DE2324918A1

DE2324918A1 - Verfahren zur herstellung von epsilonlarbonitridschichten auf teilen aus eisenlegierungen

Info

Publication number: DE2324918A1
Application number: DE2324918A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Wuenning
Original assignee: Firma J Aichelin
Current assignee: Firma J Aichelin
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1974-12-05
Also published as: IT1020619B; GB1461295A; DE2324918C3; PL94422B1; AT343160B; BR7403977D0; FR2229784B1; ATA274174A; DE2324918B2; US4003764A; FR2229784A1; DD113773A5; SE390826B

Description

PotentanwSlte Dipl.-lng. W. Scherrmann Dr.-ing. R. ROger

73 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 34?

16. Mai 1973 Stuttgart (0711)356539

PA 18 rünae

Telegramme Patentschutz Essllngennedcar

Firma J. Aichelin, 7O1 5 Korntal b". Stuttgart

Verfahren zur Herstellung von £- Karbonitridschichten. auf Teilen aus Eisenlegierungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ε - Karbonitridschichten auf Teilen aus Eisenlegierungen in einer Ofenkammer, in einer Gasatmosphäre aus teilweise gespaltenem, gegebenenfalls mit N₂ verdünntem NH₃, in Gegenwart von in der Summe 2 bis 20 Volumenprozent CO und CO, # in einem Temperaturbereich von 500 bis 650° C.

Es ist bekannt, daß homogene 6 - Karbonitridschichten auf aus Eisenlegierungen bestehenden Teilen verschleiß- und korrosionshemmend wirken und sich durch eine relativ große Zähigkeit auszeichnen.

Zur Herstellung einer solchen £ - Karbonitridschicht sind sogenannte Salzbad-Karbonitrierverfahren bekannt, die es gestatten, bei einer Behändlungszeit von etwa 2 Stunden und bei einer Behandlungstemperatur von 570° C eine £- Karbonitridschicht von 10 bis 15yum auf den aus der jeweiligen Eisenlegierung bestehenden Teilen zu erzeugen. Bei diesen Verfahren ist aber der Kohlenstoffgehalt in der £ - Karbonitridschicht nicht regelbar, auch ist die Prozeßautomatisierung schwierig. Außerdem sind die Cyanid-Cyanat-Salze der Salzbäder sehr

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giftig, so daß bei der Durchführung der Verfahren besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind und außerdem beträchtliche Abwasserprobleme auftreten.

Es sind aber auch sogenannte Gas-Karbonitrierverfahren bekannt geworden, bei denen die Herstellung der S- Karbonitridschicht in einer entsprechenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur in einer Ofenkammer geschieht. Bei einem solchen aus der DT-OS 1 521 450 bekannten Verfahren erfolgt das Karbonitrieren in einer teilweise gespaltenes NH₃ enthaltenden Atmosphäre, die einen Zusatz eines Kohlenwasserstoffs oder eines Kohlenwasserstoff gemisches enthält. Bei einem ähnlichen Verfahren, das in der DT-OS 2 135 763 beschrieben ist, wird der aus einem stickstoffhaltigen Gas bestehenden Atmosphäre CO und ein elementaren Sauerstoff enthaltendes Gas in bestimmten Anteilen zugesetzt. Eine Verbesserung der Nitrierwirkung einer teilweise gespaltenes NH, enthaltenden Atmosphäre durch Zugabe eines Oxydationsmittels, beispielsweise H₃O,ist in der DT-OS 1 521 607 erläutert.

Bei diesen Verfahren, die bei einer Temperatur im Bereich von 570 C durchgeführt werden, besteht jedoch eine beträchtliche Explosionsgefahr, weil die Behandlungstemperatur dicht unter der Zundtemperatur der Kohlenwasserstoffe liegt. Dies bringt insbesondere bei öfen Schwierigkeiten mit sich, bei denen der Ofenkammer Schleusen zugeordnet sind. Außerdem ist eine Regelung des Kohlenstoffgehaltes in der £- Karbonitridschicht nicht zu verwirklichen.

