DE2041534A1 - Schutzmasse zum Verhindern der Aufkohlung,Nitrierung od.ae. - Google Patents

Description

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Friedrichshafen

Schutzmasse zum Verhindern der Aufkohlung, Nitrierung ο. ä.

Die Erfindung betrifft eine Schutzmasse zum stellenweisen Verhindern der Aufkohlung, Nitrierung oder der Reaktion von Gasen mit Metalloberflächen bei ähnlichen Verfahren an Werkstücken, vorzugsweise aus Eisen und Eisenlegierungen.

Partieller Schutz einer Metalloberfläche bei erhöhter Temperatur vor Reaktion mit dem umgebenden Gas, ζ. B. bei der Aufkohlung von Stahlwerkstücken, wird dann erreicht, wenn ein Überzug auf dem zu schützenden Bereich vorhanden ist, der unter den wirksamen Bedingungen chemisch und physikalisch beständig und physikalisch gasdicht ist, und der keine Löslichkeit für das angewendete Gas oder dessen Reaktionsprodukte hat.

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Bei den bekannten Schutzmassen, z. B. Aufkohlungsschutzmassen, besteht der schützende Anteil aus Verbindungen, die unter Reaktionsbedingungen schmelzflüssig sind, vorwiegend aus Alkaliboraten und Salzen mit Flußmitteleigenschaften. Die sonstigen Zusätze zu diesen Schutzmassen sollen bestimmte physikalische Eigenschaften des Überzugs unter Reaktionsbedingungen herstellen, haben aber selbst keine Schutzwirkung.

Die vorgenannten Bedingungen für eine sichere und den Forderungen entsprechende Y/irkung eines solchen Überzuges, die auch störende Nebeneinflüsse ausschließen, werden von den Schutzmassen der beschriebenen Art nur teilweise erfüllt.

Eine bekannte, bei Nitrierhärtung verwendete Schutzmasse (DRP 517 077) enthält Bleioxid. Dieses ist unter Reaktionsbedingungen reduzierbar. Die Reduktion geht unter Gasentwicklung vor sich, wodurch die Bildung einer dichten Schutzschicht verhindert wird. Die weiterhin vorgeschlagene Verwendung von Chloriden ist wegen der Reaktionsfähigkeit mit Ammoniak und wegen der Dünnflüssigkeit der entstehenden Chloridschmelze nicht sicher anwendbar.

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Die in der Aufkohlungsschutzmasse nach DAS 1 286 968 verwendeten Oxide von Nickel und Eisen sind ebenfalls unter Reaktionsbedingungen reduzierbar und hat daher die gleichen Nachteile wie oben angeführt.

Das verwendete Borax geht bei der Aufkohlung mit der reduzierenden Aufkohlungsatmosphäre flüchtige reduzierende Verbindungen ein, d. h. die Schutzschicht wird abgebaut. Die Schutzwirkung ist damit zeitlich begrenzt. Die flüchtigen Verbindungen kondensieren an kälteren Stellen des Ofens und führen zu Ofenschäden. Letzteres gilt allgemein für Alkaliborate, die in ihrer ursprünglichen Zusammensetzung in Schutzmassen Verwendung finden.

Die Wirkung einer weiteren bekannten Einsatzschutzmasse (DBP 1 081 487) wird auf eine Passivierung der zu schützenden Oberflächenteile zurückgeführt. Sie unterscheidet sich dadurch im Reaktionsmechanismus grundlegend vom Erfindungsgegenstand.

Eine Schutzmasse nach der Erfindung verhindert die Flüchtigkeit und chemische Reaktionsfähigkeit der wirksamen Bestandteile von auf der Grundlage von Alkaliboraten hergestellten Schutzmassen unter Reaktionsbedingungen, z. B. beim partiellen Schutz von Werkstücken bei der Aufkohlung.

