DE2053063C3 - Process for the deposition of metal carbide layers - Google Patents
Process for the deposition of metal carbide layersInfo
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Description
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gefäß aus Graphit verwendet wird.9. The method according to claim 8, characterized in that a vessel made of graphite is used.
10. Verfahren zur Abscheidung von Schichten aus Karbiden der Metalle der Va-Gruppe des Periodensystems auf Gegenständen aus Eisen oder Eisenlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Behandlung von Gegenständen aus kohlenstoffhaltigem Eisen oder einer kohlenstoffhaltigen Eisenlegierung die Badmischung ohne Zusatz von Kohlenstoff oder einer kohlenstoffhaltigen Substanz hergestellt wird.10. Process for the deposition of layers of carbides of the metals of the Va group of the periodic table on objects made of iron or iron alloys, characterized in that during treatment of objects made of carbon-containing iron or a carbon-containing iron alloy the bath mixture is produced without the addition of carbon or a carbon-containing substance.
hekannten Verfahren erscheinen in vieler Hinsicht verbesserungsbedürftig; die Einrichtungen, dae zu ihrer Ausführung benutzt werden, «nd oft kompliziert oder Xierig und unbequem zu handhabe^ Häufig wird auch nur eine fehlerhafte und ungenügende Bindung der !^bhtn Schicht auf dem Tragergegenstand SS ein schwerwiegender Nachteil be-known procedures appear in many ways in need of improvement; the facilities, dae to theirs Execution are used, "nd often complicated or Xierig and uncomfortable to handle ^ Often also only a faulty and insufficient binding of the! ^ bhtn layer on the carrier object SS a serious disadvantage
IOIO
2525th
3° 3 °
JCJC
<o < o
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bscheidung von Schichten aus Karbiden der Metalle :r Va-Gruppe des Periodensystems auf Gegenständen is Eisen oder Eisenlegierung.The invention relates to a method for depositing layers of carbides of metals : r Va group of the periodic table on objects is iron or iron alloy.
Bekannte Verfahren zum Abscheiden von Hartmellschichten auf der Oberfläche von Gegenständen aus isen oder Eisenlegierungsmaterial sind unter anderem as Aufbringen in der Dampfphase, die Zementation, as Aufsorühen und die Enlladungshärtung. Diese ^D^mpfphaseRverfahren arbeitet mit der Abscheidung'aus Halogeniden. Das erfordert einen ziemlich tomoliziert gebauten Ofen, um in einer besonders ausgewählten Atmosphäre arbeiten zu könneru Die bei dem Verfahren auftretenden gasförmigen Halogene wirken stark korrosiv auf die Ofenteile. Beim Zementations- oder Einsatzhä.tui.gsverfahren werden die so behandelten Oberflächen oft ziemlich rauh. Die aufgebrachte Schicht hat eine Mischstruktur aus SmS und dem Material des behandelten Werk-Sund weist daher geringere Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einer Schicht auf, Ie ausschließlich aus Hartmetall besteht. Die Ausführung des Sprühverfahrens ist sehr teuer und fuhrt häufig nur zu einer schlechten Bindung zwischen Beschichtung und dem Trägerstück. Die Beschichtung durch Enth-Huneshärtung ist sehr langwierig und führt zu einer zlemS Sen Oberfläche, so daß das Verfahren dadurch nur beschränkt anwendbar ist.Known processes for the deposition of hard shell layers on the surface of objects made of isen or iron alloy material are among others Application in the vapor phase, cementation, application and charge hardening. This ^ D ^ mpfphaseRverfahren works out with the deposition Halides. That requires a rather tomolisiert built furnace to be special in one selected atmosphere to be able to work at The gaseous halogens occurring during the process have a highly corrosive effect on the furnace parts. In the cementation or repeated use processes, the surfaces treated in this way often become quite rough. the The applied layer has a mixed structure of SmS and the material of the treated plant sound therefore has lower surface hardness and wear resistance compared to a layer, Ie consists exclusively of hard metal. Execution the spray process is very expensive and often only leads to a poor bond between coatings and the support piece. The coating by deinking is very tedious and leads to a thin surface, so the procedure can therefore only be used to a limited extent.
Weiter ist zum Stand der Technik noch der Inhalt der nachfolgend besprochenen Druckschriften zu beachten. Die US-PS 25 68 860 betrifft ein Verfahren zum Aufkohlen oder Zementieren von Ferrometallmaterial. Die dafür als Badflüssigkeit benutzte Salzschmelze ist im wesentlichen aus Alkalimetallkarbonat und Chlorid sowie fein zerteiltem Kohlenstoff zusammengesetzt, der wegen der Aufkohlungswirkung verwendet wird. Der fein zerteilte Kohlenstoff wird in Kohlenstoffmonoxid dadurch umgesetzt, daß ein Sauerstoff enthaltendes Gas in das Bad eingeleitet wird.The content of the Observe the publications discussed below. The US-PS 25 68 860 relates to a method for Carburizing or cementing ferrous metal material. The molten salt used as bath liquid is composed essentially of alkali metal carbonate and chloride as well as finely divided carbon, the is used because of the carburizing effect. the Finely divided carbon turns into carbon monoxide reacted by introducing an oxygen-containing gas into the bath.
Dieser Vorgang ermöglicht die Einlagerung von Kohlenstoff in die Oberfläche eines in das Bad eingesetzten Gegenstandes.This process enables carbon to be deposited on the surface of the bath used object.
