DE19547131A1 - Verfahren zur Plasmaaufkohlung metallischer Werkstücke - Google Patents
Verfahren zur Plasmaaufkohlung metallischer WerkstückeInfo
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmaaufkohlung metallischer
Werkstücke in einem Ofen, wobei die Ofenatmosphäre einen Kohlenstoff-Trä
ger enthält, der unter den Prozeßbedingungen der Plasmaaufkohlung unter
Abgabe von reinem Kohlenstoff gespalten wird.
Unter den thermochemischen Behandlungsverfahren zur Einsatzhärtung metal
lischer Werkstücke haben sich in den letzten Jahren neben der konventionel
len Gasaufkohlung immer mehr die Aufkohlungsprozesse in Vakuumanlagen
durchgesetzt, da nur mit diesen Verfahren eine randoxidationsfreie Aufkohlung
realisierbar ist. Bei diesen Aufkohlungsprozessen in Vakuumanlagen handelt es
sich um die Niederdruck- und die Plasmaaufkohlung. Da bei diesen Auf
kohlungsverfahren ohne sauerstoffhaltige Reaktionsgase gearbeitet wird, kann
keine C-Pegelregelung erfolgen; die entscheidende Kenngröße für den Koh
lenstoffübergang ist bei diesen Verfahren die Kohlenstoff-Massenstromdichte,
die als Kohlenstoffmenge definiert ist, die pro Zeit- und Flächeneinheit in den
Werkstoff übergeht. Dieser zur Aufkohlung benötigte Kohlenstoff wird von
einem in der Ofenatmosphäre befindlichen Kohlenstoff-Träger - meist einem
Kohlenwasserstoff - zur Verfügung gestellt, der bei den gegebenen Pro
zeßbedingungen unter Abgabe von reinem Kohlenstoff gespalten wird.
Bei den bekannten Niederdruck-Aufkohlungsverfahren wird als
Kohlenstoff-Träger in der Regel Propan (C₃H₈) verwendet, weiches im Laufe der soge
nannten Propanpyrolyse nach folgenden Reaktionsgleichungen gespalten wird:
C₃H₈ → CH₄ + C₂H₄
C₂H₄ → 2C + 2H₂
CH₄ → C + 2H₂
C₂H₄ → 2C + 2H₂
CH₄ → C + 2H₂
Bei der Plasmaaufkohlung wird als Kohlenstoff-Träger meist Methan (CH₄)
verwendet, welches im Wege der Methanpyrolyse nach der Gleichung
CH₄ → C + 2H₂
gespalten wird. Bei der Plasmaaufkohlung ist es jedoch auch möglich, anstelle
von Methan Propan zu verwenden.
Die Verwendung von Methan oder Propan als Kohlenstoff-Träger ist jeweils
mit verschiedenen Vor- und Nachteilen verbunden. So ist beispielsweise Pro
pan aufgrund seiner größeren Anzahl von Kohlenstoffatomen - 3 C-Atome
beim Propan gegenüber 1 C-Atom beim Methan - ein wirksamerer
Kohlenstoff-Träger als Methan. Andererseits weist Propan jedoch den Nachteil auf, daß
Propan bereits im Temperaturbereich über 600°C thermisch gespalten wird,
wodurch bereits im Ofen eine Aufkohlung stattfindet, die zum Verrußen des
Ofens führt. Methan hingegen weist zwar nur ein C-Atom auf, jedoch ist das
Methan-Molekül so stabil, daß es nicht bereits bei der notwendigen
Aufkohlungstemperatur gespalten wird. Die Spaltung erfolgt vielmehr erst im
Plasma und somit wirklich nur an der Werkstückoberfläche. Da die
Kohlenstoff-Massenstromdichte bei der Spaltung von Methan nur sehr gering
ist, lassen sich großflächige Chargen nur sehr schwer gleichmäßig mit Methan
aufkohlen.
In Anbetracht des voranstehend geschilderten Standes der Technik liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Plasmaaufkohlung
metallischer Werkstücke bereitzustellen, das eine Aufkohlung mit einer hohen
Kohlenstoff-Massenstromdichte gewährleistet, ohne daß gleichzeitig die Ge
fahr der Verrußung des Ofens besteht.
Überraschenderweise hat sich im Laufe der Versuche herausgestellt, daß diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst wird, daß als
Kohlenstoff-Träger ein Gemisch aus Methan und Propan verwendet wird.
Das Erreichen der hohen Kohlenstoff-Massenstromdichte einerseits und das
Vermeiden der Verrußung des Ofens andererseits kommt dabei dadurch zu
stande, daß Propan aufgrund seiner drei C-Atome bei der thermischen und
elektrischen Spaltung im Plasma viel mehr Kohlenstoff zur Verfügung stellen
kann als Methan. Das Methan auf der anderen Seite spaltet sich bei den Auf
kohlungstemperaturen zwischen 800°C und 1000°C fast gar nicht. Die Spal
tung des Methans findet erst im Plasma, also wirklich nur an der Werkstück
oberfläche statt, so daß diese frei werdenden Kohlenstoff-Atome nur zum
Aufkohlen der Werkstücke, nicht jedoch zur Verrußung des Ofens beitragen
können.
