DE1771944A1

DE1771944A1 - Process for the treatment of metallic surfaces

Info

Publication number: DE1771944A1
Application number: DE19681771944
Authority: DE
Inventors: Jean-Loup Polti
Original assignee: CT STEPHANOIS DE RECH MECANIQU; Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Current assignee: CT STEPHANOIS DE RECH MECANIQU; Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Priority date: 1968-08-05
Filing date: 1968-08-05
Publication date: 1972-02-10

Description

Verfahren zur Behandlung metallischer Oberflächen Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Erzielung von Oberflächen großer Härte, welche ausgezeichnete Reibeigenschaften besitzen, verschleißfest sind und nicht zum Festfressen neigen, und das bei beliebigen nitrierbaren Metallteilen anwendbar ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zunächst eine Nitrierung des Metallteils erfolgt, daß dann auf elektrolytischem Wege oder durch beliebige andere Mittel (chemischer Niederschlag, Aufbringen mittels einer Schweißelektrode, Aufbringen in Dampfphase, usw.) ein Oberflächenüberzug eines Metalls oder einer Legierung aus zwei oder mehreren Metallen aufgebracht wird, wobei das Metall oder die die Legierung bildernbn Metalle mit dem Stickstoff harte Verbindungen bilden können, und daß schließlich das auf diese.Weise überzogene Teil einer Wärmebehandlung unterzogen wird, die in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird, die nicht mit dem den Oberflächenüberzug bildenden Metall oder den Metallen reagiert, wobei diese Wärmebehandlung eine Diffusion des in derr nitrierten Träger eingeschlossenen Stickstoffs durch die Oberflächenschicht und von innen nach außen zur Folge hat.Process for the treatment of metallic surfaces. Object of the invention is the creation of a method for obtaining surfaces of great hardness, which have excellent frictional properties, are wear-resistant and do not seize tend, and that is applicable to any nitrable metal parts. This task is achieved according to the invention in that first a nitriding of the metal part takes place that then electrolytically or by any other means (chemical Precipitation, application by means of a welding electrode, application in vapor phase, etc.) a surface coating of a metal or an alloy of two or more Metals is applied, the metal or the alloy forming metals hard compounds can form with nitrogen, and that ultimately leads to this way coated part is subjected to a heat treatment in a Gas atmosphere is carried out, which do not match the surface coating forming metal or metals reacts, this heat treatment causing diffusion of the nitrogen trapped in the nitrided carrier through the surface layer and from the inside out.

Um dieses Ergebnis zu erzielen, sind bestimmte Bedingungen zu erfüllen.In order to achieve this result, certain conditions must be met.

Die Nitrierung, die die erste Phase der Behandlung darstellt, muß eine an Stickstoff übersättigte interstitielle Lösung in die tiefen Schichten des Metallteiles bringen, und zwar entsprechend einer Stärke von 0,1 bis 6 mm, oder zusammen mit der vorstehend angeführten interstitiellen Lösung zu einer Oberflächen-Mikroschicht führen, die aus Stickstoffverbindungen des Metalls besteht, welches für die durch die Behandlung gemäß der Erfindung angestrebte harte Schicht als Träger dient. Diese Mikroschicht muß eine Dicke zwischen 2 und 20 Mikron besitzen.Nitriding, which is the first phase of treatment, is a must an interstitial solution saturated with nitrogen into the deep layers of the Bring metal part, according to a thickness of 0.1 to 6 mm, or together with the above interstitial solution to form a surface microlayer lead, which consists of nitrogen compounds of the metal, which for the through the hard layer sought after the treatment according to the invention serves as the support. These Microlayer must be between 2 and 20 microns thick.

Der auf den nitrierten Träger erzeugte Oberflächen-Metallüberzug muß eine Dicke von wenigstens 2 Mikron aufweisen.The surface metal coating produced on the nitrided support must have a thickness of at least 2 microns.

