DE19904629C2 - Pastenförmiges Boriermittel, dessen Verwendung und Verfahren zur Erzeugung von porenarmen Fe¶2¶B-enthaltenden Boridschichten - Google Patents
Pastenförmiges Boriermittel, dessen Verwendung und Verfahren zur Erzeugung von porenarmen Fe¶2¶B-enthaltenden BoridschichtenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Boriermittel in Form einer Paste
zur Erzeugung von Boridschichten auf metallischen
Werkstoffen. Dieses dient insbesondere zur Erzeugung
einphasiger, harter und haftfester Boridschichten auf
Eisenwerkstoffen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und
zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit entsprechender
Werkstücke.
Das Borieren zum Verschleißschutz von Eisen, Stahl und
Refraktärmetallen ist ein schon lange bekanntes Verfahren.
Durch Eindiffusion des Elementes Bor in die Oberfläche des
behandelten Werkstückes und Reaktion mit dem Grundwerkstoff
entstehen dichte, gleichmäßige Schichten des jeweiligen
Borides, auf Eisen z. B. die Boride FeB, Fe2B. Die Boride
besitzen gegenüber den reinen Metallen erheblich veränderte
Eigenschaften, insbesondere sind die meisten Boride sehr
hart, korrosionsbeständig und damit überaus verschleißfest.
Aufgrund ihrer Erzeugung durch Diffusion und
Festkörperreaktion sind die Boridschichten mit dem
Grundwerkstoff fest verbunden. Hinsichtlich ihrer
Verschleißfestigkeit sind z. B. borierte Stähle teilweise
den durch Nitrieren oder Aufkohlen behandelten Stählen
überlegen.
Es wurden deshalb in der Vergangenheit eine Vielzahl von
Mitteln und technische Verfahrensvarianten entwickelt, mit
denen man Boridschichten, insbesondere auf Stahl,
herstellen kann.
In der Praxis wird überwiegend das Borieren in festen
Boriermitteln angewendet. Dabei werden die zu behandelnden
Teile in eiserne Kästen in Pulvermischungen gepackt, die im
wesentlichen aus borabgebenden Substanzen, aktivierenden
Substanzen und im Rest aus feuerfesten, inerten
Streckmitteln bestehen. Die geschlossenen Kästen werden für
eine gewisse Zeit geglüht, wobei in direkter
Festkörperreaktion oder durch Transport des Bors über die
Gasphase auf den Teilen die erwünschten Boridschichten
gebildet werden.
Die Borierung wird üblicherweise bei Temperaturen zwischen
800 und 1100°C und insbesondere zwischen 850 und 950°C
durchgeführt. Die erzielbaren Schichtdicken der
Boridschichten liegen normalerweise im Bereich zwischen 30
und 300 µm.
In Boriermitteln kommen als borabgebende Substanzen
amorphes und kristallines Bor, Ferrobor, Borcarbid und
Borate wie Borax in Frage. Als aktivierende Substanzen
eignen sich Chlorid- oder Fluorid-abgebende Verbindungen
wie Alkali- und Erdalkalichloride bzw. -fluoride. Besonders
gebräuchlich als Aktivatoren sind Fluoroborate wie
insbesondere Kaliumtetrafluoroborat. Typische Streckmittel
sind Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Siliciumcarbid.
Boriermittel dieser Art sind beispielsweise in DE-PS 17 96 212
beschrieben. Eine typische Zusammensetzung die sich bis
heute als Boriermittel bewährt hat, enthält etwa 5 Gew.-%
Borcarbid, 5 Gew.-% Kaliumtetrafluoroborat und 90 Gew.-%
Siliciumcarbid. Boriermittel der genannten Art kommen
normalerweise als Pulvermischungen zum Einsatz. Sie können
aber auch als Granulate (z. B. DE-OS 21 27 096) oder als
Pasten (z. B. DE-OS 26 33 137) formuliert sein. Im Falle von
Granulaten und Pasten enthalten die Zusammensetzungen noch
untergeordnete Mengen an Bindemitteln bzw. an Wasser.
