DE2208734C3 - Pulverförmiges Borierungsmittel - Google Patents

Description

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Gegenstand des Hauptpatents 2 146472 ist ein pulverförmiges Borierungsmittel zur Herstellung von spannungs- und rissefreien Borve»bindungsschichten auf Metallen und Legierungen. Dabei werden borabgebende Verbindungen, wie Borcarbid verwendet. Außerdem enthalten sie Aktivatoren sowie Zusätze, die das Borpotential herabsetzen.

Die bisher bekannten festen Borierungsmittel enthalten Borax in Konzentrationen zwischen 12 und 60 Gewichtsprozent. Diese Verbindung schmilzt während der zum Borieren nötigen Wärmebehandlung und benetzt die nicht schmelzenden Anteile der festen Borierungsmittel. Nach dem Abkühlen der Masse und Erstarren der Phase aus geschmolzenen Borax entsteht ein fest zusammengesinterter Kuchen. Dieser kann oft nur nach Aufweichen in warmem Wasser von der Werkstückoberfläche entfernt werden. Diese Tatsache wirkt sich vor allem bei kompliziert geformten sowie bei Massenteilen sehr nachteilig auf eine rationelle Fertigung aus.

Es sind zwar bereits Verfahren bekannt, bei welchen geringere Mengen Borax zum Einsatz gelangen. So befaßt sich beispielsweise die US-PS 3222228 mit einer Methode zum Borieren von Stahl, bei der auf die Werkstoffoberfläche eine Aufschlämmung aufgetragen wird, die aus einer geschmolzenen Mischung von Magnesiumoxid und einer Borsauerstoffverbindung, wie Borax und einem flüchtigen Träger, wie Wasser, besteht und die beschichteten Werkstoffe anschließend in einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäie erhitzt werden. Bei diesem Verfahren werden jedoch keine festen pulverförmigen Borierungsmittel eingesetzt, sondern wäßrige Aufschlämmungcn, und γ, als borabgebende Verbindungen werden ausschließlich Borsauerstoffverbindungen verwendet, die zur Freigabe des Bors eine reduzierende Gasatmosphäre benötigen. Außerdem führt dieses Verfahren nicht zur Herstellung von einheitlichen Bofvefbindungsschichten, worunter intermetallische Phasen zu verstehen sind, auf der Werkstoffoberfläche, sondern nur zu einer Imprägnierung des Werkstoffs mit Bor, das heißt zu einer kontrollierten Einführung sehr kleiner Bormengen, die durch Zugabe von Bor während des ^ Stahtschmelzvorgangs nur schwierig zu bewerkstelligen ist.

Die US-PS 3622374 befaßt sich hingegen mit der Mehrstoffdiffusion von Metallen der IV,, V- und VL Nebengruppe des Periodensystems (als Beispiel werden Chrom, Titan und Tantal genannt) bei gleichzeitiger Anwesenheit von Silicium und Bor in Stahloberflächen, wobei als Füllmaterial Aluminiumoxid verwendet werden kann, das mit in die Schichten eingebaut wird. Als Silicium- bzw, Borquelle diene,! vorzugsweise metallisches Silicium und Bor, ferner können auch Siliciumcarbid und Borcarbid verwendet werden. Borsauerstoffverbindungen, wie Borax, werden indessen nicht erwähnt. Dieses Verfahren führt jedoch ebenfalls nicht zur Herstellung von einheitlichen Borverbindungsschichten, sondern zu Diffusionsbeschichtungen, die Spuren von Si und B enthalten können. Außerdem werden extrem dicke Schichten angestrebt, die mindestens 0,76 mm dick sind und bis zu 2 mm dick sein können. Darüber hinaus werden diese Schichten als duktil und zäh beschrieben, das sind Eigenschaften, die nicht mit intermetallischen Phasen zu vereinbaren sind.