Schließlich ist ein Gas- Karbonitrierverfahren aus der DT-OS 2 228 746 bekannt geworden, bei dem ebenfalls mit einer Atmosphäre von teilweise gespaltenem NH₃ im Temperaturbereich von 550 bis 750° C gearbeitet wird und bei dem eine Kohlenstoffzufuhr von dem Kern der karbonitrierten Eisenlegierung

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aus in die ί -Karbonitridschicht erzielt werden soll.Hierbei soll durch einen Sauerstoffzusatz oder den Zusatz eines sauerstoffhaltigen Gases (d.h. eines Sauerstoffträgers), für das auch CO₂ genannt ist, eine Beeinflussung der Nitrierwirkung erreicht werden.

Dieses Verfahren ist auf die Verwendung bei hochkohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen' beschränkt. Außerdem ist die Diffusion des Kohlenstoffs aus dem Kern in die £-Karbonitridschicht durch träge Karbidauflösung bei 57O°C behindert.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von £ -Karbonitridschichten auf Teilen aus Eisenlegierungen, wie es eingangs genannt ist, zu schaffen, bei dem der C-Gehalt der £ -Karbonitridschicht entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen einregulierbar ist und die Gesamtatmosphäre aus einem nicht explosiven Gasgemisch besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß derart vorgegangen, daß in der Ofenkammer ein mittleres Nitrierpotential p, / p₂ ' zwischen 0,5 und 5 bei einem Partialdruckverhältnis P_co/ Prn zwischen 1 und 10 während der Eehandlungs-

zeit aufrechterhalten wird. Hierbei bedeuten: ρ : Partialdruck des NH₇ in der Ofenkammer

¹¹ 3 .

pH₂ : Partialdruck des H₂ in der Ofenkammer

p_rn : Partialdruck des CO in der Ofenkammer ρ : Partialdruck des CO₀ in der Ofenkammer

Vorzugsweise wird dieses neue Verfahren bei ca. 570 C durchgeführt, weil diese Temperatur dicht unterhalb jener der-Bildung von Stickstoffaustenit liegt.

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Eine sehr preiswerte Verfahrensdurchführung ergibt sich, wenn in die Ofenkammer eine Mischung von NH- und ungereinigtem Exo-Gas in einer der erwähnten Einstellung des Nitrierpotentiales p_M„ /p„ ' und des Partialdruck-Verhältnisses P_co/P_co entsprechenden Mengenverhältnis eingeführt wird, das zwischen 1 : O,3 bis 1:3 liegt. Der genaue Wert dieses Mengenverhältnisses hängt von der jeweiligen Ofenkaramergröße und der Chargenfläche ab.

Ungereinigtes Exo-Gas entsteht bei unterstöchioxnetrischer Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigen Brenngasen mit Luft und anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur, wobei das Verbrennungswasser zum größten Teil abgeschieden wird.

Durch entsprechende Einstellung des Brenngas-Luftverhältnisses läßt sich erreichen, daß für das neue Verfahren ein Exo-Gas verwendet werden kann, bei dem die Summe der brennbaren Bestandteile unter 5 vol.% liegt, so daß die Explosionsgrenze nicht überschritten wird. Eine typische Zusammensetzung eines solchen erfindungsgemäß zu verwendenden Exo-Gases lautet:

2 % H₂, 2 % CO, 2 % H₂O, 10 % CO₃, Rest N₃ (Angabe in vol.%).

Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich bei der Durchführung des neuen Verfahrens in einer gasbeheizten Ofenkammer, wenn das Exo-Gas aus der auf ein entsprechendes Brenngas-Luftverhältnis eingestellten Gasbeheizung der Ofenkammer entnommen und nach Wasserabscheidung unmittelbar in die Ofen -

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kammer eingeleitet wird. Die Wasserabscheidung geschieht in einfacher Weise beispielsweise dadurch, daß das Exo-Gas durch einen Kühler geleitet wird.

Im übrigen kann die Zusammensetzung des Exo - Gases durch Regelung des Brenngas-Luftgemisches der Gasbeheizung in der Ofenkammer konstant gehalten werden. -

Es kann vorteilhaft sein/ wenn das neue Verfahren in Gegenwart eines aus fein verteiltem, gegebenenfalls auf einer porösen Trägermasse angeordnetem Eisen bestehenden Katalysators durchgeführt wird. Damit kann nämlich die Reduktion von CO₂ zu CO nach der Wassergasreaktion mit von dem NH₃ abgespaltenem "H- unterstützt werden, damit sich das gewünschte Partialdruckverhältnis p_co " / p_CÖ in der Ofenkammer einstellt. Eine unerwünschte zusätzliche Spaltung des NIL, bewirkt, wie sich gezeigt hat, der Katalysator nicht.