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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Schutzpaste der beschriebenen Art das Flußmittel durch chemische Umsetzung der Alkaliborate mit Verbindungen, z. B. Karbonaten, Phosphaten, Sulfaten ü. a., der Elemente Chrom, Aluminium, Silizium, Magnesium, Titan und Mangan im Schmelzfluß hergestellt wird, derart, daß in dem nach dem Schmelzen granulierten und gemahlenen Flußmittel mindestens 10 Gew. % der genannten Elemente einzeln oder gemischt als von den übrigen Pulverbestandteilen physikalisch nicht trennbare Oxide vorhanden sind.

Durch die genannte Umwandlung entsteht ein Flußmittel, welches unter Diffusionsbedingungen auf den geschützten Oberflächenteilen der Werkstücke eine gasdichte, emailleartige Glasur bildet, deren Bestandteile mit der meisReduzierenden Gasatmosphäre nicht reagieren und die keine unter Diffusionsbedingungen flüchtigen Verbindungen enthält.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß dem vorbeschriebenen Flußmittelpulver zusätzlich mindestens 10 Gew.% Oxidpulver der Elemente Chrom, Mangan, Silizium oder Titan beigemischt wird, welches von dem Pulvergemisch physikalisch trennbar und unter Diffusionsbedingungen nicht chemisch reduzierbar ifit.

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Ein Ausführungsbeispiel eines Flußmittelpulvers nach der Erfindung weist folgende Bestandteile auf:

70 Ge-w.% Flußmittel wie beschrieben 25 " Chromtrioxyd
5 " Feinton

Die physikalisch trennbare Pulvermischung des beschriebenen Flußmittels und der unter Aufkohlungsbedingungen nicht reduzierbaren Oxide bewirkt, daß keine Gasentwicklung durch Reduktion entsteht und daß zu Beginn des Aufschmelzen die Dünnflüssigkeit des Flußmittels erhalten bleibt, wodurch eine einwandfreie Benetzung der Metalloberfläche eintritt. Mit fortschreitender Aufschmelzung wird der vorher im Pulver physikalisch trennbare Anteil in der Schmelze gelöst, wodurch die Zähigkeit und der Schmelztemperaturbereich des Überzuges erhöht werden. Ist ein Überschuß an lösbaren Bestandteilen vorhanden, so erstarrt der anfangs geschmolzene Überzug beispielsweise bei 900 ° C wieder. Durch Dosierung der lösbaren Oxidanteile ist es also möglich, einen Überzug zu erzeugen, der unter Diffusionsbedingungen von zähflüssig bis fest sein kann. Für die Gasaufkohlung beispielsweise kann ein Überzug mittlerer Zähigkeit Verwendung finden, während für

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die Pulveraufkohlung ein Überzug von höchster Zähigkeit verwendet werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden dem gemahlenen Flußmittelpulver mindestens 15 Gew.% und höchstens 80 Gew.% eines Metallpulvers aus Mangan, Titan oder

einer Fe-Cr-Legierung mit mindestens 12 Gew.% Cr, oder einer I

Fe-Si-Legierung mit mindestens 10 Gew.% beigefügt, welches vorher 2 Stunden bei Temperaturen von mindestens 450 ° C in Luft oxydiert wurde. Die auf der Oberfläche der Metallpartikel gebildeten Oxide sind unter Reaktionsbedingungen durch die Gasatmosphäre nicht reduzierbar, vom Flußmittel im Schmelzfluß aber lösbar.

Die Oberflächenoxydation der Metallpartikel bewirkt, daß der geschmolzene Flußmittelanteil die Metallteilchen vollstän-' dig benetzen kann, sodaß im schmelzflüssigen überzug festes Metallpulver und schmelzflüssiges Flußmittel innig vermischt vorliegen. Das Metallpulver reagiert mit dem Flußmittel dann nicht mehr. Der feste Metallpulveranteil verhindert, daß Flußmittel abfließen kann.

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Zur Erhöhung der Zähigkeit der Schmelze kann zusätzlich zu dem partiell oxidierten Metallpulver noch eine geringe Menge Oxid, z. B. Chromtrioxid oder Siliziumdioxid zugegeben werden. Der Flußmittelanteil kann bei Verwendung von oberflächlich oxidiertem Metallpulver geringer sein als mit den erstgenannten Pulvermischungen.