Desweiteren wurden auch Verfahren entwickelt, die mit
gasförmigen Boriermitteln wie Diboran, Borhalogeniden oder
aber in Salzschmelzen mit Borcarbid und Borax als
borabgebenden Stoffen arbeiteten. Diese letztgenannten
Verfahren konnten sich wegen der Giftigkeit der
Verbindungen und der Verfahrensnachteile, wie dem hohen
Kontrollaufwand zum Erhalt einer gleichbleibenden
Borierwirkung, nicht durchsetzen. Neue Versuche, mit
Plasmaverfahren Boridschichten zu erzeugen, sind aufgrund
der Einflüsse von Chargierung und komplexen Geometrieformen
nicht für alle Anwendungen geeignet. Außerdem ist der
apparative Aufwand recht hoch. Daher haben feste
Boriermittel, die teils auch in pastöser Form angewandt
werden, aufgrund ihrer Vorteile der einfachen Anwendungen
und guter Boridschichten auch heute ihre Vorrangstellung
für das Oberflächenborieren erhalten.
Die gebräuchlichen Borierverfahren mit den bekannten festen
Boriermitteln haben jedoch den Nachteil, daß es
verfahrenstechnisch sehr schwierig ist, mit ihnen
insbesondere auf Eisenwerkstoffen einphasige
Eisenboridschichten zu erzeugen (siehe z. B. EP 0 387 536 B1).
Da die beiden Boride Fe2B und FeB unterschiedliche
Eigenschaften besitzen und mehrphasige Schichten meist
schlechtere Eigenschaften aufweisen als einphasige
Schichten, ist man bemüht, beim Borieren einphasige
Schichten zu erzeugen.
So ist insbesondere die borreichere FeB-Phase wesentlich
spröder als die Fe2B-Phase, was sich negativ auf die
Verschleißfestigkeit der borierten Bauteile auswirkt. Bei
Boridschichten über 50 µm kommt es auch leicht zur Bildung
einer FeB-Randschicht, was aus dem genannten Grund
möglichst zu vermeiden ist.
Bei den bisher bekannten Borierpasten sind unter üblichen
Prozeßbedingungen einphasige Schichten nur bei
Schichtdicken unter 50 µm zu erzielen. Für stärkere
Boridschichten muß eine aufwendige Glühung im Vakuum oder
Salzbad zum Nachdiffundieren angewendet werden oder es sind
spezielle Boriermittel (z. B. nach
DE 198 30 654 A1) erforderlich. Weiterhin sind
bei den üblichen Borierpasten Fluoridemissionen im
Abgas festzustellen. Sowohl durch das Nachdiffundie
ren als auch die Fluoridemissionen wird eine Porösi
tät in der Schicht verursacht, die sich negativ auf
die Schichteigenschaften auswirkt.
Durch die bekannten Borierpasten wird bei vielen
Werkstoffen ein Korrosionsangriff an dem beschichte
ten Werkstück während der Trocknungsphase bewirkt.
Dadurch haften Pastenrückstände nach der Behandlung
so fest an der Werkstückoberfläche, dass ein Reinigen
der Bauteile mit Wasser nicht ausreichend ist und ein
zusätzlicher Strahlvorgang erforderlich wird, wobei
außerdem noch die Gefahr besteht, dass hierbei die
erzeugte Boridschicht in Mitleidenschaft gezogen
wird. Der Korrosionsangriff kann so stark ausgeprägt
sein, dass die Anwendung des Pastenborierens bei be
stimmten Stahltypen bisher nicht möglich, da dort re
gelrechte Anfressungen auftreten.
Weiterhin weisen die bekannten Borierpasten Lagerin
stabilitäten insbesondere bei erhöhten Temperaturen
auf, die durch die Dissoziation des Aktivators KBF4
mit Absenkung des pH-Wertes hervorgerufen wird.
Aus H. Kunst, O. Schaaber "Borierverfahren" Härterei-
Techn. Mitt. 22 (1967) Heft 4, Seiten 275 bis 292
sind pulverförmige Borriermittel bekannt, welche Bo
rax, vorzugsweise in entwässerter Form enthalten.
