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Nitrierverfahren Zur Verbesserung der Oberflächenhärte legierter Stähle
werden seit langem Nitrierverfahren verwendet. Im allgemeinen wird der Stahl in
der Gegenwart von gasförmigem Ammoniak 1 bis 100 Stunden lang auf Temperaturen zwischen
etwa 4800C und 5950C gehalten.
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Während dieser Zeit wird Stickstoff, der durch Zersetzung der Ammoniaks
entsteht, vom Eisen absorbiert und bildet mit dem Eisen sowie mit den verschiedenen
Legierungsbestandteilen wie Aluminium, Chrom, Molybdän, Titan und Vanadium, die
im Eisen vorhanden sind, Nitride. Bei der Nitriertemperatur scheiden sich die Nitride
der Legierungsbestandteile längs der Kristallebenen der Eisens ab, so daß ein harter,
sehr verschleißfester Überzug entsteht.
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Wenn Ammoniak bis auf die Nitriertemperaturen erhitzt wird, zersetzt
es sich zumindest teilweise in atomaren Wasserstoff und in atomaren Stickstoff.
Der atomare Wasserstoff und ein großer Teil des atomaren Stickstoffes geht unmittelbar
in den molekularen Zustand über; es bildet sich also H2 und N2. Ein Teil des atomaren
Stickstoffes reagiert mit dem Stahl. Da die mittlere Lebensdauer
des
atomaren Stickstoffes nur kurz ist, muß der atomare Stickstoff laufend dadurch ergänzt
werden, daß der Stahloberfläche laufend frisches Ammoniak zugeführt wird. Um eine
ausreichende Zufuhr von aKtivem Stickstoff zu gewährleisten, ist es üblich, den
Ammoniakstrom durch das Nitriergefäß hindurch so einzustellen, daß in den Abgasen
die verschiedenen Gase in ganz bestimmten Konzentrationen auftreten, beispielsweise
70 % NH3 und 30S N2 und H2. In diesem Falle sagt man, daß der Dissoziationsgrad
des Ammoniaks 30 % beträgt. Die Wahl des richtigen Dissoziationsgrades des Ammoniaks
sowie seine AufreUhterhaltung sind wichtig. Ist nämlich der Dissoziationsgrad zu
hoch, so kann eine schuppige oder schwammige Oberflächenschicht entstehen. Ist der
i>issoziationsgrad dagegen zu nie@rig, so kann sich auf der Oberfläche eine Oxydschicht
bilden, die der Bildung einer nitrierten uberflächenschicht im Wege steht.
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Die bisher bezahnten Nitrierverfahren lieferten gute, verschleißfeste
Oberflächen, sofern bestlmmbe Bedingungen eingehalten wurden. In vielen Fällen bileben
jedoch Spannungen im Werkst 9ckbrig, die Oberflächensprünge hervorriefen oder die
Ursache für ein Abb ätterl. der nitrierten SChicht waren. Auch Sprünge an den Korngrenzen
konnten die Folge se@n.
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Wenn es sich um Legierungen mit einem nicht unerheblichen Bestandteil
von Chrom handelt, bilden sich selbst dann sehr stabile Oxydschichten, wenn die
Oberflächen nach der letzten Bearbeitung wie beispielsweise nach einem Dreh- oder
Fräsvorgang oder nach dem Schleifen auch nur kurze Zeit der Luft ausgesetzt werden.
Dadurch wird die Bildung einer guten, nitrierten Schicht stark beeinträchtigt. Versuche,
diese Oxydschichten mechanisch oder chemisch zu entfernen, führen nicht immer zum
Ziel, da sich die Oxydschichten noch vor Erreichung der Nitriertemperaturen erneut
bilden können. Chemische Aktivatoren, mit denen die Oxydschichten während des Aufheizens
auf die Nitriertemperatur-entfernt werden können, können die darunterliegenden Metalloberflächen
angreifen, sofern sie nicht unmittelbar nach dem Abbau der Oxydschichten aus
idem
Nitriergefäß herausgespült oder verdrängt werden. weirn die Oxydschichten nun unterschiedlich
dick sind, ist es grundsätzlich unmöglich, mit chemischen Aktivatoren die Oxydschichten
vollständig und gleichförmig zu entfernen, ohne die Oberflächen der Legierung an
solchen Stellen anzugreifen, an denen die Oxydschichten verhä@@nismäßig du"n waren.
