DE2510329C2

DE2510329C2 - Verfahren zur Herstellung von korrosionsresistenten Formkörpern aus carburiertem Stahl

Info

Publication number: DE2510329C2
Application number: DE2510329A
Authority: DE
Inventors: Lars Henry Nynäsham Ramqvist
Original assignee: REDERIAKTIEBOLAGET NORDSTJERNAN 10399 STOCKHOLM SE
Current assignee: REDERIAKTIEBOLAGET NORDSTJERNAN 10399 STOCKHOLM SE
Priority date: 1974-03-14
Filing date: 1975-03-10
Publication date: 1982-04-29
Also published as: FI58947C; CA1057175A; DE2510329A1; FR2264105B1; NO137323B; BR7501485A; AU7902775A; NO750846L; AT344223B; DK100975A; JPS5918473B2; FR2264105A1; FI750718A; SE7403411L; FI58947B; GB1452257A; NO137323C; BE826720A; JPS50157231A; ATA177875A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von korrosionsresistenten Formkörperij aus carburiertem Stahl mit einer Oberflächenschicht aus Nickel und/oder Kobalt, bei dem man die mit Metall beschichteten Formkörper in einer Kohlenstoff liefernden Atmosphäre unter Ausbildung einer carburierten Zone erhitzt

Die Einsatzhärtung ist bekanntlich eine Methode zum Härten der Oberfläche und der darunterliegenden Schicht eines Stahlkörpers durch Erhitzen des Körpers auf eine austenitisierende Temperatur in einer carburierenden Atmosphäre, wobei Kohlenstoff in die Stahloberfläche diffundiert und die Stahloberfläche dabei härtet, während der Kohlenstoffgehalt des Kernes des Stahlkörpers unverändert bleibt Infolgedessen wird beim Einsatzhärten eines Stahlkörpers ein Körper erhalten, dessen Inneres zäh ist, während die äußere Oberfläche hart ist

Die Einsatzhärtung wird bekanntlich bei der Herstellung von beispielsweise Bohrern und Bohrmaschinen, beispielsweise Steinbohrern, Gewindeeisen, Schraubeneisen sowie Schleifelementen und dergleichen angewandt Im Hinblick auf die größere Oberflächenhärte steigt dabei jedoch im allgemeinen die Gefahr des Auftretens mechanischer Brüche. Dies ist insbesondere da der Fall, wo eine Zerstörung durch mechanischen Bruch durch eine Oberflächenkorrosion eingeleitet wird. Beispielsweise ist der Bruch von Bohrmaschinen durch Oberflächenkorrosion ein bekanntes Phänomen.

Im Falle von Bohrmaschinen beispielsweise tritt eine Korrosion am häufigsten in den inneren Spüllöchern des Bohrgestänges oder der Bohrstangen auf und zwar aufgrund der Verwendung von saurem oder angesäuertem Wasser, das im allgemeinen eine Suspension harter Teilchen aufweist z.B. eine Suspension von feinem Sand und dergleichen, wobei die Teilchen einen eiosiven Effekt auf die Spüllöcher aufweisen. Ein solcher erosiver Angriff kann zu einer frühzeitigen Ermüdung und damit zu Brüchen des Materials führen. -, Es ist des weiteren bekannt, Formkörper aus Stahl, z. B. Bänder, Drähte, Röhren und Platten aus Stahl mit einer dünnen Schicht aus Nickel oder Kobalt zu beschichten. Ein solches Verfahren hat eine breite Anwendung gefunden, um den Widerstand der Formkörper gegenüber einem korrosiven Angriff zu erhöhen. Bricht jedoch die aufgetragene Nickel- oder Kobaltschicht oder blättert eine solche Schicht ab, so ist der Stahlformkörper nicht mehr länger vor einer Korrosion geschützt

Es ist des weiteren bekannt, daß Gegenstände aus Stahl, die auf elektrolytischem oder chemischem Wege mit einer Oberflächenschicht aus Nickel und/oder Kobalt beschichtet worden sind, nach Aufbringen der Oberflächenschicht dadurch gehärtet werden können, daß sie auf eine Temperatur erhitzt werden, bei welcher fsich Austenit bildet und durch rasches Abkühlen des Körpers unter Erzeugung einer martensitischen Struktur. Es hat sich gezeigt, daß die Oberflächenbchicht durch die Härtungsbehandlung nicht zerstört oder beeinträchtigt wird und daß ein vorteilhafter Schutz vor Korrosionen erhalten wird, während zu gleicher Zeit die Festigkeitseigenschaften des Formkörpers erhöht werden.