In der US-PS 24 92 805 ist ein weiteres Zementationsverfahrer, beschrieben, das ein Bad benutzt, das eine sehr kleine Menge, 2 bis 10 Gewichtsprozent, Boroxid oder Borat enthält. Das Boroxid oder Borat wird in dieser Menge als eine Art Zusatz des Bades benutzt, wobei mit der speziellen Badzusammensetzung erreicht werden soll, da3 die Aufkohlung gegenüber einem älteren Stand der Technik schneller bewirkt wird.In US-PS 24 92 805 is another cementation process, described using a bath containing a very small amount, 2 to 10 percent by weight, of boron oxide or contains borate. The boron oxide or borate is used in this amount as a kind of additive to the bath, with the special bath composition should be achieved that the carburization compared to a older prior art is effected more quickly.
Auch die GB-PS 6 25 192 betrifft ein Verfahren zur Aufkohlung von Stahlmaterial. Das dazu verwendete Bad aus geschmolzenem Salz enthält einen wesentlichen Teil von Alkalimetallkarbonaten oder Halogeniden und 5 bis 40 Gewichtsprozent eines Alkahmetallcyanids. Weiter sollen in dem Bad 1 bis 15 Gewichts-Prozent fein zerteilter Kohlenstoff und 1 bis Gewichtsprozent Borax oder Boroxid dispergiert sein. Ähnlich wie in der US-PS 24 92 805 beschrieben, wird durch den Zusatz einer kleinen Menge, etwa 1 bis Gewichtsprozent, Borax oder Boroxid und fein zerteiltem Kohlenstoff die Geschwindigkeit der Zementationswirkung des Bades erhöht, gleichzeitig aber dessen N itnerhärtungswirkung verhindert.GB-PS 6 25 192 also relates to a method for carburizing steel material. The one used for this Molten salt bath contains a substantial portion of alkali metal carbonates or halides and 5 to 40 percent by weight of an alkali metal cyanide. Next, 1 to 15 percent by weight of finely divided carbon and 1 to Percent by weight borax or boron oxide be dispersed. Similar to that described in US Pat. No. 2,492,805 by adding a small amount, about 1 to weight percent, borax or boron oxide and finely divided Carbon increases the speed of the cementation effect of the bath, but at the same time it does so Non-hardening effect prevented.
Bei einem in der GB-PS 6 46 645 beschriebenen Verfahren wandern gleichzeitig Metalle und Kohlenstoff in die Oberfläche zu behandelnder Eisen- oder Stahlteile ein, die in eine Salzschmelze getaucht werden, die ein Alkalimetallcyanid, ein Alkalimetallkarbonat, einIn a process described in GB-PS 6 46 645, metals and carbon migrate at the same time into the surface of iron or steel parts to be treated, which are immersed in a molten salt, which is an alkali metal cyanide, an alkali metal carbonate
6. 6th
Oxid des einzulagernden Metalls und das einzulagernde Metall in Pulverform enthält Dieiss Schmelzbad besteht im wesentlichen aus AlkiHmetallcyanid und -karbonat Die damit erzielbare Schicht enthält nach den Beispielen Chrom oder andere Metalle in Mengen von 0,5 bzw. 22 Gewichtsprozent und hat eine Rockwell-C-Härte von 62 bis 64; mit diesem bekannten Verfahren wird demnach eine Karburierungsschicht gebildet, die eine geringe Menge Chrom oder andere Metalle enthält, die ebenso wie Kohlenstoff in die Oberflächenschicht des behandelten Gegenstandes einwandern, wobei diese Schicht nach der Behandlung hauptsächlich aus dem ursprünglichen Material des Gegenstandes besteht.Oxide of the metal and the warehoused putaway metal in powder form contains Dieiss molten bath consisting essentially of carbonate and AlkiHmetallcyanid The thus achievable layer contains according to Examples chromium or other metals in amounts of from 0.5 and 22 weight percent, and has a Rockwell C Hardness from 62 to 64; With this known method, a carburization layer is thus formed which contains a small amount of chromium or other metals which, like carbon, migrate into the surface layer of the treated object, this layer after the treatment mainly consisting of the original material of the object.
Während bei dem zuletzt erwähnten Verfahren auch geringe Mengen Chrom oder andere Metalle in die Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes eingeführt werden, die aber trotzdem hauptsächlich aus dem Element besteht, das auch Hauptbestandteil des gesamten, zu behandelnden Gegenstandes ist, betreffen die weiteren, vorstehend besprochenen Vorveröffentlichungen im wesentlichen Aufkohlungsverfahren.While in the last-mentioned process, small amounts of chromium or other metals in the Surface of the object to be treated are introduced, but still mainly from the Element exists, which is also the main component of the entire object to be treated, concern the other prior publications discussed above essentially carburizing processes.