In der EP 0 161 761 A2 sind Boriermittel zur Borie
rung metallischer Oberflächen beschrieben, welche im
Wesentlichen aus elementarem Bor- und/oder Boroxid
verbindungen sowie aus Aktivatorsubstanzen zur Be
schleunigung der Reaktion zwischen der metallischen
Oberfläche und dem Boranteil des Boriermittels und
aus orangischen Trägerflüssigkeiten bestehen. Als geeignete
Boroxide sind insbesondere Alkali- und Erdal
kaliborate erwähnt.
Aus der CH 556 394 ist ein Verfahren zur Oberfläche
härtung von Stählen und Sinterhartmetallen bekannt,
bei welchem ein Stoffgemisch enthaltend 5-85 Ge
wichtsteilen Borcarbid, 1-73% Gewichtsteilen was
serfreiem Alumniumoxid und Spuren von NaBF4 und Nat
riumfluorid eingesetzt wird. Als weitere Zusätze kön
nen Alkali- und Erdalkaliborate verwendet werden.
Aus Patent Abstracts of Japan, C-910, 1992, Vo. 16
No. 61 JP 3-257151 A ist ein Boriermittel bekannt,
welches neben einem Anteil von 40-85 Gew.-% Borcar
bid einen Anteil von 2-40 Gew.-% an Boraten, insbe
sondere Natriumboraten, enthält.
In der DD 140 676 ist ein pulverförmiges Boriermittel
zum Borieren von Stählen und dergleichen beschrieben,
welches neben einem Anteil von 20 bis 60% an reakti
onsfähigem Fe oder Fe-Verbindungen einen Anteil von 5
bis 30% mineralischen Zusatzstoffen wie zum Beispiel
Kalk enthält.
Aus "The Solid Boriding of Permalloy of magnetic Head
Application" Journal of the Less-Common Metals, 67,
(1979), Seiten 339 bis 345 sind Boriermittel bekannt,
welche Beschleunigungszusätze wie zum Beispiel Na2CO3
enthalten.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Borier
mittel in Form einer Paste zu entwickeln, mit dem
insbesondere auf Eisenwerkstoffen praktisch aus
schließlich einphasige, Fe2B-enthaltende Boridschich
ten erzeugt werden können. Weiterhin sollte in die
sem pastenförmigen Boriermittel der Gehalt an wasser
löslichen Fluoriden gesenkt sein und bei bestimmungs
gemäßem Gebrauch eine reduzierte Fluoridemission einhergehen.
Insbesondere sollte auch die Porosität der
gebildeten Boridschichten vermindert werden. Weiter
hin sollten die Korrosionsangriffe verhindert und so
auch die Reinigung der Bauteile erleichtert werden.
Zusätzlich sollte die Lagerstabilität der Borierpaste
verbessert werden.
Überraschend wurde nun gefunden, dass bei pastenför
migen Boriermitteln die im wesentlichen aus borabge
benden Substanzen, aktivierenden Substanzen und im
Rest aus feuerfestem, inerten Streckmittel sowie Was
ser und gegebenenfalls für die Formulierung einer
Paste erforderliche Hilfsmittel bestehen, diese
Nachteile durch Zusatz von geringen Mengen bestimmter
Additive beseitigt werden können.
Es wurde zum einen gefunden, dass durch Zusatz von
Alkali- oder Erdalkalicarbonaten, beispielsweise Cal
ciumcarbonat, die Porosität der Boridschicht deutlich
vermindert werden kann. Hierdurch wird eine höhere
Standzeit der Bauteile bewirkt. Zusätzlich werden
auch die Fluorwasserstoffemissionen verringert, indem
Fluoride, z. B. HF, als CaF2 gebunden werden. Das ge
gebenenfalls entstehende CaF2 entfaltet nebenbei die
in der DE 198 30 654 A1 be
schriebenen positiven Auswirkungen.
Es wurde zum anderen gefunden, dass durch Zusatz von
Alkali- oder Erdalkalinitriten, beispielsweise Natri
umnitrit, die Korrosionsangriffe der Borierpaste bei
allen untersuchten Stahltypen vollständig unterdrückt
werden konnten. Dadurch lassen sich sowohl höhere O
berflächenqualitäten erreichen als auch eine Borie
rung bislang pastenuntauglicher Stähle durchführen.