Es ist schließlich des weiteren bekannt, daß weder Nickel noch Kobalt leicht Carbide bilden. Überdies ist es bekannt, z.B. aus Arch. Eisenhüttenwesen 33 (1962), S. 379-381, daß mäßig dicke Beschichtungen aus Nickpl und/oder Kobalt als diffusionshemmende Schichten für Kohlenstoff insbesondere bei der Herstellung von bestimmten zusammengesetzten Stahlelementen, z, B. Stahlplatten, beispielsweise aus einem Teil aus rostfreiem Stahl, das an einen Grundkörper oder Substrat aus Kohlenstoff-Stahl gebunden ist Die Wirkung des Nickels beruht hierbei auf seiner geringen Löslichkeit für Kohlenstoff. Bei 700⁰C werden nur 0,08% Kohlenstoff gelöst. Bei Temperaturen über 900⁰C wirken derartige Schichten jedoch nicht mehr diffusionshemmend.

Aus der US-PS 22 94 562 ist des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von carbonisierten Stahlbändern für die Verwendung in Elektronenentladungsröhren bekannt Die Kohlenstoffschicht bildet dabei einen nicht unbedeutenden Prozentsatz der Querschnittsdikke. Der Zweck der carbonisierten Schicht besteht darin,

so daß das Material eine geringe sekundäre Elektronenemission im Vergleich zu einer hellen oder ungedunkelten Stahloberfläche aufweist

Aus der US-PS 37 69 084 ist es weiterhin bekannt, auf einen Stahlträger zunächst eine amorphe Nickelschicht aufzubringen und anschließend bei Temperaturen von 500 bis 68O⁰C zu carburieren. Es hat sich jedoch gezeigt daß die Festigkeitseigenschaften und der Korrosionswiderstand derartiger Materialien noch zu wünschen übrig läßt

Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus carburiertem Stahl mit einer Oberflächenschicht aus Nickel und/oder Kobalt mit gegenüber dem Stande der Technik weiter verbesserten Festigkeitseigenschaften und verbesserter Korrosionswiderstandsfähigkeit anzugeben.

Der Erfindung lag die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist Stahl zu carburieren, ohne die Oberfläche zu carbonisieren, trotz der Tatsache, daß

die Oberfläche des Stahles eine metallische Nickel- und/oder Kobaltschicht aufweist.

Ein Bedürfnis nach einem solchen Carburierungsprozeß besteh! insbesondere in den Fällen, in denen insbesondere ein zähes Grundmaterial erforderlich ist ^ri mit verbessertem Festigkeitseigenschaften sowie einem verbesserten Schutz gegenübet Korrosionen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von korrosionsresistenten Formkörpern aus carburiertem Stahl mit einer Oberflächenschicht aus ι u Nickel und/oder Kobalt, wie es in den Ansprüchen gekennzeichnet ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß sich Formkörper aus carburiertem Stahl mit einer Nickel- und/oder Kobaltbeschichtung mit verbesserter Wider- r> Standsfähigkeit gegenüber Korrosionen und verbesserten physikalischen Eigenschaften herstellen lassen.

Gegebenenfalls kann auf die Nickel- und/oder Kobaltschicht zum Zwecke der weiteren Verbesserung _ώ der Korrosions-Widerstandsfähigkeit eine weitere Me^s,'ta!Ischicht aufgebracht werden.

Beim Verfahren der Erfindung wird somit zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Formkörpern aus Stahl sowie zur Erhöhung der Korrosions-Widerstandsfähigkeit derselben, der Stahlformkörper zunächst mit einer Oberflächenschicht aus Nickel und/oder Kobalt beschichtet, worauf der Formkörper einer Wärmebehandlung unterworfen wird, und zwar auf eine austenitisierende Temperatur erhitzt wird unter carburierenden Bedingungen, und iwar so lange, bis eine Carburierung der Stahloberfläche unter der Nickel- und/oder Kobaltschicht erfolgt ist.

Bei Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird ein zweifacher Effekt erzielt, nämlich.

(1) die Metallbeschichtung wird fest auf die Stahloberfläche gebunden und

(2) die Stahloberfläche wird carburiert unter Erhöhung ihrer Härte im Vergleich zur geringeren Härte des Kernes des bearbeiteten Stahlköruers.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß nach der Carburierungs-Wärmebehandlung der Formkörper rasch von der austenitisierenden Temperatur unter Erzeugung einer martensitischen Struktur in mindestens einer Zone des carburierten Stahlformkörpers abgekühlt werden kann.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß die Widerstandsfähigkeit des carburierten beschichteten Stahlformkörpers vor einem Korrosionsangriff weiter dadurch verbessert werden kann, daß man den beschichteten Formkörper noch mit einer zusätzlichen Metallschicht, und zwar einer Schicht aus einem oder mehreren der Metalle Cr, Sn, Pb, Zn, Cu und Cd beschichtet.