Es wurde außerdem beobachtet, daß eine weitere deutliche Steigerung der Nitrierwirkung erzielt werden kann, wenn als Katalysator Eisen in oxydierter Form verwendet wird, wobei entgegen der Erwartung trotz der Gegenwart des oxydierten Eisenkatalysators die Teile blank abgekühlt werden können.

Die Menge des verwendeten oxydierten Elsenkatalysators kann dabei so bemessen werden, daß dessen Wirkung während der Behandlungszeit einer Charge mit seiner zunehmenden Reduktion abklingt. Vor der Behandlung der nächstfolgenden Charge wird er dann zum Beispiel durch Luftzutritt wieder oxydiert.

Der C-Gehalt der £ - Karboni tr id schicht kann durch Beeinflussung des H₂ - Gehaltes der Gasatiaosphäre. in der Ofenkammer geregelt werden. Hierbei wurde festgestellt, daß der C-Gehalt bei der bei dem neuen Verfahren verwendeten Gas--

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atmosphäre ungefährt proportional mit dem H₂ -Gehalt zunimmt.

Das neue Verfahren kann mit Vorteil in einem schleusenlosen Chargenofen durchgeführt werden. Hierbei wird zweckmässigerweise derart vorgegangen _r daß nach dem Einbringen der Teile in die Ofenkammer während des Aufheizens auf die Nitriertemperatur die in der Ofenkammer enthaltene Luft mit Exo-Gas ausgespült und nach dem Erreichen der Nitriertemperatür zusätzlich das NH₃. in die Ofenkammer eingeführt wird, dessen Zufuhr zu Beginn einer an die eigentliche Behandlungszeit anschließenden Abkühlungsperiode wieder abgestellt wird, worauf die abgekühlten Teile aus der Ofenkammer entnommen werden. .

Dieser Verfahrensablauf ist deshalb besonders einfach, v/eil das billige und explosionssichere Exo-Gas sowohl als Spülgas als auch als Reaktionsgas benutzt wird. Obwohl das verwendete Exo-Gas an sich gegenüber Eisen schwach oxydierend wirkt, hat die praktische Erfahrung überraschenderweise gezeigt, daß die Teile bei der Abkühlung blank bleiben.

Das neue Verfahren kann aber auch in einen taktweise arbeitenden mit einer oder mehreren der Ofenkammer zugeordneten Gasschleusen(n) durchgeführt werden. Der Verfahrensablauf geschieht in diesem Falle mit Vorteil derart, daß in der Ofenkammer durch Zufuhr von Exo-Gas und NH₃ ständig die Gasatmosphäre aufrechterhalten und in die Schleuse(n) ständig eine für die Spülung innerhalb der Taktzeit ausreichende Exo-Gasmenge eingeführt und die gleiche Exo-Gasmenge an den entsprechenden Ofenaustrittsstellen abgeblasen wird. De^v mit wird erreicht, daß beim öffnen der äusseren Schleusentüre(n) nur nicht explosibles Exo-Gas und kein NH₃- und H₂ haltiges Nitriergas austritt, so daß jegliche Geruchsbelästigung ent -

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fällt. Der Austritt des Nitriergases geschieht lediglich an dem Abgasstutzen des Ofens und der Schleuse (n). Außerdem kann beim Chargenwechsel keine Luft in den Ofen gelangen, während andererseits in der Schleuse bzw. in den Schleusen keine Mischung aus Luft und Nitriergas sich bilden kann, womit auch die Gefahr eines explosiblen Luft - H, - Gasgemisches entfällt.

Schließlich ist es noch vorteilhaft, wenn das Exo-Gas und das NH, in konzentrischen Rohren in die Ofenkammer eingeleitet werden, weil diese beiden Stoffe bei Raumternperatur feste Verbindungen bilden können, die zu Verstopfungen der Zufuhrleitungen führen. Bei konzentrischer Anordnung der Zufuhrleitung tritt sofort eine innige Vermischung der beiden Gase an der Austrittsstelle aus den Zufuhrleitungen auf, ohne daß eine Verstopfung eintreten könnte.

