DE1925497C3 - Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten auf Werkstücken aus Stahl - Google Patents

Description

Metallschicht aufgedampft wird, dg durch ge- Sofern man metallische Schichten auf kaltyerkennzeichnet, daß die Werkstücke in kalt- formte Stahlerzeugnisse aufgebracht hat, sind diese verformtem Zustand gereinigt und vorgewärmt io stets zuvor mehrere Stunden lang einer Rekristalli- und nach dem Bedampfen einmal bei einer zwi- sationsglühbehandlung in einer neutralen oder reduschen 500 und 1000° C liegenden Temperatur zierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von geglüht werden. etwa 700° C unterzogen worden, im Anschluß daran

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- erhielt man eine erhebliche Verbesserung der Bindekennzeichnet, daß vor dem Aufdampfen von 15 kräfte zwischen Beschichtung und Stahloberfläche, Chrom, Nickel, Kobalt, Molybdän oder einer Le^- als sie bei einer kaltgehärteten, nicht rek*^:>tallisiergierung derselben die Vorwärmung bei einer zwi- ten Oberfläche möglich waren. Der Aufwand für ein sehen 350 und 500° C liegenden Temperatur derartiges Verfahren war jedoch so erheblich, daß durchgeführt wird. man die Beschichtung kaum noch wirtschaftlich

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ao durchführen konnte.

kennzeichnet, daß nach dem Aufdampfen von Das Aufdampfen von Metallüberzügen auf metal-

Chrom, Nickel, Kobalt, Molybdän oder einer lischen Gegenständen beschreibt gleichfalls das Legierung derselben bei einer zwischen 500 und schweizerische Patent 207 351. Dabei wird eine Le-750° C liegenden Temperatur geglüht wird. gierungsbildung des Trägermetalls mit dem aufzu-

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- as dampfenden Metall durch eine entsprechende Erkennzeichnet, daß vor dem Aufdampfen von Alu- hitzung des Trägermetalls erzielt. Auch hieraus läßt minium, Kupfer, Kadmium oder einem anderen, sich abe- nicht entnehmen, daß man bei kaltverformunter dem Einfluß von Wärme schnell der Diffu- tem Material die Rekristallisationsglühung nicht mehr sion unterliegenden Metall oder einer Legierung angewendet hat. Die Eindiffundierung eines Beschichauf der Basis eines dieser Metalle die Vorwär- 30 tungsmetalls in das Trägermetall wird in der franzömung bei einer niedriger als 450° C liegenden sischen Patentschrift 1 525 034 beschrieben, wobei Temperatur durchgeführt wird. das Trägermetall sein Ausgangsgefüge beibehält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Auch hiernach geht man davon aus, daß zunächst im kennzeichnet, daß nach dem Aufdampfen von Anschluß an eine Kaltverformung ein Rekristallisa-Aluminium, Kupfer, Kadmium oder einem ande- 35 tionsglühen vorgenommen werden muß. Weiterhin ren, unter dem Einfluß der Wärme schnell der wird in der deutschen Patentschrift 1225 016 ein Diffusion unterliegenden Metall oder einer ent- Verfahren zum Beschichten metallischer Fasern sprechenden Legierung derselben bei einer zwi- durch Vakuumbedampfung vorgeschlagen, wobei ein sehen 500 und 600° C liegenden Temperatur ge- Diffusionsglühen zum Zwecke einer Homogenisieglüht wird. 40 ning, also zur Bildung eines homogen legierten Werk-

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- stoffes, zu wählen ist. Von einer oberflächlichen Bekennzeichnet, daß die Behandlungsfolgen konti- schichtung kann dann beim fertigen Erzeugnis nicht nuierlich durchgeführt werden. mein gesprochen werden. Die Homogenisierung soll

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dabei durch Glühen bei 1001)° C erreicht werden, kennzeichnet, daß die Glühbehandlung mittels 45 Eine thermische Nachbehandlung für hochschmel-Bestrahlen der Werkstücke mit hinein oder meh- zende Metalle, die mit einem Überzug aus Platin verreren Elektronenstrahlern durchgeführt wird. sehen werden, wird durch die deutsche Patentschrift