Versuche mit anderen bekannten Korrosionsschutzmit
teln führten dagegen zu keinem Erfolg, teilweise traten
sogar stärkere Anfressungen auf als bei Abwesen
heit von üblichen Korrosionsschutzzusätzen.
Weiterhin wurde gefunden, dass durch Zusatz von was
serlöslichen Alkali- oder Erdalkaliboraten, bei
spielsweise Natriumtetraborat (Borax), eine Verbesse
rung der Lagerstabilität der Borierpaste erzielt wer
den kann. Die stets in Wasser auftretende Dissoziati
on des Aktivators KBF4 führt zu Bildung von HF und
somit zur Ansäuerung der Paste mit verstärktem Korro
sionsangriff und gegebenenfalls auftretender Instabi
lität von Pastenhilfsmittel wie etwa des Verdickungs
mittels. Durch den Zusatz von Borat wird dies voll
ständig unterdrückt. Die Borierpaste erhält dadurch
eine wesentlich höhere Lagerstabilität. Versuche, die
Absenkung des pH-Wertes allein durch Zusatz von lös
lichen Carbonaten, wie beispielsweise Natriumcarbo
nat, zu verhindern, führten zu einer Veränderung der
Viskosität und den rheologischen Eigenschaften der
Paste, was sich negativ auf die Anwendung auswirkt.
Darüberhinaus hat sich gezeigt, dass die Reinigung
der Bauteile und das Oberflächenaussehen durch Zumi
schung von Borat verbessert werden kann, da dieses
einen sehr dünnen glasurartigen Film auf dem Bauteil
bildet und so eine Entfernung der Paste nach dem Bo
rieren erleichtert. Zusammen mit dem oben beschriebe
nen Korrosionsschutz lässt sich so das Strahlen der
Bauteile nach dem Borrieren vermeiden.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Boriermittel
in Form einer Paste zur Erzeugung von Boridschichten
auf metallischen Werkstücken, das im Wesentlichen aus
borabgebenden Substanzen, aktivierenden Substanzen
und im Rest aus feuerfestem, inerten Streckmittel so
wie Wasser und gegebenenfalls für die Formulierung
einer Paste erforderlichen Hilfsstoffen besteht und
die dadurch gekennzeichnet ist, dass es als Zusätze
- a) 0,1-5 Gew.-% mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkalicarbonate;
- b) 0,1-2 Gew.-% mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkalinitrite;
- c) 0,1-2 Gew.-% mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der wasserlöslichen Alkali- und Erdalkali borate;
enthält.
Vorzugsweise enthält die Borierpaste, bezogen auf den
Feststoffanteil, 1-3 Gew.-% an Verbindungen gemäß a),
0,2-1 Gew.-% an Verbindungen gemäß b) und 0,2-1 Gew.-%
an Verbindungen gemäß c).
Als Verbindungen gemäß a) kommen insbesondere die
Carbonate von Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium
in Frage. Besonders bevorzugt ist Calciumcarbonat.
Als Verbindungen gemäß b) kommen vorzugsweise Alkali
nitrite wie insbesondere Natrium- und Klaiumnitrit in
Frage. Besonders bevorzugt ist Natiumnitrit.
Aus der Gruppe von Verbindungen gemäß c) kommen vor
zugsweise Alkaliborate wie insbesondere Natrium- und
Kaliumborat in Frage. Besonders bevorzugt ist Natri
umtetraborat (Borax).
Die erfindungsgemäße Borierpaste enthält vorzugsweise
als borabgebende Substanz Borcarbid, als aktivierende
Substanz Kaliumtetrafluoroborat und als Streckmittel
Siliciumcarbid.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ent
hält die Borierpaste als aktivierende Substanz eine
Kombination aus Kaliumtetrafluoroborat und Calcium
fluorid.