In der Zeichnung sind zwei zur Durchführung des neuen Verfahrens eingerichtete öfen schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Ofenkammer eines Chargenofen im axialen Schnitt in einer Seitenansicht und

Flg. 2 einen Takt-Durchlaufofen mit Schleusen im Längsschnitt in einer Seitenansicht und in scheitiatischer Darstellung.

Der in Fig. 1 dargestellte Ofen 1 weist eine abgeschlossene und durch nicht dargestellte Türm zugängliche Ofenkammer 2 auf, in die Strahlheizrohre 3 ragen, von denen zwei dargestellt sind und denen übet zwei Leitungen 4,5 Luft und Brenngas zugeführt wird. Das Brenngas.

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Luftgemisch tritt jeweils aus einer bei 6 angedeuteten Brennerdüse aus und verbrennt» wobei die Abgase gesammelt und über eine Rohrleitung 7 abgeführt werden.

In der Brennkammer 2 ist ein vbn einer Muffel 8 umschlossener gasdurchlässiger Rost 9 angeordnet, auf dem die bei 10 angedeutete, aus Teilen aus Eisenlegierungen bestehende Charge sich befindet. Außerdem ist in der Brennkammer 2 ein motorisch angetriebenes Umwälzgebläserad 11 vorgesehen, das in der in Fig. 1 durch Pfeile angedeuteten Weise eine Gasumwälzung hervorruft. Durch entsprechende Gestaltung der Ofenkammer 2,der Muffel 8 und von in der Ofenkammer 2 enthaltenen Gasführungskanälen 12 wird erreicht, daß das umgewälzte Gas von unten her durch den Rost 9 hindurchtritt und damit die Charge 10 allseitig innig umspült. Vor dem Durchtritt durch den Rost 9 durchströmt das Gas der Ofenkammeratmosphäre noch eine als Bodenkörper angeordnete Katalysatorschicht 13, die beispielsweise aus fein verteiltem Eisen auf einer porösen Trägermasse besteht.

Die Luft-Brenngaszufuhr über die Zufuhrleitungen 4,5 zu den Strahlheizrohren 3 ist derart eingestellt, daß als Verbrennungsgas der Strahlheizrohre 3 über die Leitung 7 ein Exo-Gas austritt, das etwa aus 2 % H₂ , 2 % CO₂, 2 % ^H2⁰' 1O%CO₂ und dem Rest N₂ besteht. Dieses Exo-Gas wird durch einen Kühler 14 geleitet, wobei das abgeschiedene Wasser durch einen Wasserabscheider 15 abgeführt v/ird. Sodann wird das Exo-Gas mittels einer Pumpe 16 in die Brennkammer 2 eingeführt, und über eine Abgasleitung 17 abgeführt. Bei 18 ist ein mit der Abgasleitung 17 verbundenes Gasanalysegerät dargestellt, das zur überwachung der Abgaszusammensetzunc dient.

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Nach dem Einbringen der Charge 10 in die Ofenkammer 2 wird die in der Ofenkammer 2 enthaltene Luft durch über die Pumpe 16 gefördertes Exo-Gas ausgespült, während gleichzeitig die Ofenkammeratmosphäre auf ca. 570 C, d.h. die Nitriertemperatur aufgeheizt wird. Der Exo-Gas Überschuß wird hierbei über eine Leitung 19 nach außen abgeblasen.

Nach Erreichen der Nitriertemperatur wird über eine Leitung 20 zusätzlich NH., in die Ofenkammer 2 eingeführt,bis sich darin

15 das gewünschte Nitrierpotential p._T„ / p„ ' zwischen

0,5 und 5 einstellt, während das.Partialdruckverhältnis p_co / p_co in der Ofenkammer 2 Zwischen 1 und 10 gehalten wird. ²

Am Ende der eigentlichen Behandlungszeit wird die Zufuhr des NH₃ über die Leitung 20 abgestellt, worauf die abgekühlten Teile zum gegebenen Zeitpunkt aus der Ofenkammer 2 entnommen werden.