Demgegenüber soll nach der Erfindung eine aus Karbiden der Metalle der Va-Gruppe des Periodensystems bestehende Schicht auf Gegenständen aus Eisen oder Eisenlegierung abgeschieden werden, wobei entsprechend dem gesteigerten Bedarf an mit harten Oberflächen versehenen Preßformen, Spannvorrichtungen u.dgl. die Beschichtung technisch einfacher und wirtschaftlicher ausgeführt werden soll. Nach der Erfindung wird das bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß eine Mischung aus Borsäure oder einem Borat und aus einem Element der Gruppe Va oder einer ein solches Element enthaltenden Substanz zusammen mit Kohlenstoff oder einer kohlenstoffhaltigen Substanz in einem Badgefäß zum Schmelzen gebracht und der Gegenstand in das Schmelzbad der Mischung getaucht wird. Vorzugsweise wird als Borat Borax verwendet. Weiter ist vorgesehen, daß als das Element der Gruppe Va enthaltende Substanz eine Ferrolegierung des Elements verwendet wird.On the other hand, according to the invention, one made of carbides of the metals of the Va group of the periodic table existing layer can be deposited on objects made of iron or iron alloy, whereby corresponding to the increased need for hard-surfaced dies, clamping devices and the like. The coating is to be carried out in a technically simpler and more economical manner. After Invention is achieved in a method of the type mentioned in that a mixture of Boric acid or a borate and an element from group Va or one containing such an element Substance together with carbon or a carbon-containing substance in a bath vessel for Melting and immersing the object in the molten bath of the mixture. Preferably is used as borate borax. It is further provided that as the element of group Va containing Substance a ferro alloy of the element is used.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Badmischung mit wenigstens 0,03 Gewichtsprozent Kohlenstoff verwendet. Stattdessen kann auch in einer abgewandelten Ausführungsform für die Badmischung zur Erwärmung ein Gefäß verwendet werden, das als einen Hauptbestandteil Kohlenstoff enthält. In einer weiteren Abwandlungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Gegenständen aus kohlenstoffhaltigem Eisen oder einer kohlenstoffhaltigen Eisenlegierung wird die Badmischung ohne Zusatz von Kohlenstoff oder einer kohlenstoffhaltigen Substanz hergestellt.According to a further feature of the invention, a bath mix of at least 0.03 percent by weight Carbon used. Instead, in a modified embodiment for the bath mix a vessel containing carbon as a main component can be used for heating. In a further modification of the method according to the invention for treating objects carbonaceous iron or a carbonaceous iron alloy is added to the bath mixture without any additive made of carbon or a carbonaceous substance.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Badmischung wenigstens ein Stoff zugesetzt, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Hydroxiden oder Halogeniden von Natrium oder Kalium und Phosphoroxid bestehtAccording to a further feature of the invention, at least one substance is added to the bath mixture which consists of is selected from a group consisting of hydroxides or halides of sodium or potassium and phosphorus oxide consists
Die Erfindung ermöglicht, eine Schicht aus einem Karbid eines Elements oder von Elementen der Gruppe Va auf der Fläche des im erfindungsgemäßen Bad behandelten Gegenstandes aus Eisen oder Eisenlegierung herzustellen. Dabei wird ein Schmelzbad verwendet, das hauptsächlich aus Borsäure oder Borat und einem Element der Gruppe Va besteht. Der für die Bildung des Karbids benötigte Kohlenstoff ist entweder in der Schmelze als Zusatz enthalten, oder wird vomThe invention enables a layer of a carbide of an element or of elements of the group Va on the surface of the article made of iron or iron alloy treated in the bath according to the invention to manufacture. A molten bath is used, which mainly consists of boric acid or borate and an element of group Va. The carbon required to form the carbide is either contained in the melt as an additive, or is dated
ίοίο
Badgefäß abgegeben oder wandert in dem zu behandelnden Werkstück aus dem Inneren zur Oberfläche. Bath vessel released or migrates in the workpiece to be treated from the interior to the surface.
Die derart gebildete Karbidschicht weist einen hohen Härtegrad und eine sehr gute Verschleißfestigkeit auf. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher besonders für die Oberflächenbehandlung von Gesenken, Stanzstempeln, Bohrfuttern und ähnlichen Gegenständen geeignet wobei das Verfahren sich durch besondere Wirtschaftlichkeit auszeichnet Die auf den Werkstükken erzielte Karbidschicht haftet fest und widerstandsfähig auf der Außenfläche und zeichnet sich überdies durch eine Dichte, ununterbrochene Struktur aus.The carbide layer thus formed has a high Degree of hardness and very good wear resistance. The method according to the invention is therefore special for the surface treatment of dies, punches, drill chucks and similar objects suitable whereby the process is characterized by particular economic efficiency The on the work pieces The resulting carbide layer adheres firmly and resiliently to the outer surface and is also distinguished characterized by a dense, uninterrupted structure.
In dem Badmaterial, das eine Mischung aus Borsäure (B2O3) und/oder Borat, z. B. Borax (Na2B4O7), mit einem Element oder Elementen der Gruppe Va ist, wirkt das Borat als eine Art Flußmittel, das die Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes in einem oxidfreien Zustand hält. Eine entsprechende Menge eines Elements oder von Elementen der Gruppe Va kann in Borat, das sich im geschmolzenen Zustand befindet, geschmolzen werden. Als Elemente der Gruppe Va können eines oder mehrere Elemente der aus Vanadium, Niob und Tantal bestehenden Gruppe verwendet werden, auch in Zusammensetzungen, wie z. B. als Eisenlegierung. Ein Zusatz von 5 Gewichtsprozent eines Elements der Gruppe Va in dem geschmolzenen Bad hat sich als ausreichend erwiesen. Erfindungsgemäß kann die Menge des Elements der Gruppe Va in dem Bad 1 bis 70 Gewichtsprozent betragen. Bei Verwendung einer unter 1% liegenden Menge würde das Verfahren zur Bildung der Karbidschicht zu langsam ablaufen, um für praktische Zwecke brauchbar zu sein. Ein 70% übersteigender Anteil an Elementen der Gruppe Va erhöht die Viskosität des Salzbades auf einen derart hohen Wert, daß es praktisch unmöglich werden kann, das zu behandelnde Werkstück in das Bad einzutauchen, oder eine ebenmäßige Schicht aus diesem hochviskosen Bad abzuscheiden.In the bath material, which is a mixture of boric acid (B2O3) and / or borate, e.g. B. Borax (Na2B4O7), with a Element or elements of group Va, the borate acts as a kind of flux, which the surface of the too object to be treated in an oxide-free state. A corresponding amount of an element or group Va elements may be melted into borate, which is in the molten state will. As elements of group Va, one or more elements from vanadium, niobium and tantalum can be used existing group can also be used in compositions such as B. as an iron alloy. A Addition of 5% by weight of a Group Va element to the molten bath has been found to be proven sufficient. According to the invention, the amount of the element of group Va in the bath can be 1 to 70% Be percent by weight. Using an amount below 1% would result in the formation process the carbide layer is too slow to be useful for practical purposes. A 70% Excessive proportion of elements from group Va increases the viscosity of the salt bath to such an extent high value that it can be practically impossible to immerse the workpiece to be treated in the bath, or to deposit an even layer from this highly viscous bath.