An solchen Stellen können sich dann Nitridschichten bi@@en, die schwammig und porös
sind und die eine nur geringe Abrieb- und Korrosionsfestigkeit aufweisen.
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Versuche, die Oxydschichten während des Aufheizens mit einem reduzierenden
Gas zu entfernen, sind ebenfalls häufig bei solchen Legierungen fehlgeschlagen,
die Bestandteile wie beispielsweise Chrom enthalten, deren Oxyd thermodynam@@@@
sehr stabil sind.
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Diese Oxyde können bei den üblichen Nitriertemperaturen, das heißt
zwischen 480°C und 5950C nicht abgebaut werden, so daß die nitrierte Oberflächenschicht
wieder unregelmäßig und dUnn wird.
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Die Verfahren zum Nitrieren von nichtrostenden Stählen sind daher
im inanchem verbesserungsfähig, und hierin liegt die Aufgabe der Erfindung.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ver@@@ren mit zwei grundsätzlichen
Verfahrenssuhritten gelöst. Während des ersten grundsä@zlichen Verfahrensschrittes
heizt man die Stahloberfläune in langsam strömendem, absolut trockenen und vollständig
dissozierten Ammoniak, in Wasserstoff oder in einem anderen trockene..
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und reauzierenden das auf eine Temperatur von mindestens 8250C aufund
hält diese Temperatur für eine Stunde bis zu zehn Stunden aufrecht. Anschließend
wird die Temperatur auf einen Wert zwischen etwa 5100C und 6@0°C erniedrigt und
die Ammoniakdissoziatiun wird auf einen Wert zwischen etwa 15% und 50S herabgesetzt.
Diese neuen Bedingunen werden dann für eine Zeitspanne zwischen einer und-einhundert
Stunden beibehalten. Es bildet sich dabei eine regelmämßige und gleichförmige Nitridschicht.
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Im ersten Yerfahrensschritt, der bei der höheren Temperatur durchgeführt
wird, werden die mechanischen Spannungen in der Oberfläche beseitigt, und außerdem
werden alle Oxyde und andere störenden Substanzen an der Oberfläche abgebaut oder
entfernt, ohne daß ein Aktivator erforderlich ist. Die Verwendung von Aktivatcren
sollte grundsätzlich vermieden werden, da sie die Legierung~dberall dort angreifen
können, wo die Oxydschichten nur dünn sind, und außerdem können Restionen der Aktivatorsubstanz
die Nitridschicht, die sich bildet, schwammig machen oder die Bildung dieser Schicht
anderweitig beeinträchtigen.
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Im folgenden soll die Erfindung im Einzelnen beschrieben werden.
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Während des Abbaus oder der Entfernung der Oxyde kann jede beliebige,
geeignete Temperatur verwendet werden. Grundsätzlich sollte die Temperatur hierbei
höher als 8250C sein. Sehr gut Ergebnisse wurden bei Temperaturen zwischen 8700C
und 9800C erhalten. Dieses wird daher als der bevorzugte Temperaturbereich angesehen.
Wenn die Temperaturen merklich unterhalb dieses Bereiches liegen, werden die Oberflächenoxyde
nur unvollständig reduziert, und außerdem bilden sich die Karbide in der Legierung
nur unvollständig in Kugelkarbid um. Man sollte es jedoch anstreben, daß sich die
Karbide zu Kugelkarbid umbildet, an statt sich entlang den Korngrenzen oder Doppelschichten
in Form kleiner Schuppen auszuscheiden, da durch eine solche Ausscheidung die intergranularen
Korrosionsfestigkeit beeinträchtigt und die mechanische Festigkeit der Legierung
herabgesetzt wird.
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Sind auf der anderen Seite die Temperaturen wesentlich zu hoch, so
können sich die Karbide lösen, so daß sie beim späteren Abkühlen der Legierung wieder
ausfallen können. Bei Temperaturen oberhalb des bevorzugten Temperaturbereiches
wird auch das Kornwachstum gefördert. Auch dieses führt auf eine geringere Korrosionsfestigkeit
sowie auf unterlegene mechanische Eigenschaften. Zu hohe Temperaturen können sogar
dazu führen, daß das Werkstück aus der Legierung seine Form verliert. Für die meisten
Legierungen hat sich eine Temperatur zwischen 8900 C und 92000 am geeignetsten erwiesen.