In weiterer Ausführung des Hauptpatents 2 146472, das ein pulverförmiges Borierungsmittel zur Heistellung rissefreier, spannungsfreier und einphasiger Borverbindungsschichten auf Metallen und Legierungen, bestehend aus Borcarbid, amorphem Bor oder Ferrobor als borabgebenden Substanzen einzeln oder im Gemisch mit Borax, Fluoroboraten als Aktivatoren und Siliciumcarbid in Mengen von 45 bis 99,5%, bezogen auf das Gewicht der borabgebenden Substanzen, als Zusatz, der das Borpotential herabsetzt, betrifft, wurde nun gefunden, daß der Borax-Gehalt auf 4 bis 0%, bezogen auf das Gesamtgewicht, vorzugsweise auf 0% reduziert werden kann.

Hierdurch gelingt es, die Rückstände nach dem Gebrauch leicht zu entfernen. Außerdem wird dadurch auch eine Wiederverwendbarkeit des festen Borierungsmittels und damit ein erheblich wirtschaftlicheres Arbeiten möglich.

Beispiel 1

Eine Stahlprobe der Qualität 37 wurde 4 Stunden lang bei 900° C in einem Gemisch folgender Zusammensetzung boriert:

4,5 Gew.-% Borcarbid
86,5 Gew.-% Siliciumcarbid
4,0 Gew.-% Borax
5,0 Gew.-% Kaliumborfluorid
die Boridschichtdicke betrug 120 μηι - Brocken des festen Borierungsmittels konnten zwischen den Fingern zerkrümelt werden. Glasartige Ansätze aus Boru.x waren in Menge und Größe wenig vorhanden.

Beispiel 2

Die Behandlung von Stahl St 37 während 4 Stunden bei 900° C in einem Gemisch aus:
4,75 Gew.-% Borcarbid

90,25 Gew.-% Siliciumcarbid
0 Gew.-% Borax
5,0 Gew.-% Kaliumborfluorid
führte ebenfalls zu einer Boridschicht von 120 (im Dicke.

Das Boriermittel zerbröckelte bei leichtem Klopfen. Die Brocken konnten ohne weiteres zwischen den Fingern zu Pulver zerrieben werden. Das Pulver konnte wieder zum Borieren eingesetzt werden. Die Probenoberfläche war völlig frei von glasartigen Anschmelzungen und brauchte nicht mit Wasser gereinigt zu werden.

Vergleichsbeispiel

Eine Stahlprobe der Qualität St 37 wurde 4 Stunden lang bei 900° C in einem Gemisch aus: 3,95 Gew,-% Borcarbid 75,05 Gew.-% Siliciumcarbid 16,0 Gew.-% Borax 5,0 Gew.-% Kaliumborfluorid behandelt.

Erhalten wurde dabei eine Bondschichtdicke von etwa 130 μπι. Das restliche Boriermittel lag nach der Behandlung in Form einer harten Kruste vor, deren Brocken nach dem Zerschlagen nicht zwisehen den Fingern zerrieben werden konnten und die man mit Rücksicht auf die Werkstücke in warmem Wasser aufweichen lassen mußte. Außerdem haftete an manchen Stellen der Werkstückoberflache Borax-Glas.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Pulverförmiges Borierungsmittel zur Herstellung rissefreier, spannungsfreier und einphasiger Borverbindungsscbichten auf Metallen und Legierungen, bestehend aus Borcarbid, amorphem Bor oder Ferrobor als borabgebenden Substanzen einzeln oder im Gemisch mit Borax, Fluoroboraten als Aktivatoren und Siliciumcarbid in Mengen von 45 bis 99,5%, bezogen auf das Gewicht der borabgebenden Substanzen, als Zusatz, der das Borpotential herabsetzt, gemäß Hauptpatent 2146472, dadurch gekennzeichnet, daß der Borax-Gehalt auf 4 bis 0%, bezogen auf das Gesamtgewicht, reduziert wird.