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 898 70-! bei Temperaturen zwischen 500 und 700° C kennzeichnet, daß ein in Bundform aufgewickel- vorgeschlagen. Die Metalle hohen Schmelzpunktes tes bandförmiges Werkstück in einem Hauben- 50 sind dabei beispielsweise Wolfram, Molybdän oder ofen zwischen 30 Minuten und 50 Stunden lang Chrom. Bei der genannten thermischen Nachbehandgeglühtwird. lung wird eine Eindiffundierung des Edelmetalls in

das Grundmetall vermieden, weil dadurch eine Versprödung eintreten würde. Schließlich war es nach 55 der USA.-Patentschrift 3 278 331 bekannt, das zu beschichtende Produkt auf einer Temperatur zu halten,

die über oder unter der Diffusionstemperatur zwischen dem die Beschichtung bildenden Metall und dem Trägermaterial liegen kann, wobei sich zur Er-60 reichung der gewünschten Zielsetzung das Phänomen der Diffusion ausnutzen läßt oder unberücksichtigt Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bleiben kann.

Herstellung metallischer Schichten auf Werkstücken Vom einleitend bezeichneten Stand der Technik

aus Stahl durch Vakuumaufdampfen, wobei auf die ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugereinigten und vorgewärmten Werkstücke eine fest 65 gruHe, zu einer einwandfreien Haftung zwischen der haftende Metallschicht aufgedampft wird. Beschichtung und den Stahlerzeugnissen zu kommen,

Ein Verfahren dieser Art ist nach der deutschen ohne daß sich der Herstellungsaufwand für das be-Auslegeschrift 1 221 875 bekannt. Danach kann man schichtete Produkt erhöht. Dies wird erfindunes-

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*em83 dadurch erreicht, daß die Werkstücke in kalt- fer, Kadmium, ein anderes unter dem Einfluß der ireFformten Zustand gereinigt und vorgewärmt und Wärme schnell der Diffusion ausgesetztes Metall oder lach dem Bedampfen einmal bei einer zwischen 500 auch eine Legierung des einen oder anderen dieser imd J00°° ^c liegenden Temperatur geglüht werden. Metalle, so wird die Temperatur für die einmalige 1$ der letztgenannten Temperatur kommt es einer- 5 Glühbebandlung des beschichteten Produkts bevor-%its zu einer Rekristallisation und andererseits zu zugt zwischen 500 tnd 600° C festgelegt, Seinem Eindiffundieren der Beschichtung in die Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfalv-

"Örenzzone. Dank dieser Kombination des Rekristal- rens kann auf folgende Weise erfolgen, die jedoch jisationsglühens mit dem Diffusionsglühen wird eine nur als Beispiel zu betrachten ist. besonders starke und gleichmäßige Haftung der Be- io Ein Band aus normalem unberuhigtem Flußstahl schichtung gewährleistet, wobei von zusäiizlichem mit der Zusammensetzung C < 0,120%, Mn = Q,-% Vorteil ist, daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bis 0,5%, P = 0,050%, S = 0,040% und einer durch den Fortfall einer Wärmebehandlungsistufe er- Dicke, die um 2 mm liegen kann, wird kaltgewalzt, heblich verbessert wird. Da sich das auf diese Weise um ein Blech von 0,9 mm Dicke zu erhalten. Dieses erforderliche Diffusionsglühen vom Rekristallisa- 15 Blech wird dann auf einer Seite in einer normalen tionsglühen grundlegend dadurch unterscheidet, daß Atmosphäre auf bekannte Weise mittels eines Laugenbei ersteremdas Gefüge nicht verändert werden soll, bades gereinigt und entfettet; es geht hiernach in wohineegen es beim Rekristallisationsglühen aus- einen Raum, wo ein Vakuum von beispielsweise drückhch verändert werden soll, war es überraschend, 10~³ bis 10-* Torr vorherrscht, wo es auf eine Temdurch eine Kombination dieser beiden Arten in einer so peratur von etwa 450° C vorgewärmt wird und in einzi"tn Phase ein derart günstiges Ergebnis zu er- dem das Beschichtun^metall in Form einer Legieren, rung aus 80% Nickel und 20% Chrom verdampft Die Reinigung des zu beschichtenden Produktes und sich auf die gereinigte und vorgewärmte Oberkann beispielsweise auf chemischem Wege, durch fläche absetzt, bis die Beschichtung eine Dicke im Erhitzung oder durch Kathodenpulverisation er- 25 Bereich von 5 Mikron erreicht hat. Das auf diese _fol VVeise beschichtete Blech tritt kontinuierlich aus die-Dic erfindungsgemäße Glühbehandlung läßt sich in sem Raum aus und wird zu einem Bund aufgerollt, sehr vorteilhafter Weise durch das an sich bekannte der dann auf die Dauer von etwa 3 Stunden einer Bestrahlen der Werkstücke mit einem oder mehreren einmaligen Glühbehandung mit einer Temperatur von Elektronen» ahlern durchführen. 30 etwa 700° C in einem Haubenofen unterzogen wird. Wa-. die Vorwärmung des zu beschichtenden Pro- Diese einmalige Glühbehandlung, die die Reknstallidukt^. angeht, so weraen erfmdungseemäß bevorzugt sation des Bleches und die Haftung der Beschichtung die zu erreichenden Grenzen c s Temperaturbereiches bewirkt, wird unter Wasserstoff durchgeführt, der aut in Abhängigkeit von der Art des Beschchtungs- irgendeine bekannte Weise völlig trocken gemacht metalls festgelegt, das mit dem Trägerstahl des zu 35 wurde.