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Wichtig ist, daß das Gas, das zur Entfernung der Oxyde über aie Oberfläche
der Legierung strömt, außerordentlich trocken ist.
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Ist der Feuchtigkeitsgehalt des Gases zu hoch, so erfolgt der Abbau
der Oxyde nur sehr langsam, unter unter extremen Bedingung@n werden die Oxyde gar
nicht abgebaut sondern es werden neue Oxyde gebildet. Wenn die verwendete Temperatur
über etwa 8250C liegt, stellt die Feuchtigkeit dann kein Problem mehr dar, wenn
der Taupunkt des Gases niedriger als etwa -50°C beträgt.
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Wenn höhere Temperaturen verwendet werden, sind höhere Taupunkte zulässig.
Bei einer Temperatur von etwa 935 0C kann der Taupunkt bei etwa -40°C und bei einer
Temperatur von etwa 10400C bei etwa -30°C liegen.
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Zur Entfernung der Oxyde kann man jedes beliebige, geeignete reduzierende
Gas verwenden. Hierzu gehören beispielsweise molekularer Wasserstoff und dissoziiertes
Ammoniak. Wenn dissoziiertes Ammoniak verwendet wird, dann sollte es vollständig
dissoziiert sein. Wenn das Ammoniak nicht vollständig dissoziiert ist, kann die
Nitrierung bereits bei höheren Temperaturen einsetzen, und dabei kann ein schwammiger
Nitridüberzug entstehen.
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Die Oberfläche der Legierung kann man so langes wie man mö@nte, auf
de@ zum Abbau der Oxyde erforderlichen Temperatur halten.
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Zeitspannen zwischen einer und 10 Stunden sind hierfür typische Werte.
Sehr gute Ergebnisse wurden ersielt , wenn diese hohen Temperaturen für eine Zeitspanne
zwischen 2 Stunden und 6 Stunden beibehalten wurden. Wenn diese Zeit spannen wesentlich
zu kurz sind, kann der Fall auftreten, daß der Abbau der Oberflächenoxyde und der
anderen Oberflächenverunreinigungen unvollständig verläuft, und daß auch die Beseitigung
der Oberflächenspannungen unvollständig bleibt. Eine Ausdehnung dieser Zeitspanne
ist dagegen unwirtschaftlich und kann außerdem dazu fuhren, daß sich das Werkstück
verzieht, das dem Verfahren unterworfen ist.-Die besten Ergebnisse wurden mit einer
Zeitspanne von etwa vier Stunden erzielt. Wie sich gezeigt hat, stellt diese Zeitspanne
von vier Stunden eine außerordentlich gute Kombination zwischen
der
Beseitigung der Oxyde und anderer Oberflächenverunreinigungen, der Behebung der
Oberflächenspannungen und der Umbildung der Karbide zu Kugelkarbiden dar.
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Nun wird das Werkstück, das dem Verfahren unterworfen ist, auf die
Nitriertemperatur abgekühlt. Die Abkühlung des Werkstückes kann mit jeder passenden
Geschwindigkeit erfolgen. Als günstig hat es sich erwiesen, das Werkstück während
einer Zeit zwischen einer Stunde und acht Stunden abzukühlen. Bei einer schnelleren
Abkühlung können sich während der eigentlichen Nitrierung Karbide an den Korngrenzen
abscheiden, und außerdem können dann wieder thermische Spannungen entstehen, während
eine langsamere Abkühlung unwirtschaftlich ist und die Ausbeute des Verfahrens herabsetzt.