Eine beispielsweise Zusammensetzung der letztgenannten Schutzmasse ist

20 - 70 Gew.Jo Flußmittel wie beschrieben 80 - 15 " oberflächenoxidiertes Metallpulver 0-15 " Oxide

Beide beschriebenen Mischungstypen werden in üblicher V/eise mit einem organischen Bindemittel, beispielsweise Lack verarbeitet. Die Konsistenz der fertigen Schutzmasse wird entsprechend der Verarbeitung, z. B. Streichen, Tauchen oder Spritzen, mit Hilfe des Bindemittels eingestellt.

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Der Schutz gegen Eindiffundieren des Einsatzmittels wird durch das schmelzende und gasdichte Flußmittel bewirkt. Die Funktionen der genannten Zuschläge zum Flußmittel betreffen die Stabilisierung und Zähigkeit der Schmelze, den Ablauf des Schmelzvorganges und die Ausbildung der Schichten.

Die Diffusionsatmosphäre reagiert nicht mit den Bestandteilen der Überzüge. Die Schutzwirkung ist daher zeitlich nicht begrenzt.

Die Sprödigkeit und das Ausdehnungsvermögen der wieder erstarrten Schutzschicht sind beeinflußbar. Die Schicht kann-'also so beschaffen sein, daß sie nach der Wärmebehandlung leicht abplatzt.

Außer bei Aufkohlung, Karbonitrierung und Nitrierung ist die Schutzmasse auch gegen Entkohlung und Verzunderung anwendbar.

17. 8. 1970

A/Ki &T · Akte 4958

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1J Schutzmasse zum stellenweisen Verhindern der Auf-■—

   kohlung, Nitrierung, o. ä., an Werkstücken vorzugsweise aus Eisen und Eisenlegierungen, mit einem auf den Grundsubstanzen vorwiegend von Alkaliboraten erschmolzenen und danach granulierten und gemahlenen Flußmittelpulver, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel durch Umsetzung der Alkaliborate mit Verbindungen, z. B. Karbonate, Phosphate, Sulfate u. a., der -Elemente Chrom, Aluminium Silizium, Magnesium, Titan und Mangan im Schmelzfluß hergestellt wird, derart, daß in dem nach de.m Schmelzen granulierten und gemahlenen Flußmittel mindestens 10 Gew.% der genannten Elemente einzeln oder gemischt als von den übrigen Bestandteilen des Pulvers physikalisch nicht trennbare Oxide vorhanden sind.

   2. Schutzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem vorbeschriebenen Flußmittelpulver zusätzlich mindestens 10 Gew.% Oxidpulver der Elemente Chrom, Mangan, Silizium oder Titan beigemischt wird, welches von dem Pulvergemisch physikalisch trennbar und unter Diffusionsbedingungen nicht chemisch

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   AQ

   reduzierbar ist.

   3. Schutzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem fertigen Füllmittelpulver mindestens 15 Gew.% und höchstens 80 Gew.% eines Metallpulvers, wie Chrom, Mangan, Titan oder einer Eisen-Chrom-Legierung mit mindestens 12 Gew.% Chrom oder einer Eisen-Silizium-Legierung mit mindestens Gew.% Silizium beigemischt wird, welches etwa 2 Stunden bei

   450 ° C oberflächenoxidiert wurde.

   4. Schutzmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Pulvermischung folgende Zusammensetzung hat:

   70 Gew.# Flußmittel nach Anspruch 1 25 " Chromtrioxid
   5 " Feinton

   5. Schutzmasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fertiget Pulvermischung folgende Zusammensetzung hat:

   20 - 70 Gew.% Flußmittel nach Anspruch 1 80 - 15 " oberflächenoxidiertes Metallpulver 0 - 15 " Oxide wie beschrieben

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   wobei der Anteil an Metallpulver vor der Beimischung 2 Stunden "bei Temperaturen 450 ° C oxidiert wird.

   17. 8. 1970

   A/Kiil· . Akte 4958

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