beschichtenden Produkts in Kontakt kommt. Durch die Aufbringung mehrerer aufeinanderfoi-

Das erfindungsgemäße Verfahren wird angewandt, gender Beschichtungen aus verschiedenen Metallen um aiii das Produkt eine Beschichtung beispielsweise wird der Rahmen der vorlegenden Erfindung nicht aus Chrom, Nickel, Kobalt. Molybdän. Kadmium, verlassen. Diese aufeinanderlegenden Überzüge kon-Aluminium, Kupfer, Eisen oder einer Legie-uag die- 40 nen sich sogar als besonders vorteilhaft erweisen, ser Metalle aufzubringen. wenn ein Korrosionsschutz mit den verschiedenen

Für den Fall, daß das mit dem Stahl des zu be- Vorzügen von Beschichtungen mit guter Haftung, schichtenden Produkts in Berührung kommende Be- guter Kohäsion und geringer Porosität, wie sie hei schichtungsmetall Chrom, Nickel. Kobalt, Molybdän Aluminiumüberzügen gegeben sind, sowie von Be- bzw eine entsprechende Legierung derselben ist, liegt 45 Schichtungen mit guter Konosionsfestigkeit, auserfindungsgemäß die Temperatur für die Vorwär- reichender Härte und einem ansprechenden Ausmung des zu beschichtenden Produkts bevorzugt sehen, wie dies bei Überzügen aus Nickel, Chrom zwischen 350 und 500° C. oder Chromnickellegierungen der Fall ist, gewünscht

Handelt es sich demgegenüber bei dem mit dem wird.

Trägerstahl des zu beschichtenden Produkts in Be- 50 Unter diesen Bedingungen könnte es beispielsweise rührung kommenden Beschichtungsmetall um Alumi- interessant sein, nach dem erfindungsgemaßen Vernium. Kupfer, Kadmium oder ein anderes unter dem fahren einen ersten Überzug aus Aluminium oder Einfluß der Wärme schnell der Diffusion unterliegen- einer Aluminiumlegierung wie z. B. Duraluminium des Metall oder auch um eine Legierung; auf der nach Vorwärmung des Produkts auf eine dem Aut-Basis eines dieser Metalle, so ist die Vorwärmtempe- 55 trag dieses Metalls entsprechende Temperatur untl ratur des zu beschichtenden Produkts erfmdungs- dann einen zweiten Überzug, z. B. aus einer Chromgemäß bevorzugt niedriger als 450° C. nickellegierung, aufzubringen, wobei das mit Be-Erfindungsgemäß werden die Glühtemperatur und schichtung versehene Produkt dann einer einmaligen die Glühdauer entsprechend der Art des Beschich- Glühbehandlung unterzogen wurde, deren lempetungsmetalls gewählt. Wenn das durch Vakuum- 60 ratur unter Berücksichtigung der Art der gewählten metallierung zur Bildung der Oberflächenbeschich- Chromnickellegierung bestimmt wird. tung aufgebrachte Metall Chrom, Nickel, Kobalt, Im Falle, daß das zu beschichtende Produkt eine Molybdän oder eine entsprechende Legierung der- sehr große Länge hat, werden die verschiedenen Fnaselben ist, liegt die Temperatur für die einmalige sen der Aufbereitung, der Vorwärmung, der Be-Glühbehandlung des mit Beschichtung versehenen 65 schichtung und des Glühens bevorzugt kontinuienicn Produkts möglichst zwischen 500 und 750° C. Ist durchgeführt. " -,fnloen andererseits das nach dem erfindungsgemäßen Ver- Soll die Ölbehandlung unter Vakuum «folgen, fahren zuletzt aufgebrachte Metall Aluminium, Kup- so wird dieselbe bevorzugt in dem gleichen Kaum