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Die eigentliche Nitrierung kann bei jeder geeigneten Temperatur durchgeführt
werden. Hierfür typische Temperaturwerte liegen zwischen 51000 und 6500C, Bevorzugte
Temperaturen zum Nitrieren liegen im Bereich zwischen 5350C und 5950C. Wendet man
merklich niedrigere Temperaturen an, so kann die entstehende Nitridschicht dünn
und spröde sein, während bei merklich höheren Temperaturen die Nitridschicht schwaimig
sein kann und nur geringe Abriebsfestigkeiten aufweist. Außerdem können bei höheren
Temperaturen die Karbide auf solche Weise ausfallen, daß sie stören. Welche Temperatur
innerhalb des angegebenen Bereichs nun als die gUnstigste gewählt werden sollte,
hängt von der speziellen Zusammensetzung der Legierung ab, die nitriert werden soll.
Auf Wunsch kann man die eigentliche Nitrierung bei einer niedrigeren Temperatur
beginnen und anschließend bei höheren Temperaturen -vollenden. Um ein möglichst
gleichförmiges Produkt zu erhalten, ist die Anwendung einer gleichmäßigen Temperatur
innerhalb des eben angegebenen Temperaturbereiches jedoch vorzuziehen. Der Dissoziationsgrad
des Ammoniaks kann während der gesamten Nitrierung konstant gehalten werden. Man
kann jedoch auch mit einem relativ niedrigen Dissoziationsgrad beginnen und den
Dissoziationsgrad -während der Nitrierung steigern.
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Der Ausdruck Dissoziation" wird hier als Maß für die thermische Zersetzung
des Ammoniaks in seine einzelnen Atome verwendet. Im atomaren Zustand diffunWiert
der naszierende Stickstoff in die Legierung hinein, die nitriert wird, und bildet
mit gewissen Bestandteilen der Legierung Nitride. Derjenige Anteil des dissoziierten
Gases,der hierfür nicht verbraucht wird, wird im Abgas als molekularer Stickstoff,
als molekularer Wasserstoff sowie als überschüssiges Ammoniak im Abgas abgeführt.
Der Anteil an dissoziertem Gas, der für die Nitrierung zur VerfUgung steht, wird
vom Ammoniakdurchsatz beinflußt, sowie von der Verfahrenstemperatur, der Größe der
zu nitrierenden Oberfläche sowie durch katalysatorische Effekte, die durch die Apparatur
oder durch die verwendeten Materialien bedingt sind. Zur Einstellung des gewünschten
Dissoziationsgrades kann man den Ammoniakdurchsatz und die Gastemperatur erhöhen.
Die Temperatur beherrscht die Dissoziationsgesc-hwindigkeit des Ammoniaks. Der Durchsatz
beziehungsweise die Strömungsgeschwindigkeit ist deswegen wichtig, da der Stickstoff
nur sehr kurze Zeit im atomaren Zustand verbleibt, bevor er sich zu molekularem
Stickstoff (N2) umbildet.
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Es ist ungünstig, die Nitrierung mit einem Dissoziationsgrad von mehr
als etwa 40 % zu beginnen, da dann die Wahrscheinlichkeit für unregelmäßige oder
schuppige SChichten hoch wird. Der Dissoziationsgrad sollte bei Beginn der Nitrierung
auch nicht geringer als etwa 15 % sein, da sich dann an Stelle einer guten Nitridschicht
eine Oxydschicht bilden kann, die der anschließenden Bildung einer guten Nitridschicht
im Wege steht. Wenn jedoch die Nitrierung mit einem verhältnismäßig niedrigen Dissoziations
grad des Ammoniaks begonnen wird, also beispielsweise mit einem Dissoziationsgrad
zwischen 15% und 30%, und wenn man dann den Dissoziationsgrad auf Werte zwischen
35g und etwa 50% steigert, stellen sich keine nachteiligen Folgen ein.
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Wenn während der gesamten Nitrierung nur ein einziger, verhältnismäßig
hoher Dissoziationsgrad angewendet werden soll, sollte dieser Dissoziationsgrad
zwischen 30% und 40% liegen, und die Nitrierung sollte etwa 3 bis 48 Stunden dauern.
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Wenn eine solche zweistufige Nitrierung durchgeführt werden soll,
sei daran erinnert, daß als niedrigerer Dissoziationsgrad für O,1 bis 8 Stunden
ein Wert zwischen 15% und etwa 30% verwendet werden sollte, und daß anschließend
für 2 bis etwa 30 Stunden mit einem Dissoziationsgrad zwischen 35% und 50% gearbeitet
werden kann.