Es hat sich nämlich weiterhin gezeigt, dass mit einem
an sich konventionell zusammengesetzten Boriermittel,
dem neben üblichen Aktivatorsubstanzen Calciumfluorid
als weitere aktiverende Substanz zugesetzt wird, eine
gezielte Beeinflussung und Steuerung im Hinblick auf
die Art der Boridbildung in der Werkstückoberfläche
erfolgen kann. Hierbei lassen sich insbesondere bei
Werkstücken aus Eisenwerkstoffen ohne sonstige auf
wendige
verfahrenstechnische Maßnahmen ohne weiteres praktisch FeB-
freie, einphasige Fe2B-Schichten erzeugen.
Weitere Untersuchungen haben dabei gezeigt, daß bei einem
vollständigen Ersatz von KBF4 durch CaF2 in dem
gebräuchlichen Boriermittel nach dem Stand der Technik
unter normalen Verfahrensbedindungen keine ausreichenden
Boridschichten auf den Werkstückoberflächen gebildet
werden. Gleiches ergibt sich, wenn zum Zwecke der Reduktion
der Fluoremission der Gehalt an KBF4 in dem Boriermittel
lediglich verringert wird.
Die erfindungsgemäße Borierpaste enthält zweckmäßigerweise
als aktivierende Substanz eine Kombination aus 1 bis 15 Gew.-%
Kaliumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.-%
Calciumfluorid, jeweils bezogen auf den Feststoffanteil.
In dem erfindungsgemäßen pastenförmigen Boriermittel können
die üblichen borabgebenen Substanzen, wie amorphes oder
kristallines Ferrobor und insbesondere Borcarbid (B4C),
enthalten sein. Vorzugsweise enthält es 1 bis 15 Gew.-%
Borcarbid, bezogen auf den Feststoffanteil.
Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Borierpaste im Rest
die gängigen Streckmittel, wie insbesondere Siliciumcarbid
(SiC), weiterhin Wasser und gegebenenfalls Hilfsstoffe.
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Borierpaste,
bezogen auf den Feststoffanteil, 8 bis 10 Gew.-% Borcarbid,
5 bis 10 Gew.-% Kaliumtetrafluoroborat, 10 bis 30 Gew.-%
Calciumfluorid, 1-3 Gew.-% Calciumcarbonat, 0,2-1 Gew.-%
Natriumnitrit, 0,2-1 Gew.-% Natriumtetraborat und im Rest
als Streckmittel Siliciumcarbid, weiterhin Wasser und
gegebenenfalls Hilfsstoffe.
Eine typische Zusammensetzung besteht etwa aus 10 Gew.-%
Borcarbid, 7 Gew.-% Kaliumtetrafluoroborat, 15 Gew.-%
Calciumfluorid, 1,5 Gew.-% Calciumcarbonat, 0,5 Gew.-%
Natriumnitrit, 0,5 Gew.-% Natriumtetraborat und im Rest aus
Siliciumcarbid, bezogen auf den Feststoffanteil.
Die Formulierung des erfindungsgemäßen pastenförmigen
Boriermittels kann etwa durch Zugabe von Wasser und
gegebenenfalls untergeordneter Mengen von Hilfsstoffen, wie
z. B. handelsüblicher Bindemittel und/oder
Verdickungsmittel, aus der entsprechenden Pulvermischung
erfolgen.
Je nach Anwendungserfordernis kann der Wasseranteil,
bezogen auf die Gesamtmenge, 25 bis 40 Gew.-% betragen.
Vorzugsweise enthält die Paste 30 bis 35 Gew.-% und
insbesondere etwa 30 Gew.-% an Wasser.
Als etwaige weitere Hilfsstoffe kommen Verdickungsmittel
und Bindemittel, wie sie bei der Formulierung von Pasten
üblich sind, in Frage. Ein besonders geeignetes
Verdickungsmittel ist Bentonit. Dieses wird in geringer
Menge, typisch etwa 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge,
in der Borierpaste eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Borierpaste kann sehr vorteilhaft zur
Erzeugung von Boridschichten auf metallischen Werkstücken
verwendet werden.
Durch Carbonat-Zusatz wird die Porosität der Boridschicht
verringert und so die Haltbarkeit der Bauteile erhöht.