Die Metalle oder Metallegierungen, die zur Aufbringung als'Metallüberzug auf den nitrierten Träger geeignet sind, gehören zur ersten, zweiten, dritten und vierten langen Reihe des Systems periodischer Elemente und demnach zu: Y (23) bis Ni (28) Cb (41) bis Pd (46) Ta (73) bis Pt (78) Pa (91) bis Cm (96) Je nach der Temperatur muß die End-Wärmebehandlung von einer Dauer sein, die zwischen den in der Kurvendarstellung in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung festgelegten Grenzen gewählt ist. In dieser Kurvendarstellung ist auf der Abszisse die Behandlungstemperatur in °C und auf der Ordinate die Behandlungsdauer in Stunden angegeben. Die Darstellung zeigt zwei Kurven A und B; die Behandlungsdauer muß innerhalb des zwischen diesen zwei Kurven A und B liegenden Bereichs C gewählt werden.The metals or metal alloys used for application as a 'metal coating are suitable on the nitrided carrier belong to the first, second, third and fourth long series of the system of periodic elements and thus to: Y (23) to Ni (28) Cb (41) to Pd (46) Ta (73) to Pt (78) Pa (91) to Cm (96) each according to the temperature, the final heat treatment must be of a duration between the limits defined in the graph in FIG. 1 of the accompanying drawing is chosen. In this graph, the treatment temperature is on the abscissa in ° C and on the ordinate the treatment time in hours. The representation shows two curves A and B; the duration of treatment must be within the between these two curves A and B lying area C can be selected.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen erläutert, welche einerseits verschiedene Anwendungsmöglichkeiten des Behandlungsverfahrens gemäß der Erfindung beschreiben und andererseits erkennen lassen, daß die gemäß der Erfindung behandelten Gegenstände der Reibung standhalten, verschleißfest sind und nicht zum Rupfen oder Festfressen neigen. Die Versuche entsprechen dem Faville-Irevally-Test genannten Reibungstest, bei dem sich ein Prüfkörper a vom Durchmesser 6,35 mm eingeklemmt zwischen zwei Backen b und c dreht, die einen V-förmigen Ausschnitt von 900 aufweisen. Diese Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kraft, die die Backen b und c gegen den Prüfkörper a drückt, beträgt 150 Decanewton . Das Umgebungsmedium ist Wasser. Die Gleit- oder Schlupfgeschwindigkeit beträgt 0,1 m/sec.The invention is explained below with the aid of examples which, on the one hand, describe various possible uses of the treatment method according to the invention and, on the other hand, show that the objects treated according to the invention withstand friction, are wear-resistant and do not tend to pluck or seize. The tests correspond to the friction test called the Faville-Irevally test, in which a test specimen a with a diameter of 6.35 mm is clamped between two jaws b and c, which have a V-shaped cutout of 900 mm. This arrangement is shown in FIG. The force that presses the jaws b and c against the test specimen a is 150 decanewtons. The surrounding medium is water. The sliding or slipping speed is 0.1 m / sec.

BEISPIEL 1 Ein Prüfkörper aus rostfreiem Stahl vom Typ Z3 ON 18.10 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,015 % wird in einem Bad aus geschmolzenem Kaliumzyanat bei 450°C während einer Dauer von 6 Stunden nitriert, so daß eine Stickstoffdiffusion in die tiefen Schichten des Stahls bis zu einer Tiefe von 0,3 mm erhalten wird. Auf dieses Teil wird anschließend auf elektrolytischem Wege ein Überzug von 10 Mikron-Stärke einer Eisen-Wolfram-Legierung aufgebracht. Nach einer in neutraler Argonatmosphäre durchgeführten Wärmebehandlung weist die Oberflächenschicht eine Härte af, die größer als 1500 Vickers bei 15 Gramm ist.EXAMPLE 1 A test piece made of stainless steel of the type Z3 ON 18.10 with a carbon content of 0.015% is nitrided in a bath of molten potassium cyanate at 450 ° C for a period of 6 hours, so that nitrogen diffusion into the deep layers of the steel up to one Depth of 0.3 mm is obtained. A 10 micron coating of an iron-tungsten alloy is then electrolytically applied to this part. After a heat treatment carried out in a neutral argon atmosphere, the surface layer has a hardness af that is greater than 1500 Vickers at 15 grams.

Wird dieser Prüfkörper in der Faville-Maschine zwischen Backen, die aus ungeschliffenem rostfreiem Stahl von gleicher Art wie der Prüfkörper bestehen, in Drehung versetzt, so kann sich dieser Prüfkörper während 45 Minuten mit einem Reibungskoeffizienten von 0,35 und einem weniger als 2 Milligramm betragenden Gewichtsverlust drehen. Wird aus Vergleichsgründen der gleiche Versuch mit einem unbehandelten Prüfkörper durchgeführt, so führt dies zu einem sofortigen Festfressen.If this test specimen is rotated in the Faville machine between jaws made of unpolished stainless steel of the same type as the test specimen, this test specimen can move for 45 minutes with a coefficient of friction of 0.35 and a coefficient of less than 2 milligrams Turning weight loss. If, for reasons of comparison, the same test is carried out with an untreated test specimen, this leads to immediate seizure.