Die weiter oben erwähnten drei Möglichkeiten der Kohlenstoffeinführung können je nach Art des zu behandelnden Gegenstandes kombiniert werden. So kann eine dicke Metallkarbidschicht sehr gut auf einem hochkohlenstoffhaltigen Stahl in einem Cad erzeugt werden, das aus geschmolzenem Salz in einem Graphitgefäß besteht. Bei nur geringem Kohlenstoffgehalt des zu behandelnden Werkstücks, das z. B. aus rostfreiem oder kohlenstoffarmem Stahl oder Schmiedeeisen besteht, kann eine verhältnismäßig dicke Schicht aus Metallkarbid dadurch hergestellt werden, daß vor der Badbehandlung eine Einsatzhärtung vorgenommen und dadurch der Kohlenstoffgehalt in der Oberfläche des 2.u behandelnden Werkstücks vergrößert wird. Die Vorbehandlung ersetzt die sonst erforderliche Erhöhung der Behandlungstemperatur und/oder Verlängerung der Behandlungsdauer.The three ways of introducing carbon mentioned above can vary depending on the type of subject to be treated. So a thick layer of metal carbide can work very well on one High carbon steel can be produced in a cad that is made from molten salt in a Graphite vessel. With only a low carbon content of the workpiece to be treated, the z. B. off Stainless or low carbon steel or wrought iron can be relatively thick A layer of metal carbide can be produced by case hardening before the bath treatment made and thereby the carbon content in the surface of the 2nd u treated workpiece is enlarged. The pretreatment replaces the otherwise necessary increase in the treatment temperature and / or extending the duration of treatment.
Wenn die Kohlenstoffmenge in dem Schmelzbad die größstmögliche Lösungsmenge übersteigt, bildet sich eine kohlenstoffhaltige Schicht auf der freien Oberfläche des Schmelzbades, so daß der Überschuß die Bildung der gewünschten Metallkarbidschicht nicht stört, aber den Zutritt der umgebenden Atmosphäre zu dem Badmaterial wirksam unterbricht. Dies kann für eine Badbehandlung in einer aus Luft bestehenden Atmosphäre ausgenutzt werden, bei der ein Eintreten von Sauerstoff in das Bad wirksam durch die Gegenwart einer das Bad bedeckenden kohlenstoffhaltigen Schicht verhindert wird.When the amount of carbon in the molten bath exceeds the largest possible amount of solution, it forms a carbonaceous layer on the free surface of the molten bath, so that the excess the Formation of the desired metal carbide layer does not interfere, but allows access to the surrounding atmosphere effectively interrupts the bath material. This can be for an air bath treatment Atmosphere can be exploited in which an ingress of oxygen into the bath is effective due to the presence a carbonaceous layer covering the bath is prevented.
Wenn Borax als Schmelzbadmaierial verwendet wird, wird es vorzugsweise mit einer oder mehreren Verbindungen vermischt, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche unter anderem enthält Halogenide wie Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Nalriumfluorid (NaF), Oxide wie Phosphoroxid (P2O5) oder ähnliche Stoffe, Hydroxid wie Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Sulfate, Karbonate und Nitrate. Dadurch wird die Schmelztemperatur des Badmaterials gesenkt, da berücksichtigt werden muß, daß der Schmelzpunkt des Borax bei etwa 7400C liegt, d. h. über dem Umwandlungspunkt von Stahl. Wenn die Behandlung bei einer Badtemperatur über dem Umwandlungspunkt von Stahl zur schnelleren Bildung der Karbidschicht ausgeführt wird, neigen die meisten Stahlsorten dazu, daß sich auf Grund der Umwandlung Verzerrungen bilden. Diese Verzerrungen müssen natürlich vermieden werden, indem die höhere Badtemperatur herabgesetzt wird.When borax is used as a molten bath maierial, it is preferably mixed with one or more compounds selected from a group which includes halides such as sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), sodium fluoride (NaF), oxides such as phosphorus oxide (P2O5 ) or similar substances, hydroxide such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sulfates, carbonates and nitrates. Thereby, the melting temperature of the bath material is lowered, must be considered as that of the melting point of the borax is about 740 0 C, ie above the transformation point of steel. If the treatment is carried out at a bath temperature above the transformation point of steel in order to form the carbide layer more quickly, most types of steel tend to develop distortions due to the transformation. These distortions must of course be avoided by lowering the higher bath temperature.
Die Behandlungsdauer hängt von der Dicke der zu bildenden Metallkarbidschicht ab. Bei einer Behandlung, die weniger als eine Stunde dauert, ergibt sich keine brauchbare Bildung einer Karbidschicht, obwohl die endgültige Bestimmung der Behandlungsdauer von der Behandlungstemperatur abhängt. Bei Erhöhung der Behandlungszeit wird die Stärke der Metallkarbidschicht entsprechend vergrößert In der Praxis kann eine brauchbare Stärke der Metallkarbidschicht innerhalb von 30 Stunden oder weniger erreicht werden.The duration of the treatment depends on the thickness of the metal carbide layer to be formed. During a treatment which takes less than an hour, there is no useful formation of a carbide layer, although the final determination of the treatment time depends on the treatment temperature. When the Treatment time, the thickness of the metal carbide layer is increased accordingly a useful thickness of the metal carbide layer can be achieved within 30 hours or less.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in einer Luftatmosphäre als auch in einer aus einem inerten Gas bestehenden Atmosphäre ausgeführt werden.The method according to the invention can be used both in an air atmosphere and in one of one inert gas existing atmosphere.
Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung an Hand numerischer Beispiele und unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert wird. Es zeigenFurther advantages and features of the invention emerge from the claims and from following description in which the invention on the basis of numerical examples and with reference to the Drawings is explained. Show it
F i g. 1 bis 6 mehrere zeichnerische Darstellungen von Mikrophotographien zur deutlicheren Veranschaulichung von erfindungsgemäß gebildeten Metallkarbidschichten undF i g. 1 to 6 several graphic representations of photomicrographs for clearer illustration of metal carbide layers formed according to the invention and
F i g. 7 ein Diagramm der Ergebnisse von Verschleißversuchen, die mit erfindungsgemäß hergestellten Metallkarbidschichten unternommen worden sind.F i g. 7 is a graph showing the results of wear tests made with the invention Metal carbide layers have been made.
150 g einer Mischung aus 50 Gewichtsprozent Borax und 50 Gewichtsprozent Ferroniob-Pulver (Fe-Nb), das
59 Gewichtsprozent Niobium und,3,6,Gewichtsprozent
Tantal enthielt, wurde in,einen?GraphittiegeKeing<
bracht-und bis -auflÄOO? C,erwarmt Sodaninwurde ei ι
Muster in Form eines 5
70 mm Jargenj
legierungsstaju\.150 g of a mixture of 50 percent by weight borax and 50 percent by weight ferroniobium powder (Fe-Nb), which contained 59 percent by weight niobium and 3.6 percent by weight tantalum, was brought into a? C, heated sodanine was a pattern in the form of a 5
70 mm Jargenj
alloy staju \.
strahl-Mikroanalyse eines Querschnitts des derart überzogenen Musters stellte Niob, Tantal und Kohlenstoff in der gebildeten Schicht festBeam microanalysis of a cross section of the pattern coated in this way revealed niobium, tantalum and carbon firmly in the formed layer
150 g einer Pulvermischung, die aus 50 Gewichtsprozent Borax und 50 Gewichtsprozent Ferrovanadium (mit 52 Gewichtsprozent Vanadium) bestand, wurde in einen Graphittiegel eingebracht Ein Muster, bestehend aus JIS-SKD-1-Stahl, wurde unter denselben Behandlungsbedingungen wie in dem Beispiel 1 behandelt.150 g of a powder mixture that consists of 50 percent by weight Borax and 50 percent by weight ferrovanadium (with 52 percent by weight vanadium) was used in A graphite crucible was placed in a sample made of JIS-SKD-1 steel under the same treatment conditions treated as in Example 1.
Das Ergebnis ist in der in Fig.2 von Hand wiedergegebenen Mikrophotographie dargestellt.The result is shown in Fig. 2 by hand reproduced photomicrograph.
Die auf dem Muster gebildete Schicht hatte eine Dicke von etwa 18 Mikron. Sie war glatt und nadellochfrei.The layer formed on the pattern was about 18 microns thick. It was smooth and pinhole free.
Nach Röntgenstrahlbeugung bestand die Schicht aus Vanadiumkarbid (VC). Durch Elektronenstrahl-Mikroanalyse wurden Vanadium und Kohlenstoff festgestellt.According to X-ray diffraction, the layer consisted of vanadium carbide (VC). By electron beam microanalysis vanadium and carbon were found.
PrüfergebnisseTest results
Die in den obigen Beispielen 1 und 2 behandeltenThose treated in Examples 1 and 2 above
Muster wurden auf einem Verschleißprüfgerät vom TypSamples were made on a wear tester of the type
»Ohgoshi« unter einer Endbelastung von 3,3 kg, einem"Ohgoshi" under a final load of 3.3 kg, one
Reibungshub von 600 mm mit einem Gleitmaterial vom Typ »S 45 C«, normalisiert geprüftFriction stroke of 600 mm with a sliding material of type »S 45 C«, tested in a normalized manner
Zum Vergleich wurde als Bezugsgröße unter gleichen oder ähnlichen Bedingungen ein Muster aus SKD-I-Material geprüft Das Material war durch eine ölbadhärtur.g bei 975° C, 25 Minuten lang, und Luftkühlung von 200° C während 60 Minuten vergütetFor comparison, a sample made of SKD-I material was used as a reference value under the same or similar conditions The material was tested by an oil bath hardening at 975 ° C for 25 minutes and air cooling 200 ° C for 60 minutes
Die Ergebnisse sind in Fig.7 dargestellt Kurve 1 betrifft das erste Prüfmuster des Beispiels 1. Kurve 2 bezieht sich auf das zweite Prüfmuster des Beispiels 2. Kurve 3 zeigt das Vergleichsmuster.The results are shown in Figure 7, curve 1 relates to the first test sample of example 1. Curve 2 relates to the second test sample of example 2. Curve 3 shows the comparison sample.
Durch die Beispiele 1 und 2 und die Prüfergebnisse wird bestätigt, daß bei Eintauchen eines Prüfmusters aus SKD-I-Material in ein Bad aus geschmolzenem Salz, das Borax und ein Element der Gruppe Va, wie Vanadium, Niob und Tantal, enthält wobei das Badgefäß aus einem Material besteht, das einen wesentlichen Teil Kohlenstoff enthält, eine verschleißfeste Schicht aus einem Karbid eines Elements der Gruppe Va gebildet wird.It is confirmed by Examples 1 and 2 and the test results that when a test specimen is immersed SKD-I material in a bath of molten salt, the borax and an element of group Va, such as Vanadium, niobium and tantalum, the bath vessel consists of a material that contains a essential part contains carbon, a wear-resistant layer made of a carbide of an element of the Group Va is formed.