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ausgeführt, der für die Vakuummetallisierung durch Verdampfung benutet wird.

gestellte Blechprltflinge warden mechanischen
fangen, und zwar Biege- und Tisfcjehpraben

Für den Fall, daß ein in Bundform aufgewickeltes E r i c Ii s e π, unterzogen; an Hand dieser Prüfungen ' Produkt in einem Haubenofen der Glühbehandhmg wurde festgestellt, daß die Haftung der Beschichtung unterzogen wird, kann die Glübdauer im Ofen zwi- 5 perfekt ist, da selbst bei der Biegung um 180°, bet sehen 30 Minuten und 50 Stunden liegen. Im Falle der die beiden Flächen miteinander in Kontakt geder Glühbehandlung eines gestreckten Produkts be- bracht wurden, weder Absplitterungen oder Rjsse trägt die Glühdauer im allgemeinen unter 30 Minu- noch eine Ablösung zu verzeichnen waren, ten. Im Rahmen dieser Beschreibung ist unter »Glüh- Des weiteren wurden iiiese Resultate durch Schliffdauer« einzig die eigentliche Glühdauer bei der vor- io bildunlersuchungen der nach dem erfindungsgemäßen bestimmten Temperatur zu verstehen, d, h. die Verfahren hergestellten Blechprüflinge bestätigt, an Dauer, während der die Glühtemperatur gehalten Hand derer festgestellt werden konnte, daß das Bewerden muß, ohne Berücksichtigung der Zeit, die zur schichtungsmetall bis auf eine Tiefe von etwa 5 Mi-Erruchung dieser Temperatur oder zum Abkühlen krön in den Trägerstall.! des Blechs eingedrungen erforderlich ist. _{15 war}. Andererseils ist die Porosität stark verringert

Nach einer abgewandelten Ausführungsform wird und praktisch gleich Null, was durch zwei Arten von das mit Beschichtung versehene Produkt schnell auf Prüfungen nachgewiesen wurde, die in der Beschicheine Temperatur erhitzt, dergestalt, daß sich kein tungsindustrie wohlbekannt.find, und zwar durch die Kornwachstum im Trägerstahl ergibt, das für die Ferroxyl- und die Sulfozyanidpriifung. spätere Verwendung des beschichteten Produkts von 20 Prüfungen wurden auch an einer größeren Anzahl Nachteil ist, wobei diese Erhitzung sofort bei Er- nach dem erfindungsgemäßc- Verfahren hergestellter reichen der gewählten Temperatur eingestellt wird. Prüflinge vorgenommen, wobei sich zeigte, daü die Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, diese Glüh- erhaltenen Resultate einwandfrei reproduzierbar behandlung durch Bestreichen des Produkts mit waren.

einem oder mehreren Elektronenstrahlern aus- 35 Darüber hinaus wurden nach dem Verfahren be-

zufuhren. handelte Blechprüflinge im Querschnitt mit einer

Gemäß einer weiteren abgewandelten Ausfüh- elektronischen Mikrosonde untersucht. Die entspre-

rungsfonn erfolgt die Glühbehandlung in einer chenden Ergebnisse sind in der nachfolgenden Ta-

eventuell kontrollierten Atmosphäre, wo ein Druck belle aufgezeigt, wobei die angegebenen Werte auf

von weniger als 10-2 Torr vorherrscht 30 die ungefähre Zusammensetzung in Abhängigkeit

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her- von der Tiefe schließen lassen.

