Schutzüberzüge erhalten. Eine vollkommene Anhaftung der Boratschmelze an der Metalloberfläche kann man durch Verwendung organischer Aluminiumverbindungen oder hochmolekularer organischer, an Kohlenstoff reicher Verbindungen bzw. ihrer Kombinationen erzielen. Ihrem Charakter entsprechend- können diese Substanzen auch die Aufgaben eines eine festhaftende Schicht bildenden Bindemittels zusammen mit pulverisierten Metallboraten nach dem Lösungsmittelabdampfen erfüllen.By selective use of different metal borates with an between 510 and 1250 ° C fluctuating melting point or their combination can be used for protective coatings suitable for various types of chemical heat treatments. Complete adhesion of the borate melt to the metal surface can be achieved through Use of organic aluminum compounds or high molecular weight organic compounds Achieve carbon-rich compounds or their combinations. Your character Correspondingly- these substances can also do the jobs of an adherent Layer-forming binder together with powdered metal borates after Meet solvent evaporation.

Ausführungsbeispiele der Erfindung: Die in den nachstehenden konkreten Ausführungsbeispielen angeführten prozentuellen Mengen der erfindungsgemäßen Schutzüberzugskomponenten sind in Gewichtsprozent angegeben.Embodiments of the invention: The specific in the following Percentage amounts of the protective coating components according to the invention given in the examples are given in percent by weight.

a) 2 % Aluminiumalkoholat, 13 % Aluminiumstearat, 50 % Aluminiumborat und 35 % Toluen - für Temperaturen von 500 bis 1350° C; b) 50% Kupferborat, 8% Nitrozellulose und 42,D/o. Azeton - für Temperaturen von 200 bis 1250° C; c) 47'% Aluminiumborat, 10% Polystyrol, 3'% Kautschuk und 40'% Toluen - für Temperaturen von 500 bis 1250° C; d) 60% Zinkborat; 10% Gelatine und 30% Wasser - für Temperaturen von 500 bis 1250° C; e) 30% Kadmiumborat, 15'0% Polystyrol, 15% Aluminiumstearat und 40% Toluen - für Temperaturen von 480 bis 110° C; f) 30% Kupferborat, 20% Aluminiumborat, 800/0 Nitrozellulose und 42o/0 Azeton - für Temperaturen von 500 bis 1250° C; g) 50'% Magnesiumborat, 3 bis 28 % Silikonlack und Toluen bis 100 %. Auf die gereinigten Partien der zur chemischen Wärmebehandlung bestimmten Metallgegenstände, die vor der Diffusion zu schützen sind, wird der erfindungsgemäße Schutzüberzug gespritzt oder mit einem Pinsel aufgetragen. Nach dem Abdampfen der Trägerflüssigkeit kann man die chemische Wärmebehandlung durchführen.a) 2% aluminum alcoholate, 13% aluminum stearate, 50% aluminum borate and 35% toluene - for temperatures from 500 to 1350 ° C; b) 50% copper borate, 8% nitrocellulose and 42, D / o. Acetone - for temperatures from 200 to 1250 ° C; c) 47% aluminum borate, 10% polystyrene, 3% rubber and 40% toluene - for temperatures from 500 to 1250 ° C; d) 60% zinc borate; 10% gelatin and 30% water - for temperatures from 500 to 1250 ° C; e) 30% cadmium borate, 15% polystyrene, 15% aluminum stearate and 40% toluene - for temperatures from 480 to 110 ° C; f) 30% copper borate, 20% aluminum borate, 800/0 Nitrocellulose and 42o / 0 acetone - for temperatures from 500 to 1250 ° C; g) 50% Magnesium borate, 3 to 28% silicone varnish and toluene up to 100%. On the cleaned Lots of metal objects intended for chemical heat treatment, which before the diffusion are to be protected, the protective coating according to the invention is sprayed or applied with a brush. After evaporation of the carrier liquid can to perform the chemical heat treatment.

Claims

Claims: 1. Means for producing a protective coating for Metal objects to prevent chemical heat treatment, such as cementing, Nitriding or the like, occurring diffusion of nitrogen, carbon, oxygen and other elements in parts of the surface of metal objects, the boron compounds and contains those substances that appear on the surface after the metal objects are heated to the heat treatment temperature form a layer, which by the action of capillary force binds the melt of the boron compounds, characterized by the fact that the agent at least one borate of a metal, such as copper, aluminum, zinc, cadmium, magnesium, Contains manganese, nickel, tin and chromium, excluding alkali metals.

2. Medium after Claim 1, characterized in that it is the substance that binds the melt Layer forms, high molecular weight organic, high carbon content Connections such as B. nitrocellulose, rosin, gelatin, polystyrene, silicone varnish or organic aluminum compounds, such as. B. aluminum naphthenate, aluminum stearate, Aluminum alcoholate or the like, - contains individually or as a mixture.

3. Medium after Claim 1 and 2, characterized in that such organic substances acting as binders are found individually or in a mixture, which at the processing temperature a the melt of the metal borate or a Mixing of the metal borates by the action of capillary force on the binding layer Form metal object surface.