Ist der in Fig, 1 dargestellte Ofen mit einer der Brennkammer 2 zugeordneten Schleuse versehen? so wird diese ständig mit Exo-Gas gespült _g während in der Brennkammer die Nitrieratmosphäre mit dem angegebenen. Nitrierpotential und dem erwähnten Partialdruckverhältnis dauernd- aufrechterhalten wird.

An Stelle oder zusätzlich zu der Exo-Gas-Einleitung in die Brennkammern kann auch eine Möglichkeit vorgesehen werden, um CO₂ (+ N₂) ι beispielsweise aus Flaschen/in die Brennkammer 2 einströmen 2u lassem Dies ist insbesondere dann nötig, wenn die Beheizung der Brennkammer 2 auf .anderemjbeispielsweise" elektrischem Wege geschieht _B so daß kein Exo-Gas als Verbrennungsgas der Strahlheizrohre,.3 zur Verfugung steht.,

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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Takt-Durchlaufofen sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei dem Chargenofen gemäß Fig. 1 bezeichnet.

Die Ofenkammer 2 in der die auf einem geeigneten Transportorgan, beispielsweise einem gasdurchlässigen Rollenherd 22 ruhende Charge 10 enthalten ist, ist beidseitig durch zwei Türen 23, 24 abgeschlossen. Sie enthält ein Umwälzgebläserad 11, das eine durch Pfeile angedeutete Gasströmung erzeugt, welche gewährleistet, daß die die Charge 10 bildenden Teile innig von dem die Ofenkammeratmosphäre bildenden Gas umströmt sind. Hierbei kann ähnlich wie bei dem Ofen nach Fig. 1 unterhalb der Charge 10 eine Eisen- oder Eisenoxydkatalysatorschicht vorgesehen sein, die von dem umgewälzten Gas durch- ' strömt und in Fig. 2 der besseren Übersichtlichkeit wegen im einzelnen nicht veranschaulicht ist,,

Beidseitig der Ofenkammer 2 ist jeweils eine Schleuse 25, angeordnet, die ihrerseits nach außen hin durch eine Tür bzw. 28 verschlossen ist.

Die taktweise Beschickung der Ofenkairaner 2 mit einer neuen Charge 10 geschieht von einer bei 29 schematisch angedeuteten Beschickungseinrichtung aus, wobei bei geöffneter Tür 27 die zur Ofenkammer 2 führende Tür 23 verschlossen ist, was durch entsprechende Verriegelung der beiden Türen gewährleistet ist. Die in der Ofenkammer 2 enthaltene Charge 10 wird nach Abschluß der Behandlung und öffnen der Tür 24 in die Schleuse 26 überführt, worauf nach Schließen der Tür und öffnen der Tür 23 die in der Schleuse 25 enthaltene Charge 10 in die Ofenkammer eingebracht wird. Der Schleuse 26 ist ein bei 30 angedeutetes Abschreckbad zugeordnet· ^Die Charge wird wahlweise abgeschreckt oder in.der Schleuse im Gas abgekühlt. Die abgeschreckte oder abgekühlte Charge 10 wird sodann nach Öffnen der Tür 28

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auf eine bei 31 schematisch angedeutete Abführeinrichtung übergeben *

Während in der Zeichnung lediglich eine Charge 10 schematisch dargestellt ist, sind naturgemäß in gleicher Weise auch größere Ofenkammern denkbar, in denen mehrere .Chargenplätze vorhanden sind.

Der in Fig. 2 dargestellte Ofen wird wie folgt betrieben:

Nach dem öffnen der Türen 27, 28 wird die sogenannte Einlaufschleuse 25 mit einer neuen Charge 10 beschickt, während die sogenannte Kühlschleuse 26 entleert wird. Die Ofenkammer 2 ist hierbei durch die Türen 23, 24 verschlossen. Nach dem Schließen der Schleusentüren 27, 28 erfolgt deren Spülung mit Exo-Gas, das von einer nicht dargestellten Gasquelle herrührt und über Leitungen 32", 33 zugeführt wird. Die Schleusen 25, 26 sind zu diesem Zwecke an Abgasleitungen 34, 35 angeschlossen, die ihrerseits in die AbgasSammelleitung 17 münden, über die Leitungen 32, 33 wird den Schleusen 25, 26 ständig Exo-Gas zugeführt, so daß eine dauernde Spülung stattfindet.