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Wenn die-Nitrierung beendet ist, ist es günstig, wenn man das Werkstück
bis auf etwa 1500C abkühlen läßt, bevor es aus dem Nitriergefäß entnommen wird.
Während dieser Abkühlung kann man den Ammoniakstrom aufrecht erhalten. Man jedoch
auch nach der Nttrierung das Ammoniak mit einem inerten Gas wie Argon ausspülen.
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Das Erfindungsgemäße Nitrierungsverfahren führt auf Nitridschichten,
deren Duktilität und deren Schlagfestigkeit überraschend gut sind. Bei einem harten
Schlag neigen üblich hergestellte Nitridschichten zum Abblättern, während erfindungsgemäß
hergestellt Überzüge dabei nur eingekerbt werden. Die Ursache für diese außerordentliche
Verbesserung der Duktilität der nitriert ten Schichten ist noch nicht völlig überschaubar.
Als Grund hierfür wird jedoch die Herabsetzung der Temperatur zum Beginn des Nitrierens
angenommen, während bei den bisher bekannten Nitrierverfahren die Temperatur des
Werkszücks zum Beginn des Nitrierens erhöht wird.
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Das Verfahren läßt sich gut automatisieren. Man kann beispielsweise
den vollständigen Abbau der Oxydschichten und anderer Verunreinigungen dadurch bestimmen,
daß man den Taupunkt des Gases überwacht, das das Reaktionsgefäß verläßt. Wenn der
Taupunkt der Abgase auf den Wert des Taupunktes der frisch zugeführten Gase abgefallen
ist, sind alle Oberflächenverunreinigungen vollständig abgebaut.
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Die Nitridschichten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
werden können, sind außerordentlich duktil, korrosionsfest und weisen ausgezeichnete
Verschleißeigenschaften auf.
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Die hergestellten Schichten haben einegleichförmige Dicke und sind
fehlerfrei. Weiterhin ist die intergranulare Korrosionsfestigkeit des unter der
Schicht liegenden Metalles verbessert.
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Im folgenden sollen einige Beispiele angegeben werden, um das erfindungsgemäße
Verfahren weiter zu verdeutlichen. Die Angaben über Prozente und Teile beziehen
sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Beispiele sollen
als Erläuterungen verschiedener bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens verstanden werden.
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Beispiel I Mehrere Stäbe aus nichtrostendem Stahl mit einer Länge
von etwa 2,40 m und einem Durchmesser von etwa 5,0 cm wurden mit Azeton gewaschen
und in einer Retorte angeordnet. Die Zusammensetzung des verwendeten rostfreien
Stahl war die Folgende: 80,194 % Eisen, 0,07 S Kohlenstoff2 1,15 % Mangan, 0,022
% Phosphor, 0,012 % Schwefel, 0>6 S Silizium, 18,43 % Chrom und 9,52 % Nickel.
(Es handelte sich um nichtrostenden Stahl No. 304).
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Die Retorte wurde dann verschlossen und mit 3 Volumina dissoziierten
Ammoniaks gespült, um die atmosphärischen Gase zu entfernen.
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Die Retorte wurde dann in einen Ofen eingesetzt und auf eine Temperatur
von etwa 9000C gebracht, während man dissoziiertes Ammoniak mit einem Taupunkt von
etwa -450C hindurchströmen ließ.
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Diese Temperatur von 9000C wurde etwa 4 Stunden lang aufrechterhalten,
um Oberflächenoxyde und andere Verunreinigungen zu beseitigen und um dafür zu sorgen,
daß sich die Karbide zu Kugelkarbiden umbildeten. Der Taupunkt des Ammoniaks am
Ausgang der Retorte wurde bestimmt. Zu Beginn des Prozesses steigt der Taupunkt
an, da sich Wasserstoff aus dem dissoziierten Ammoniak mit Sauerstoff der Oberflächenoxyde
vereinigt und Wasser bildet. Wenn die Reduktion der Oberflächenoxyde vollständig
verlaufen ist, fällt der Taupunkt des dissoziierten Ammoniaks am Ausgang der
Retorte
auf den Wert des Taupunktes des dissoziierten Ammoniaks am Eingang der Retorte ab.