	0 bis 2,5 μ	Diffusionsschicht	— Trägerstahl	7,5 bis 10 μ	10 bis 12,5 μ
	23 Vo 17,5Vo 59,5 Vo	2,5 bis 5 μ	5 bis 7,5 μ	88Vo IVo HVo	lOOVo Spuren 0
Fe	27,4 Vo 17Vo 55,6%	59Vo 4Vo 37Vo
Cr
Ni

Gemäß dieser Tabelle hat es den Anschein, als ob das Chrom bis zu einer Tiefe von etwa 10 Mikron eingedrungen wäre, doch ist der Chromgehalt in dieser Tiefe gering. Setzt man ihn zum Gehalt an der Oberfläche in Beziehung, so ist zu erkennen, daß der Gehalt in diese- Tiefe von 10 Mikron etwa siebzehn- *nal geringer Ist, während das Nickel in der gleichen Tiefe mit einem um das 5,5fachc geringeren Gehalt als an der Oberfläche auftritt. Andererseits erhellt sich, daß Eisen mit einem Gehalt von rund 25Vo in der Beschichtung zu finden ist, was bedingt, daß die Beschichtung einen echten nichtrostenden Stahl mit einem Gehalt an Nickel, Chrom und Eisen darstellt. Außerdem zeigte sich überraschenderweise, daß die Beschichtung eine Zusammensetzung aufweist, die der des unter der Bezeichnung ASTM B 83-46 bekannten nichtrostenden Stahls entspricht.

Was den Gehalt an Ni und Cr angeht, so ist der allgemeine Verlauf der diesbezüglichen Veränderungen ein ständiger Abfall von der Außenseite der Beschichtung bis zum Trigerstahl, wo sich der Gehalt dieser beiden Metalle schnell Null nähert. Im Falle des Eisens ist der allgemeine Verlauf der Veränderungen seines Gehalts ein kontinuierlicher Abfall.

Die Diffusionszone dieser drei Elemente ist deutlich erkennbar, wobei sich innerhalb dieser Zone die Veränderungen im Gehalt nach einer sehr genauen Gesetzmäßigkeit ergeben, von der zur Bestimmung einer Zusammensetzung an einer bestimmten Stelle ausgegangen werden kann.

Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren ein wirklich unerwartetes Resultat bietet, da mit ihm systematisch, leicht und wirtschaftlich beispielsweise ein Blech hergestellt werden kann, dessen Kern aus normalem Flußstahl bestelht, währeßd die ihn umgebende Beschichtung zu einem nichtrostenden Stahl geworden ist und auf Grund des reziproken Eindringens von Nickel und Chrom aus der Beschichtung in den Kern aus normalem Stahl und von Eisen aus diesem aus normalem Stahl bestehenden Kern in die Beschichtung eine gleichmäßige Haftung besitzt. In Anbetracht dieses bei dieser Behandlungstemperatur nicht zu erwartenden Ergebnisses ergibt sich aus praktischer Sicht ein wesentlicher Vorteil, da man durch eine Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Produkt erhalt, das in zahlreichen Fällen an Stelle eines vollständig aus nichtrostendem Stahl hergestellten Erzeugnisses verwendet werden kann, das nur mit ρΐη*>«ι «mooniiiou

höheren Kostenaufwand und schwieriger zu bearbei- phase vorgesehen ist, die mit nur relativ geringfügig ten ist, insbesondere was das Schweißen angeht höheren Temperaturen ohne übermäßigen Zeit-Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens, aus aufwand abläuft, was durch einen physikalisch perdem sich ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil fekten Kontakt der durch Vakuummetallisierung aufergibt, ist dahingehend, daß nur eine einzige Glüh- S gebrachten Beschichtung mit dem Stahl bedingt ist

Claims (1)

1. I 925 497

   Aluminium» welche? vorher bei einer Temperatur

   Patentansprüche; zwischen 550 und IHO⁰C aufgedampft wurde,

   ν mit gutem Erfolg bei einer Temperatur zwischen 371

   ν 1. Verfahren zur Herstellung metallischer und 427° C abdampfen, bei welcher Temperatur

   ;; Schichten auf Werkstücken aus Stahl durch 5 eine Eindiffusion des Aluminiums in das Trügermate-

   "■; Vakuumaufdampfen, wobei auf die gereinigten rial aus Stahl mit hoher Zugfestigkeit nicht mehr ein-

   und vorgewärmten Werkstöcke eine fest haftende tritt.