Durch den Zusatz von Nitrit wird die Neigung bekannter
Borierpasten zu Korrosionsangriffen auf das Bauteil
eliminiert. Hieraus resultiert ein sehr gutes
Oberflächenaussehen. Dadurch, daß gegenüber bekannten
Zusammensetzungen der Gehalt an KBF4 durch teilweisen
Ersatz mit dem wasserunlöslichen CaF2 verringert werden
kann, ist das erfindungsgemäße Mittel in Bezug auf
Fluoridemissionen wesentlich unkritischer, was insbesondere
die Entsorgung von Abwässern nach dem Waschen der borierten
Bauteile und von erschöpftem Boriermittel betrifft. Ein
reduzierter KBF4-Gehalt ist weiterhin beim
bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mittels von Vorteil, da
entsprechend geringere fluoridhaltige Gasemissionen
auftreten. Durch den Zusatz von Carbonat werden diese
Emissionen nochmals verringert, was zu einer erhöhten
Umweltverträglichkeit des Verfahrens führt. Die Probleme
bekannter Borierpasten bezüglich der Lagerstabilität werden
durch Zusatz von Borat beseitigt. Das Borat führt auch
zusammen mit dem Nitritzusatz zu einer gegenüber bekannten
Borierpasten wesentlich leichteren Reinigung der Bauteile.
Ein besonderer Verfahrensvorteil der erfindungsgemäßen
Borierpaste ist, daß sich auf Werkstücken aus
Eisenwerkstoffen ohne weiteres und problemlos einphasige,
Fe2B-enthaltende, porenarme Boridschichten erzeugen lassen.
Dies ist auf die vorzugsweise Wahl einer Kombination von 1
bis 15 Gew.-% Kaliumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.-%
Calciumfluorid, bezogen auf die Menge der Feststoffe in der
Borierpaste, als aktivierende Substanz zurückzuführen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von
porenarmen, vorzugsweise einphasigen, Fe2B-enthaltenden
Boridschichten auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen wird
die Oberfläche der Werkstücke mit der Borierpaste bedeckt
und diese dann bei Temperaturen zwischen 800 und 1100°C
behandelt, bis sich eine Boridschicht der gewünschten Dicke
gebildet hat. Hierzu wird die Oberfläche der Teile mit der
Boriermittelpaste bestrichen. Dies ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn eine nur teilweise borierte Oberfläche
gewünscht wird. Alternativ kann das Boriermittel auch durch
Eintauchen der Teile in die Paste oder durch Aufspritzen
der Paste aufgebracht werden.
Die Borierung erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen
zwischen 850 und 980°C über einen Zeitraum von 20 Minuten
bis 2 Stunden. Hierbei lassen sich insbesondere einphasige
Fe2B-Schichten von einer Dicke von 30 bis 150 µm erhalten.
Es wurden Bauteile aus dem Werkstoff 42CrMo4 bei 930°C
unter Schutzgas 45 min lang mit einer Borierpaste folgender
erfindungsgemäßer Zusammensetzung boriert:
30% Wasser; 7,5% B4C; 5% KBF4; 10% CaF2; 45% SiC; 1% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit (Verdickungsmittel).
30% Wasser; 7,5% B4C; 5% KBF4; 10% CaF2; 45% SiC; 1% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit (Verdickungsmittel).
Das Boriermittel ließ sich nach der Wärmebehandlung
problemlos und rückstandsfrei mit Wasser entfernen, die
Bauteile wiesen keinerlei Korrosionsangriffe oder Flecken
auf. Die Boridschicht war FeB-frei, porenarm und hatte eine.
Dicke von ca. 50 µm. Die Paste zeigte auch nach längerer
Lagerung bei erhöhter Temperatur keine Veränderung der
Verarbeitungseigenschaften. Der pH-Wert lag bei ca. 7,5.
Es wurden Bauteile aus dem Werkstoff 42CrMo4 bei 930°C
unter Schutzgas 45 min lang mit einer Borierpaste folgender
herkömmlicher Zusammensetzung boriert:
30% Wasser; 7,5% B4C; 9,2% KBF4; 52,5% SiC; 0,8% Bentonit (Verdickungsmittel).
30% Wasser; 7,5% B4C; 9,2% KBF4; 52,5% SiC; 0,8% Bentonit (Verdickungsmittel).