Nach Abschluß der Behandlungszeit für die in der Ofenkammer 2 befindliche Charge 10 werden die Türen 23, 24 geöffnet und in der bereits erwähnten Weise die Ofenkammer 2 neu beschickt, worauf die Türen 23, 24 wieder verschlossen werden. In der Ofenkammer 2 wird eine Gasatmosphäre mit einem mittleren Nitrierpotential p.... / p„ ' zwischen 0,5 und 5 bei einem Partialdruckverhältnxs P_nnt/j?_nr> zwischen 1 und 10 ständig aufrechterhalten. Zu diesem Zwecke wird der Ofenkammer 2 über eine Leitung 36 ständig Exo-Gas mit der entsprechenden Zusammensetzung und in der entsprechenden Menge zugeführt, während die NII₃-Zufuhr ebenfalls ständig über eine Leitung 37 erfolgt. Die Leitungen 36, 37 sind in-der Nähe der Ofenkammer 2 bei 36a und 37a koaxial zueinander geführt, so daß das NH₃ und das Exo-Gas erst im Augenblick des Eintrittes in die Ofenkammer 2 miteinander in Berührung kommen. Die Ofenkammer 2 409849/051 1

ist im übrigen über eine Leitung 38 an die Abgassammelleitung 17 angeschlossen, so daß sich konstante Druckverhältnisse ergeben. Die in der Ofenkammer 2 ständig aufrechterhaltene

vorzugsweise _o

Temperatur liegt/bei etwa 57O C. Die Beheizung der Ofenkammer, ist in Fig. 2 im einzelnen nicht dargestellt. Sie kann in an sich beliebiger Weise etwa mittels Strahlheizrohren oder mittels elektrischer Heizelemente geschehen. Bei der Verwendung von brenngasbeheizten Strahlheizrohren kann ähnlich v/ie bei dem Ofen nach Fig. 1 das Exo-Gas durch entsprechende Einstellung des Brenngas-Luft-Verhältnisses der Strahlheizrohre gewonnen werden.

Die nach dem neuen Verfahren herstellbaren S~ Karbonitridschichten sollen anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht werden:

1. Beispiel
In einer Atmosphäre aus 40 % NH,, 35 % H₂, 5 % H₃O, 5 % CO,

2 % co₂ una 13 % N₂ (P₁₁₁₁₃ZPh₂ ¹' __1f9, _Pco/ ^. _2/5) wurden Eisenproben (GO/um dick) mit 0,1 % C bei 570° C und einem Druck von 1,05 atm 2 Stunden gehalten.

Danach wiesen sie eine gleichmäßige und dichte £ - Karbonitridschicht von 14^im auf.Der mittlere C-Gehalt der Eisenproben war auf 0,7 % gestiegen. Da sich der Kohlenstoff nur in der £-karbo nitridschicht löst, nicht dagegen in dem ausfC -Eisen bestehenden Kern der Proben, liegt der C-Gehalt der ^-Karbonitridschicht wesentlich höher»

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2. Beispiel

In die Ofenkammer eines Schleusenofens gemäß Fig* 2 wurden bei 570° C NH₃ und Exo-Gas im Verhältnis 1 : 1 eingeführt, während die Schleusen lediglich mit Exo-Gas beaufschlagt wurden. Das Exo-Gas hatte folgende Zusammensetzung:

2 % CO, 2 % H₂O, 10 % CO₂ Rest N₂

Die Charge bestand aus Teilen aus unlegiertem Eisen (<Q,1 % C).

In der Ofenkamrner, deren Gasinhalt über die Charge und einen Eisen-Katalysator umgewälzt wurde, bestand folgende Atmosphäre:

% NH₃, 23 % H₂, 3,5 % CO, 3,5 CO₂, 1,5 %CO₃, 43,5 N

⁽%h/ PH₂ ¹'⁵ = 2,3; p_eo/p_CO= 2,3).