Das Bezugsmuster aus SKD-I -Material, das keine solche Metallkarbidschicht aufweist, zeigt bei Geschwindigkeiten über und unter 1 m/sec ein größeres Ausmaß an Gleitverschleiß als die erfindungsgemäßen Muster. Die erfindungsgemäßen Muster zeichnen sichThe reference sample made of SKD-I material, which is no having such a metal carbide layer shows at speeds above and below 1 m / sec, a greater degree of sliding wear than that of the invention Sample. The patterns according to the invention stand out
.ν i^j7P*iiiorcUj!ji3|Si.ν i ^ j7P * iiiorcUj! ji3 | Si
hLiiintaucnenan^inirtau um iat^ü f einer Miki ophotogi a B^sne Schicht aus jfliobkarbid °"5"; QrySUDF Ijchgcwiesen 18 MiVFpn siJi auf F.i£ hLiiintaucnenan ^ inirtau um iat ^ ü f a Miki ophotogi a B ^ sne layer of jfliobkarbid ° " 5 "; QrySUDF Ijchgcwiesen 18 MiVFpn siJi on Fi £
lana^nacllana ^ nacl
KsSnIKsSnI
den Tabelle zusammengestellt:compiled in the table:
Mustersample
Materialmaterial
desof
MustersPattern
Bad-Zusamtiiensct/.ung Bad-Zusamtiiensct / .ung
Heliandlungsteniperatiir
und DauerHeliactionsteniperatiir
and duration
Bei den hier erwähnten Versuchen wurde festgestellt, daß in jedem Fall eine Schicht ausgebildet wurde, die aus einem Karbid des jeweils entsprechenden Elements der Gruppe Va des periodischen Systems bestand. Die Ergebnisse des Musters Nr. 1 sind in Fig.3, die des Musters Nr.3 in Fig.5 in Gestalt von zeichnerisch wiedergegebenen Mikrophotographien dargestellt.In the experiments mentioned here it was found that in each case a layer was formed which consisted of a carbide of the corresponding element of group Va of the periodic table. the Results of sample # 1 are shown in Figure 3, those of Pattern number 3 shown in Figure 5 in the form of graphically reproduced microphotographs.
Die Mikrophotographien zeigen, daß in jedem Fall eine fest haftende kontinuierliche Schicht aus Mctallkarbid gleichförmig auf dem Muster ausgebildet wordenThe photomicrographs show that in each case a firmly adhered continuous layer of metal carbide was uniformly formed on the pattern
100 g einer Pulvermischung, bestehend aus 70 Gewichtsprozent Borax und 30 Gewichtsprozent Ferroniob-Pulver, einschließlich 59 Gewichtsprozent Niob und 3,6 Gewichtsprozent Tantal, wurde in einen Tiegel aus rostfreiem Stahl eingebracht und auf 10000C erhitzt. Sodann wurden 5 g Kohlenstoff-Pulver zugefügt.100 g of a powder mixture consisting of 70 percent by weight of borax, and 30 percent by weight of ferroniobium powder, including 59 per cent by weight niobium and 3.6 weight percent tantalum, was placed in a stainless steel pot and heated to 1000 0 C. Then 5 g of carbon powder was added.
Darauf wurde ein Muster aus reinem Eisen, 15 mm lang und 5 mm Durchmesser, eingetaucht und 8 Stunden lang in dem Bad gehalten. Danach wurde das Muster aus dem Bad herausgenommen, und die abgelagerten Salze wurden in kochendem Wasser entfernt.A sample of pure iron, 15 mm long and 5 mm in diameter, was then immersed for 8 hours kept in the bath for a long time. Thereafter, the sample was taken out of the bath, and the deposited salts were removed in boiling water.
Die Mikrophotographie des Schliffbildes zeigte eine Schicht von etwa 2 Mikron Dicke auf dem Muster. Die Röntgenstrahlbeugung zeigte NbC Beugung Durch Elektronen trahl Mikroanalyse eines Querschnitts des Musters wurden auf der Oberflache des Musters Niob, Tantal und Kohlenstoff gefunden.The photomicrograph of the micrograph showed a layer about 2 microns thick on the specimen. the X-ray diffraction showed NbC diffraction by electron beam microanalysis of a cross section of the Pattern were niobium on the surface of the pattern, Tantalum and carbon found.
100 g einer Pulvermischung, bestehend aus 50 Gewichtsprozent Borax, 30 Gewichtsprozent metallischem Vanadium (92% Vanadium) und 20 Gewichtsprozent 16 Natnumcyariid (NaCN), wurde in eirien Tiegel aus rostfreiem'Stahl gefüllt und zum^Schmelzen gebracht Em gleiches Prüfmuster wie im vorhergehenden Fall wurde für äie glercheBehandlungverwendet100 g of a powder mixture, consisting of 50 Weight percent borax, 30 weight percent metallic vanadium (92% vanadium) and 20 weight percent 16 sodium cyanide (NaCN) was found in eggs Stainless steel crucibles filled and for melting The same test specimen as in the previous case was used for similar treatment
an der Mustefoberflache gefundene _■> j ^ h §& Die Beispiele 4 und 5 zeigen, daß bei Eintauchen eines _ ■> j ^ h § & found on the surface of the sample. Examples 4 and 5 show that when a
Eisenmusters in eine Salzbadschmelze, die Borax und Niob, Vanadium oder Tantal enthält und der Kohlenstoff oder eine kohlenstoffhaltige Substanz zugesetzt worden ist, eine Schicht aus einem Karbid eines Elements der Gruppe Va wirksam ausgebildet wird.Iron pattern in a molten salt bath that contains borax and niobium, vanadium or tantalum and to which carbon or a carbonaceous substance is added a layer of a carbide of a group Va element is effectively formed.