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Nach der Beendigung dieses, bei hoher Temperatur durchgeführten Verfahrensschrittes
wurde die Tmperatur innerhalb von etwa einer Stunden auf einen Wert von etwa 5700
c erniedrigt. Der Dissoziationsgrad des Ammoniaks wurde auf etwa 30 % eingestellt,
und man ließ das Ammoniak mit diesem Dissoziationsgrad und bei dieser Temperatur
etwa 10 Stunden lang strömen.
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Anschließend wurde die Retorte unter strömendem Ammoniak auf etwa
15O0C abgekühlt. Nun wurde die Retorte mit Argon gespült und geöffnet. Die Nitridschicht,
die sich gebildet hatte, war außerordentlich gleichmäßig und wies keiner offensichtliche
Unregelmäßigkeiten auf. Die mittlere Dicke der Schicht betrug etwa 0,1 mm.
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Beispiel II Mehrere Stäbe aus einem nichtrostenden Stahl, wie er auch
im Beispiel I verwendet wurde, deren Länge etwa 1,5 m und deren Durchmesser etwa
2,5 cm betrug, wurden mit Methanol gewaschen und in einer Retorte angeordnet. Die
Retorte wurde verschlossen, und die Gase der Atmosphäre wurden mit etwa 3 Volumina
Wasserstoffgas verdrängt.
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Die Retorte wurde in eine Ofen gesetzt und auf etwa 930°C aufgeheizt.
Dabei ließ man trockenen Wasserstoff mit einem Taupunkt von etwa -40°C durch die
Retorte hindurchströmen.
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Die Retorte wurde drei Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten,'Während
dieser Zeit wurden Oberflächenoxyde und andere Verunreinigungen beseitigt und mechanische
Spannungen in den Oberflächen abgebaut.
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Nach Ablauf dieser drei Stunden wurde die Temperatur innerhalb von
etwa weiteren 3 Stunden auf einen Wert von etwa 5950C erniedrigt. Nun ließ man eine
Stunde lang Ammoniak mit einem Dissoziationsgrad von 202 durch die Retorte hindurchströmen.
Dann wurde der Dissoziationsgrad des Ammoniaks auf etwa 40% erhöht und dieser erhöhte
Dissoziationsgrad wurde für weitere drei Stunden angewendet. Die Retorte wurde zum
Schluß mit Argon gespült, die Temperatur auf 1500C herabgesetzt und die Retorte
wurde geöffnet. Es war eine vorzügliche, makellose Nitridschicht von ungewöhnlicher
Gleichförmigkeit entstanden.
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Beispiel III Mehrere Platten aus nichtrostendem Stahl mit einer Länge
von 1,50 m, einer Breite von etwa 30 cm und einer Dicke von etwa 1,25 cm wurden
mit einer Methanollösung gewaschen und in eine Retorte eingesetzt. Die Retorte wurde
verschlossen und mit etwa 3 Volumina trockenen Ammoniaks gespült.
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Die Retorte wurde in einem Ofen angeordnet und auf etwa 990°C aufgeheizt,
während trockenes Ammoniak mit einem Taupunkt von etwa -40°C hindurchströmte. Die
Retorte wurde vier Stunden lang auf dieser Temperatur von etwa 990°C gehalten. Dabei
wurden mechanische Oberflächenspannungen abgebaut und Oxydschichten sowie andere
Verunreinigungen beseitigt.
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Anschließend wurde innerhalb von etwa 4 Stunden die Temperatur auf
etwa 5500C herabgesetzt. Nun ließ man 5 Stunden lang Ammoniak mit einem Dissoziationsgrad
von etwa 30% durch die Retorte hindurchströmen. Daraufhin wurde die Retorte mit
Argon gespült und die Temperatur wurde auf einen Wert zwischen 1200C und 1250 C
erniedrigt. Nach dem öffnen des Ofens und der Retorte wurden die Platten untersucht.
Sie wiesen einen außerordentlich guten Nitridüberzug mit einer sehr gleichmäßigen
und fehlerfreien Oberfläche auf.