Das Boriermittel ließ sich nach der Wärmebehandlung mit
Wasser nicht vollkommen rückstandsfrei entfernen, erst nach
Bürsten oder Strahlen waren die Bauteile ausreichend
gereinigt. Die Bauteile wiesen leichte Korrosionsangriffe
und eine starke Fleckigkeit auf. Die Boridschicht hatte
eine Dicke von ca. 50 µm, war jedoch zweiphasig; die FeB-
Nadeln reichten bis in 14 µm Tiefe. Es war ein gegenüber
Beispiel 1 stärkerer Porensaum zu erkennen. Nach längerer
Lagerung bei erhöhter Temperatur war die Viskosität der
Paste gesunken und es hatte eine stärkeres Absetzen der
Feststoffe stattgefunden. Der pH-Wert der Paste betrug
ca. 4.
Es wurden Bauteile aus dem Werkstoff Cf52 bei 940°C unter
Schutzgas 60 min lang mit einer Borierpaste folgender
erfindungsgemäßer Zusammensetzung boriert:
30% Wasser; 7,5% B4C; 5% KBF4; 10% CaF2; 45% SiC; 1% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
30% Wasser; 7,5% B4C; 5% KBF4; 10% CaF2; 45% SiC; 1% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
Das Boriermittel ließ sich nach der Wärmebehandlung
problemlos und rückstandsfrei mit Wasser entfernen, die
Bauteile wiesen keinerlei Korrosionsangriffe oder Flecken
auf. Die Boridschicht war FeB-frei, porenarm und hatte eine
Dicke von ca. 70 µm.
Es wurden Bauteile aus dem Werkstoff C 60 bei 950°C unter
Schutzgas 120 min lang mit einer Borierpaste folgender
erfindungsgemäßer Zusammensetzung boriert:
30% Wasser; 7,5% B4C; 5% KBF4; 10% CaF2; 45% SiC; 1% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
30% Wasser; 7,5% B4C; 5% KBF4; 10% CaF2; 45% SiC; 1% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
Das Boriermittel ließ sich nach der Wärmebehandlung
problemlos und rückstandsfrei mit Wasser entfernen, das
Bauteil wies keinerlei Korrosionsangriffe oder Flecken auf.
Die Boridschicht war FeB-frei, porenarm und hatte eine
Dicke von ca. 140 µm.
Es wurden Bauteile aus dem Werkstoff 42CrMo4 bei 930°C
unter Schutzgas 45 min lang mit einer Borierpaste folgender
erfindungsgemäßer Zusammensetzung boriert:
30% Wasser; 7,5% B4C; 8% KBF4; 50% SiC; 3% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
30% Wasser; 7,5% B4C; 8% KBF4; 50% SiC; 3% CaCO3; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
Das Boriermittel ließ sich nach der Wärmebehandlung
problemlos und rückstandsfrei mit Wasser entfernen, die
Bauteile wiesen keinerlei Korrosionsangriffe oder Flecken
auf. Die Boridschicht war FeB-frei, porenarm und hatte eine
Dicke von ca. 52 µm. Die Emissionen an Fluor-Verbindungen
lagen ca. 25% über denjenigen aus Beispiel 1.
Es wurden Bauteile aus dem Werkstoff 42CrMo4 bei 930°C
unter Schutzgas 45 min lang mit einer calciumcarbonat- und
calciumfluoridfreien Borierpaste folgender Zusammensetzung
boriert:
30% Wasser; 7,5% B4C; 9% KBF4; 52% SiC; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
30% Wasser; 7,5% B4C; 9% KBF4; 52% SiC; 0,3% NaNO2; 0,4% Borax; 0,8% Bentonit.
Das Boriermittel ließ sich nach der Wärmebehandlung
problemlos und rückstandsfrei mit Wasser entfernen, die
Bauteile wiesen keinerlei Korrosionsangriffe oder Flecken
auf. Die ca. 50 µm dicke Boridschicht war zweiphasig, die
FeB-Nadeln reichten bis in 10 µm Tiefe. Die Schicht war
stärker porös als in Beispiel 5. Die Emissionen an Fluor-
Verbindungen lagen ca. 40% über denjenigen aus Beispiel 1.