80 g einer Pulvermischung, die aus 70 Gewichtsprozent Borax und 30 Gewichtsprozent Vanadium-Eisen (52% Vanadium) bestand, wurde in einen Graphittiegel gefüllt und auf 10000C erwärmt. Ein Muster aus reinem Eisen mit den Abmessungen wie im Beispiel 4 wurde in das geschmolzene Salzbad eingetaucht und darin 8 Stunden lang gehalten. Danach wurde es aus dem Bad herausgenommen und luftgekühlt. Auf der Oberfläche des Musters abgelagerte Salze wurden in einem Bad aus kochendem Wasser entfernt80 g of a powder mixture, the vanadium-iron (52% vanadium) consisted of 70 percent by weight of borax, and 30 percent by weight, was filled in a graphite crucible and heated to 1000 0 C. A pure iron specimen having dimensions as in Example 4 was immersed in the molten salt bath and held therein for 8 hours. After that, it was taken out of the bath and air-cooled. Salts deposited on the surface of the specimen were removed in a bath of boiling water
Unter dem Mikroskop zeigte sich eine Deckschicht von 2 Mikron Dicke auf dem Muster. Bei der Röntgenstrahlbeugung wurde VC-Beugung beobachtet. Bei Elektronenstrahl-Mikroanalyse der Musteroberfläche wurde Vanadium und Kohlenstoff gefunden.Under the microscope, a topcoat 2 microns thick appeared on the specimen. In the X-ray diffraction, VC diffraction was observed. Vanadium and carbon were found by electron beam microanalysis of the sample surface.
Auch dieses Beispiel zeigt, daß bei Eintauchen eines Eisenmusters in ein Bad aus geschmolzenem Salz, das Borax und eine Vanadium enthaltende Substanz enthält, wobei das Badgefäß im wesentlichen aus Kohlenstoff besteht, eine Vanadium-Karbidschicht wirksam auf der Musterfläche gebildet wird.This example also shows that when an iron specimen is immersed in a bath of molten salt, the Contains borax and a substance containing vanadium, the bath vessel being essentially made of carbon exists, a vanadium carbide layer is effectively formed on the pattern surface.
100 g einer Pulvermischung, die aus 70 Gewichtsprozent Borax und 30 Gewichtsprozent Ferroniob-Pulver (59% Niob und 3,6% Tantal) bestand, wurde in einen Tiegel aus rostfreiem Stahl gefüllt und auf 10000C erwärmt. Ein Prüfmuster aus JlS SK 2 wurde in das Schmelzbad getaucht und darin 8 Stunden lang gehalten, danach herausgenommen und luftgekühlt Abgelagerte Salze wurden in einem Bad aus kochendem Wasser entfernt.100 g of a powder mixture that ferroniobium powder (59% niobium and tantalum, 3.6%) consisted of 70 percent by weight borax and 30 percent by weight, was charged into a stainless steel pot and heated to 1000 0 C. A test specimen made from JIS SK 2 was immersed in the molten bath and held in it for 8 hours, after which it was removed and cooled in air. Deposited salts were removed in a bath of boiling water.
Unter dem Mikroskop zeigte ein Querschnitt des derart behandelten Musters eine Deckschicht von 35 Mikron Stärke. Bei Elektronenstrabl-Mikroanalyse des Querschnitts wurde Niob, Tantal und Kohlenstoff in der Schicht gefunden. Bei Röntgenstrahlbeugung wurde NbC-Beugung beobachtet. Eine Mikrophotographie der ausgebildeten Schicht ist von Hand in F i g. 6 nachgezeichnet Die Oberfläche der Metallkarbidschicht war glatt und nadellochfrei.Under the microscope, a cross section of the sample treated in this way showed a top layer of 35 Micron thickness. Electron beam microanalysis of the cross-section revealed niobium, tantalum and carbon in the Layer found. In the case of X-ray diffraction, NbC diffraction was observed. A photomicrograph of the formed layer is shown by hand in FIG. 6 traced The surface of the metal carbide layer was smooth and pinhole-free.
Es wurde eine Pulvenmschung aus 70 Gewichtprozent Borax jund 30 'Gewictaspj-ozenf ^Vanadium Eisen (52% ^VÄnadiüm)^emitzt'J}ie_^eiterjen Beha~nd lungs"bedmgtmgen waren dieselbeSjwie1n^|an BeispielA powder mixture was made of 70 percent by weight borax and 30 percent by weight vanadium Iron (52% ^ VÄnadiüm) ^ emitzt'J} ie_ ^ eiterjen Beha ~ nd Management conditions were the same as in the example
, 5WfiS&jSä, 5WfiS & jSä
achtet auwatch out
und ;iau£"äie^g~eagn(pf TLmper?tiir"crwarmf Sodann wuftjlrem EisiSmnuftei ius ciiiLm kohlcnstofflnltigen sK. 2 in die S il/b' !(!schmelze einJetaucniS.lSogarirohnc bi-sondcron Zusatz von Kohlenstoff ,bflaef sich dmn tine. Sdiicht aus -inerfiand; iau £ "äie ^ g ~ eagn (pf TLmper? tiir" crwarmf Sodann Wuftjlrem EisiSmnufteius ciiiLm carbon dioxide sK. 2 in the S il / b '! (! Melt einJetaucniS.lSeven without the bi-sondcron addition of Carbon, bflaef yourself dmn tine. View from -inerfi
[,■bfläefjsich dmn tint Sdiicht aus^inerri dir Gruppe Vn auf''dem1"[, ■ do not look like you are from ^ inerri the group Vn on "the 1"
609 «85/353609 «85/353
einer Schicht aus einem Karbid eines Elements der Gruppe Va auf einem Eisenteil kann, falls erforderlich, ohne Benutzung einer besonderen Schutzgasatmosphäre ausgeführt werden.a layer of a carbide of an element of Va group on an iron part can, if appropriate, be carried out without requiring use of a special protective gas atmosphere.