Nach 2 Stunden Behändlungszeit wurde auf der Oberfläche der Chargenteile eine gleichmäßige und dichte S~ Karbonitridschicht von 18 μη Dicke festgestellt* Der Kohlenstoffgehalt von in der Charge enthaltenen Eisenproben von 60 ^m Dicke war von.0,1 % auf 0,4 % im Mittel gestiegen.

Beide Beispiele zeigen deutlich, daß bei dem neuen Verfahren neben einer guten Nitrierwirkung eine Aufkohlung der £- Nitridjschicht erzielt wird und zwar ohne Zusatz von Kohlenwasserstoffen oder explosiblen Gasen zu der Nitriergasatmosphäre. "

-14

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von C - Karbonitridschichten auf Teilen aus Eisenlegierungen in einer Ofenkammer, in einer Gasatmosphäre aus teilweise gespaltenem, gegebenenfalls mit N2 verdünntem NH-j, in Gegenwart von in der Summe 2 bis 20 vol.% CO und CO₂ in einem Temperaturbereich von 5O0 bis 65O°C, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ofenkammer ein mittleres Nitrierpotential ρ /ρ ' zwischen 0,5 und 5 bei einem

"" Nil «j ^o

Partialdruckverhältnis P_nn/p_nn zwischen 1 und 10 während der Behandlungszeit aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei ca. 570° C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in

die Ofenkammer eine Mischuna von NH, und ungereinigtem Exo-

15 Gas in einem der Einstellung des Nltrierpotentiales p.,„ /p„ ' und des Partialdruckverhältnisses p_n^/p_nr. entsprechenden Mengenverhältnis eingeführt wird, das zwischen 1 : O,3 bis 1 : 3 liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Exo-Gas verwendet wird, bei dem die Summe der brennbaren Bestandteile unter 5 vol. % liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 zur Durchführung in einer brenngasbeheizten Ofenkammer, dadurch gekennzeichnet, daß das Exo-Gas aus der auf ein entsprechendes Brenngas-Luft-Verhältnis eingestellten Gasbeheizung der Ofenkammer entnommen und nach Wasserabscheidung unmittelbar in die Ofenkammer eingeleitet wird.

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6. Verfahren nach .Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Exo-Gases durch Regelung des Brenngas-Luftgeiuisches der Gasbeheizung der Ofenkamroer konstant gehalten wird.

7. Verfahren nach 7-nspruch Λ _r dadurch gekennzeichnet, daß es in Gegenwart eines aus fein verteiltem;gegebenenfalls auf einer porösen Trägermas.se angeordnetem Eisen bestehenden Katalysators durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

als Katalysator Eisen in oxydierter Form verwendet wird.

9. Verfahren nach Jjispruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierter Katalysator jeweils durch Luftzutritt zu der Brennkammer wieder oxydiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der C-Gehalt der £- Karbonitridschicht durch Beeinflussung des H^-Gehaltes der Gasatmosphäre in der Ofenkammer geregelt wird.

11... Verfahren nach· einem der Ansprüche 3 bis IO zur Durchführung in einem schleusenlosen Chargenofen, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen der Teile in die Ofenkammer während des ?aifheizens auf die Nitrier temperatur die in der Ofenkammer enthaltene Luft mit Exo-Gas ausgespült und nach dem Erreichen der Nitriertemperatur zusätzlich das NH₃ in die Ofenkammer eingeführt wird, dessen Zufuhr zu Beginn einer an die eigentliche Behandlungszeit anschließenden Abkühlungsperiode wieder abgestellt wird, worauf die abgekühlten Teile aus der Ofenkammer entnommen werden.

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12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10 zur Durchführung in einem taktweise arbeitenden Ofen mit einer oder mehreren der Ofenkammer zugeordneten Gasschleuse(η), dadurch gekennzeichnet, daß in der Ofenkammer durch Zufuhr von Exo-Gas und NH₃ ständig die Gasatmosphäre aufrechterhalten und in die Schleuse(n) ständig eine für die Spülung innerhalb der Taktzeit ausreichende Exo-Gas-Menge eingeführt und die gleiche Exo-Gas-Menge an den entsprechenden Austrittsstellen abgeblasen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Exo-Gas und das NH₃ in konzentrischen Rohren in die Ofenkammer eingeleitet v/erden.

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