Claims (11)
1. Boriermittel in Form einer Paste zur Erzeugung
von Boridschichten auf metallischen Werkstücken,
im Wesentlichen bestehend aus borabgebenden Sub
stanzen, aktivierenden Substanzen und im Rest aus
feuerfestem, inerten Streckmittel sowie Wasser
und gegebenenfalls für die Formulierung einer
Paste erforderliche Hilfsstoffe, dadurch gekenn
zeichnet, dass es als Zusatz eine Kombination aus
- a) 0,1-5 Gew.-% mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkalicarbonate;
- b) 0,1-2 Gew.-% mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkkalinitrite;
- c) 0,1-2 Gew.-% mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der wasserlöslichen Alkali- und Erdalkaliborate,
2. Boriermittel nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass es, bezogen auf den Feststoffan
teil, eine Kombination aus 1-3 Gew.-% an Verbin
dungen gemäß a), 0,2-1 Gew.-% an Verbindungen ge
mäß b) und 0,2-1 Gew.-% an Verbindungen gemäß c)
enthält.
3. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, dass es als Verbindungen
gemäß a) Erdalkalicarbonate, vorzugsweise Calci
umcarbonat, als Verbindungen gemäß b) Alkaliniti
rite, vorzugsweise Natriumnitrit, und als Verbin
dung gemäß c) Alkaliborate, vorzugsweise Natrium
tetraborat, enthält.
4. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass es als borabgebende Substanz
Borcarbid, als aktivierende Substanz Kalium
tetrafluoroborat und als Streckmittel Silicium
carbid enthält.
5. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass es als aktivierende Substanz
eine Kombination aus Kaliumtetrafluoroborat und
Calciumfluorid enthält.
6. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass es als borabgebende Substanz
1 bis 15 Gew.-% Borcarbid und als aktivierende
Substanz eine Kombination aus 1 bis 15 Gew.-% Ka
liumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.-% Calcium
fluorid enthält, jeweils bezogen auf den Fest
stoffanteil.
7. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass es, bezogen auf den Fest
stoffanteil, 8 bis 10 Gew.-% Borcarbid, 5 bis 10 Gew.-%
Kaliumtetrafluoroborat, 10 bis 30 Gew.-%
Calciumfluorid, 1-3 Gew.-% Calciumcarbonat, 0,2-1 Gew.-%
Natriumnitrit, 0,2-1 Gew.-% Natriumtetraborat
und im Rest als Streckmittel Siliciumcarbid,
weiterhin Wasser und gegebenenfalls Hilfsstoffe
enthält.
8. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass es, bezogen auf den Fest
stoffanteil, aus etwa 10 Gew.-% Borcarbid, 7 Gew.-%
Kaliumtetrafluoroborat, 15 Gew.-% Calciumfluorid,
1,5 Gew.-% Calciumcarbonat, 0,5 Gew.-% Natriumnit
rit, 0,5 Gew.-% Natriumtetraborat und im Rest aus
Siliciumcarbid besteht.
9. Verwendung von pastenförmigen Boriermitteln gemäß
den Ansprüchen 1 bis 8 zur Erzeugung von porenar
men, vorzugsweise einphasigen, Fe2B-enthaltenden
Boridschichten auf Werkstücken aus Eisenwerkstof
fen.
10. Verfahren zur Erzeugung von porenarmen, vorzugs
weise einphasigen, Fe2B-enthaltenden Boridschich
ten auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen, dadurch
gekennzeichnet, dass man die Oberfläche der
Werkstücke mit einem pastenförmigen Boriermittel
gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 bedeckt und diese
dann bei Temperaturen zwischen 800 und 1100 C°
behandelt, bis sich eine Boridschicht der ge
wünschten Dicke gebildet hat.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, dass man zur Erzeugung von Fe2B-Schichten
einer Dicke von 30 bis 150 µm bei Temperaturen
zwischen 850 und 950°C über einen Zeitraum von 20
Minuten bis 2 Stunden behandelt.
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