102 g Borax und 2 g Ferrovanadium, das 52% Vanadium enthielt, wurden in einen hitzebeständigen Stahltiegel eingebracht und auf 9500C erwärmt, so daß ein Schmelzbad mit etwa 1% Vanadium gebildet wurde. Ein Musterstück, 20 mm lang und 14 mm Durchmesser aus JIS-SK-2-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,5% wurde 8 Stunden lang zur Behandlung in das Bad getaucht Das behandelte Musterstück wurde durchgeschnitten, um die erzeugte Oberflächenschicht zu überprüfen. Diese Schicht bestand aus Vanadiumkarbid mit einer Dicke von 17 μιη. Die Behandlung entsprach im übrigen den gleichen Bedingungen, wie im Beispiel 6 beschrieben. 102 g of borax and 2 g of ferrovanadium, which contained 52% vanadium, were placed in a heat-resistant steel crucible and heated to 950 ° C., so that a molten bath with about 1% vanadium was formed. A sample, 20 mm long and 14 mm in diameter, made of JIS-SK-2 steel with a carbon content of 1.5% was immersed in the bath for 8 hours for treatment. The treated sample was cut to examine the surface layer produced. This layer consisted of vanadium carbide with a thickness of 17 μm. The treatment corresponded to the rest of the same conditions as described in Example 6 .
Vergleichsweise wurden 2 g Ferrovanadium mit einem Vanadiumgehalt von 52% und 128 g Borax in gleicher Weise geschmolzen, um ein Bad herzustellen. das etwa 03% Vanadium enthielt. Das in das Bad getauchte Musterstück zeigte ebenfalls eine Vanadiumkarbid-Beschichtung, die jedoch fehlerhaft war. Die Schicht wies nicht zulässige dünnere Stellen auf, die insgesamt etwa 30% der behandelten Oberfläche ausmachten. For comparison , 2 g of ferrovanadium having a vanadium content of 52% and 128 g of borax were melted in the same manner to prepare a bath. which contained about 03% vanadium. The sample immersed in the bath also showed a vanadium carbide coating, which however was defective. The layer had inadmissible thinner areas which made up a total of about 30% of the treated surface.
1010
Beispiel 10Example 10
Zur Bestimmung der höchstmöglichen Konzentration wurden 30 g Borax und 70 g reines Vanadiumpulver inTo determine the highest possible concentration, 30 g of borax and 70 g of pure vanadium powder were used in
einen Graphitiicgel eingebracht und auf 1000°C erwärmt, um ein Behandlungsbad herzustellen, das 70% Vanadium enthielt. Sodann wurde ein Musterstück aus SK-5-Stahl, 20 mm lang und 140 mm Durchmesser, in das Bad getaucht und 6 Stunden lang unter im übrigena graphite gel and heated to 1000 ° C to prepare a treatment bath containing 70% vanadium. A sample of SK-5 steel, 20 mm long and 140 mm in diameter, was then immersed in the bath and below the rest for 6 hours
ίο gleichen Bedingungen wie im Beispiel 6 behandelt. Die Viskosität des Bades war höher als in den anderen Fällen, das Eintauchen und Herausnehmen konnte jedoch ohne Schwierigkeiten ausgeführt werden. Auf der beschichteten Fläche abgelagerte überschüssige Badsubslanzen konnten durch Waschen mit warmem Wasser unmittelbar nach der Behandlung entfernt werden. Es ergab sich eine gleichmäßig dicke Beschichtung mit Vanadiumkarbid, die Dicke der Schicht betrug 18 (im.ίο the same conditions as in example 6 treated. the The viscosity of the bath was higher than the other cases that could be immersed and taken out however, can be carried out without difficulty. Excess deposited on the coated surface Badsubslanzen could be removed by washing with warm water immediately after the treatment will. The result was a uniformly thick coating with vanadium carbide, the thickness of the layer 18 (in.
Vergleichsweise wurden 25 g Borax und 75 g reines Vanadiumpulver verwendet. Dies führte zu einem Bad mit einer Viskosität, die über einem noch annehmbaren Wert lag. Große Mengen der Badsubstanzen wurden auf der Oberfläche des Musters abgelagert, wodurch ein übermäßig langes Waschen mit warmem Wasser erforderlich wurde. Die erzeugte Vanadiumkarbid-Schicht zeigte ungleichmäßige Dicke. Als Ursache werden die höhere Badviskosität und damit zusammenhängend ungleichmäßige Badtemperaturen sowie die davon abhängenden Fließeigenschaften' des Bades vermutet.For comparison, 25 g borax and 75 g pure vanadium powder were used. This resulted in a bath with a viscosity that was above a still acceptable value. Large amounts of the bath substances were made deposited on the surface of the pattern, causing excessive washing with warm water became necessary. The vanadium carbide layer produced showed an uneven thickness. As a cause the higher bath viscosity and the associated uneven bath temperatures as well as the dependent flow properties' of the bath.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8780569 | 1969-11-01 | ||
| JP8780569 | 1969-11-01 |
Publications (3)
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| DE2053063A1 DE2053063A1 (en) | 1971-05-13 |
| DE2053063B2 DE2053063B2 (en) | 1976-06-10 |
| DE2053063C3 true DE2053063C3 (en) | 1977-02-03 |
Family
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