BEISPIEL Auf einem gesinterten Eisenteil wird zunächst in einem Bad aus geschmolzenem Kaliumzyanat bei der Temperatur von 570°C eine Nitrierung durchgeführt, die zusätzlich zu einer interstitiellen Stickstofflösung in den tiefen Schichten zu einer Oberflächenmikroschicht von 5 Mikron Dicke führt, welche im wesentlichen aus Eisen-Stickstoff-Verbindungen besteht. Auf diesen Prüfkörper wird anschließend auf elektrolytischem Wege ein Überzug einer Eisen-Wolfram-Legierung von 10 Mikron Stärke aufgebracht.EXAMPLE On a sintered iron part is first in a bath nitration is carried out from molten potassium cyanate at a temperature of 570 ° C, which is in addition to an interstitial nitrogen solution in the deep layers results in a surface micro-layer 5 microns thick which is essentially consists of iron-nitrogen compounds. This test body is then applied an iron-tungsten alloy coating of 10 microns by electrolytic means Strength applied.

Nach einer gemäß der Erfindung durchgeführten Wärmebehandlung ist die Härte der Oberflächenschicht größer als 1500 Yickers unter 15 Gramm.After a heat treatment carried out according to the invention is the hardness of the surface layer greater than 1500 yickers under 15 grams.

BEISPIEL 3 Ein Prüfkörper aus Stahl mit 0,3 96 C, 0,6 96 Mn, 0,3 9d Si, 3 96 Cr, 1 g6 Ni, 0,3 q6 Mo wird auf gasförmigem Wege in der Weise nitriert, daß eine Stickstoffdiffusion in die tiefen Schichten erhalten wird. Auf diesen Prüfkörper wird anschließend durch einen Niederschlag in Dampfphase ein Wolframüberzug von 10 Mikron &ärke aufgebracht. Nach der Wärmebehandlung in Argonatmosphäre besitzt die Oberflächenschicht eine Härte ,von 't700 H. Y. unter 15 Gramm.EXAMPLE 3 A test piece made of steel with 0.3 96 C, 0.6 96 Mn, 0.3 9d Si, 3 96 Cr, 1 g6 Ni, 0.3 q6 Mo is nitrided in a gaseous way in such a way that nitrogen diffusion is preserved in the deep layers. A tungsten coating of 10 microns thick is then applied to this test specimen by means of a vapor deposition. After the heat treatment in an argon atmosphere, the surface layer has a hardness of 't700 HY less than 15 grams.

Wird dieser Prüfkörper in der Faville-Maschine zwischen ungeschliffenen Backen aus Stahl mit 0,36 96 C, 0,28 % Si, 0,55 9d Mn in Drehung versetzt, so kann sich der Prüfkörper während 30 Minuten drehen, wobei die Oberflächen nach dieser Zeitspanne, vollkommen poliert sind und der Verschleiß vernachlässigbar ist. Wird aus Vergleichsgründen der gleiche Versuch mit einem unbehandelten Prüfkörper durchgeführt, so tritt sofort ein Festfressen auf.If this test specimen is rotated in the Faville machine between unground jaws made of steel with 0.36 96 C, 0.28% Si, 0.55 9d Mn, the test specimen can rotate for 30 minutes, the surfaces after this Time span, are completely polished and wear is negligible. If, for reasons of comparison, the same test is carried out with an untreated test specimen, seizure occurs immediately.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e f 1. Process for the treatment of metallic Surfaces to achieve better frictional properties, greater wear resistance and a resistance to seizure, which means that it is not indicated n e t that nitriding is first carried out on the metallic surface, that then a surface coating is carried out with at least one metal that forms hard compounds with nitrogen, and that ultimately in a gas environment, which does not react with the metal forming the surface layer, a heat treatment is carried out, which is the diffusion of the nitrogen trapped in the metal effected in the layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that g ek e n n z e i c h n e t that the initial nitriding is carried out in such a way that on the metallic Surface with a thickness of 0.1 to 0.6 mm a layer supersaturated with nitrogen is produced.

3. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t, that the initial nitriding is carried out so that on the metallic layer a surface layer is created from a nitrogen compound, the strength of which is between 2 and 20 microns.

4. The method according to claim 'i, characterized in that the metal coating on the nitrided layer has a thickness of at least 2 microns. 5. The method according to claims I and 4, characterized in that the surface coating applied to the nitrided surface consists of metals belonging to the following series of the system of periodic elements: (23) to Ni (28) Ob ( 4'i) to Pd (46) Ta ( 73) to Pt (78) Pa (91) to Cm (96).