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Beis iel IV Mehrere Stäbe aus einer Nickel legierung mit einer Länge
von etwa 2,40 m und einem Durchmesser von etwa 2,5 cm wurden mit Azeton gewaschen
und in einer Retorte angeordnet. Die Retorte wurde verschlossen und mit trockenem
Wasserstoff gespült. Die verwendete Legierung hatte die folgende Zusammensetzung:
O>o4 % Kohlenstoff, 0,75 % Mangan, 20,5 % Chrom, 32% Nickel, 0,35% Silizium 0,007%
Schwefel, 0,30 % Kupfer, Q,30 % Aluminium, 0>30 % Titan, Rest Eisen.
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Die Retorte wurde in einen Ofen eingesetzt und auf etwa 9000C aufgeheizt,
während trockener Wasserstoff mit einem Taupunkt von weniger als -40°C durch die
Retorte hindurchströmte. Die Temperatur von 900°C wurde 5 Stunden lang aufrecht
erhalten, während mechanische Spannungen abgebaut und Oberflächenoxyde sowie andere
Verunreinigungen beseitigt wurden.
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Nach Ablauf dieser 5 Stunden wurde innerhalb von 4 Stunden die Temperatur
auf etwa 5950C herabgesetzt. Nun ließ man 1,5 Stunden lang Ammoniak mit einem Dissoziationsgrad
von etwa 15% und daraufhin für weitere 4 Stunden Ammoniak mit einem Dissoziationsgrad
von etwa 45% durch die Retorte hindurchströmen. Nach Abkühlung der Retorte auf etwa
150°C wurden der Ofen und die Retorte geöffnet. Es zeigte sich, daß sich auf den
Stäben eine gleichförmige Nitridschicht gebildet hatte, die frei von Fehlern oder
Mängeln war.
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Beispiel V Zwei Proben aus nichtrostendem Stahl, wie er auch in den
Beispielen I und II verwendet wurde wurden durch Waschen mit Azeton vorbereitet.
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Die eine Probe wurde in eine Retorte gegeben, dann wurde die Retorte
mit trockenem Argon gespült, in einen Ofen eingesetzt und
auf eine
Temperatur von etwa 880°C gebracht. Anschließend ließ man zur Entfernung von Oberflächenoxyden
und anderer Verunreinigungen 6 Stunden lang dissozliertes Ammoniak mit einem Taupunkt
von niedriger als -45°C hindurchströmen. Nun wurde die Temperatur auf etwa 595°C
herabgesetzt. Daraufhin ließ man 6 Stunden lang Ammoniak mit einem Dissoziationsgrad
von etwa 30% durch die Retorte hindurch strömen.. Zum Schluß wurde die Retorte auf
etwa 120°C abgekühlt und das Ammoniak wurde aus dem System verdrängt. Man konnte
eine glatte, gleichförmige Nitridschicht beob achten.
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Die andere Probe wurde ebenfalls in eine Retorte eingesetzt. Zusätzlich
wurde jedoch noch als Aktivator Polyvinylchlorid beigegeben, und zwar 80 viel, daß
es etwa 16 g pro qm zu nitrierender Oberfläche entsprach. Polyvinylchlorid ist ein
gut bekannter Aktivator zur Oxydentfernung.
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Die Retorte wurde dann in trockenem Argon auf etwa 595°C gebracht,
und anschließand ließ man 6 Stunden lang Ammoniak mit einem Dissoziationsgrad von
etwa 30% hindurchströmen. Darauf wurde die Retorte abgekühlt, und das Ammoniak wurde
aus der Retorts verdrängt. Bei der Untersuchung dieser zweiten Probe zeigte es sich,
daß die entstanden Nitridschicht einige Unregelmäßigkeiten sowie an der Oberfläche
mehrer@ große fehlerhafte Gebiete aufwies.
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Auf jede der Proben wurde dann mit der Kante eines leinen Hammers
geschlagen. Bei dar ersten Probs zeigten sich Kerban. Die nitrierte Oberflächeschicht
sprang jedoch nicht und blätterte auch nicht sb. Die Oberfläche der sweiten Probs
seigte dagegen starke Sprünge und blätterte stark ab.
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Daraus ergibt sich, daß die Nitridschichten nach dem erfindungs gemäßen
Verfahren wesentlich duktiler als die Nitridschichten sind, die bisher hergestellt
werden konnten.