Bei den Versuchen hat sich herausgestellt, daß ein Methan-Propan-Gemisch
mit bis zu 60 Vol.-% Propan, insbesondere einem Propan-Anteil von 5 bis 50
Vol.-% besonders geeignet ist, um ohne Rußbildung eine hohe
Kohlenstoff-Massenstromdichte bzw. Kohlenstoff-Übertragungsrate zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah
rens beträgt der Gasdruck in der Ofenatmosphäre unter 10 mbar, da in diesem
Druckbereich eine thermische Spaltung des Methans nahezu unmöglich ist.
Neben dem Methan-Propan-Gemisch kann die Ofenatmosphäre zusätzlich noch
weitere Gase, insbesondere Wasserstoff und/oder Argon enthalten, welche als
Inertgase zusätzlich die Oxidation der Werkstücke verhindern sollen.
In der Zeichnung ist für den Werkstoff 27 CrMo 4 der Härteverlauf nach dem
Plasmaaufkohlungsverfahren mit einem Methan-Propan-Gemisch als Kohlen
stoff-Träger dargestellt.
Die Prozeßparameter für den in der Abbildung dargestellten Plasmaauf
kohlungsprozeß waren:
- - zehnminütiges Aufkohlen bei einer Aufkohlungstemperatur von 940°C.
- - Die anschließende Diffusionsphase betrug 51 Minuten,
- - woran anschließend nach dem Absenken auf die Härtetemperatur von 860°C die Charge mittels Hochdruckgasabschreckung abgeschreckt wurde.
Als Ergebnis dieses Prozesses wurde eine Einsatzhärtungstiefe (550 HV 1)
von 0,7 mm auf der Zahnflanke erzielt.
Mit dem voranstehend dargestellten Verfahren ist es somit möglich, durch die
Verwendung des Methan-Propan-Gemisches als Kohlenstoff-Träger die Koh
lenstoff-Massenstromdichte bei der Plasmaaufkohlung deutlich zu erhöhen,
ohne daß die Gefahr der Verrußung des Ofens besteht.
Claims (6)
1. Verfahren zur Plasmaaufkohlung metallischer Werkstücke in einem Ofen,
wobei die Ofenatmosphäre einen Kohlenstoff-Träger enthält, der unter
den Prozeßbedingungen der Plasmaaufkohlung unter Abgabe von reinem
Kohlenstoff gespalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Kohlenstoff-Träger ein Gemisch aus Methan und Propan verwen
det wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Methan-
Propan-Gemisch bis zu 60 Vol.-% Propan enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Propan-Anteil in dem Methan-Propan-Gemisch 5 bis 50 Vol.-% beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gasdruck der Ofenatmosphäre unter 10 mbar beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ofenatmosphäre neben dem Kohlenstoff-Träger noch andere
Gase enthalten sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenat
mosphäre zusätzlich noch Wasserstoff und/oder Argon enthält.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006040814A1 (de) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Schaeffler Kg | Verfahren zum Erzeugen einer hoch einsatzhärtbaren Wälzlagerkomponente |
DE102004053935B4 (de) * | 2004-11-09 | 2015-04-09 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils aus einem durchhärtenden warmfesten Stahl und Bauteil aus einem durchhärtenden warmfesten Stahl |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US20050016831A1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-01-27 | Paganessi Joseph E. | Generation of acetylene for on-site use in carburization and other processes |
KR101622306B1 (ko) * | 2009-10-29 | 2016-05-19 | 삼성전자주식회사 | 그라펜 시트, 이를 포함하는 그라펜 기재 및 그의 제조방법 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5139584A (en) † | 1989-07-13 | 1992-08-18 | Solo Fours Industriels Sa | Carburization process |
US5383980A (en) * | 1992-01-20 | 1995-01-24 | Leybold Durferrit Gmbh | Process for hardening workpieces in a pulsed plasma discharge |
DE4427902C1 (de) † | 1994-08-06 | 1995-03-30 | Leybold Durferrit Gmbh | Verfahren zum Aufkohlen von Bauteilen aus kohlungsfähigen Werkstoffen mittels einer impulsförmig betriebenen Plasmaentladung |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004053935B4 (de) * | 2004-11-09 | 2015-04-09 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils aus einem durchhärtenden warmfesten Stahl und Bauteil aus einem durchhärtenden warmfesten Stahl |
DE102006040814A1 (de) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Schaeffler Kg | Verfahren zum Erzeugen einer hoch einsatzhärtbaren Wälzlagerkomponente |
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