Formkörper oder Gegenstände aus Stahl, die mit einer Nickel- und/oder Kobaltschicht beschichtet werden können und danach nach dem erfindungsgemäßen Verfahren carburiert und gehärtet werden können, können eine beliebige Form aufweisen und jede Zusammensetzung haben, die sich zum Härten eignet. Beispielsweise kann der Kohlenstoffgehalt des Stahlgrundkörpers bei bi« zu 0,5, z. B. bei 0,05 bis 0,4 Gew.-% liegen. Nach dem Verfahren der Erfindung lassen sich die verschiedensten Formkörper und Gegenstände einsatzhärten, ζ. B. auch Verfahrensendprodukte, z. B. Bolzen, Schrauben, Bohrer und Bohrmaschinen einschließlich Aufsteckrohre und dergleichen nach der Beschichtung mit einer Nickel- oder Kobaltschicht

Die Schicht aus Nickel und/oder Kobalt auf dem Stahlformkörper läßt sich nach üblichen bekannten Verfahren auf chemischem oder elektrolytisch^m Wege erzeugen.

Die Carburierung der mit einer Nickel- oder Kobaltschicht beschichteten Stahlformkörper kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß man den beschichteten Stahlkörper auf eine austenilisierende Temperatur erhitzt und den Stahlkörper so lange bei dieser Temperatur in einer Kohlenstoff spendenden Atmosphäre beläßt, d. h. unter carburierenden Bedingungen, bis eine Carburierung der Oberflächenzone des Stahlkörpers durch Diffusion erreicht ist. Eine wünschenswerte Carburierungstiefe liegt beispielsweise bei mindestens 0,1 mm. Die Carburierung läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man den Stahlkörper in Kohlenstoff einbettet und/oder andere Substanzen oder Stoffe, welche e-ne Kohlenstoffabsorption fördern, z. B. Bariumcarbonat und Soda oder durch carburierende Gase, ζ. Β. Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe ■jöder Mischungen aus Methan und Ammoniak.

Durch die Wärmebehandlung, d. h. infolge der Erhitzung der Formkörper auf eine austenitisierende Temperatur wird eine gute Bindung zwischen der Oberflächenschicht des Nickels und/oder Kobalt und des Stahlformkörpers erreicht, und zwar zum gleichen Zeitpunkt, zu dem der Kohlenstoff die Nickel- und/oder Kobaltschicht durchdringt und in die Stahloberfläche diffundiert. Dw Diffusion des Kohlenstoffs durch die Metallschicht wird bei der austenitisierenden Temperatur von über 725° C erhöht. Dieses Verhalten ist vermutlich durch eine katalytische Wirkung des Nickels zu erklären.

Vorzugsweise werden beim Verfahren der Erfindung Wärmebehandlungstemperaturen von über 725°C angewandt. In besonders vorteilhafter Weise wird bei austenitisierendeu Temperaturen von 800 bis 1000⁰C gearbeitet.

Soll der Formkörper gehärtet werden, so kann dies in Kombination mit der carburierenden Wärmebehandlung erfolgen und zwar durch rasches Abkühlen des Formkörpers nach der Carburierung, z.B. durch Abschrecken in Wasser, Öl, Luft oder in einer anderen Weise unter Bildung einer martensitischen Struktur mindestens in der carburierten Schicht des Stahlkörpers. Die Härtung braucht jedoch nicht unmittelbar nach der Carburierung zu erfolgen, vielmehr kann der Gegenstand auch langsamer abgekühlt werden, beispielsweise in einem Ofen, um später wieder erhitzt zu werden und um zum Zwecke der Härtung rasch abgekühlt zu werden. Beispielsweise kann ein Absehrekken mittels Wasser erfolgen, z. B. dann, wenn der Kohlenstoffgehalt bei etwa 0,3% C oder darunter liegt oder es kann beispielsweise eine Abschreckung mittels Öl erfolgen, wenn der Kohlenstoffgehalt beispielsweise bei etwa 0,5 Gew.-% liegt. Gegebenenfalls kann sich an die Härtung eine Temperung in üblicher bekannter Weise anschließen. Nähere Angaben zur Carburierung, Martenitisierung und Temperung brauchen hier nicht gemacht zu werden, da diese Verfahren bekannt sind.

Versuche haben gezeigt, daß eine Nickelschicht mit einer Dicke von etwa 10 bis 20 μπι den Carburierungseffekt um die Hälfte vermindert, im Vergleich zu einem nicht beschichteten Stahlformkörper, daß der Carburierungseffekt jedoch ausreichend ist, d. h. von größerer technischer und kommerzieller Bedeutung. Die Nickel- und/oder Kobaltschicht ist vorzugsweise mindestens etwa 5 μπι stark, wobei die im Einzelfalle maximale Dicke durch ökonomische Erwägungen bestimmt wird.

Das Verfahren der Erfindung läßt sich beispielsweise anwenden im Rahmen der Herstellung von Bohrmaschinen, insbesondere unter Bezugnahme auf die inneren Spülöffnungen und Spüllöcher des Bohrgestänges, das, wie hereits dargelegt, Korrosion und Erosion unterliegt. ^r> Ein solcher Angriff kann zu einem vorzeitigen Rruch oder einer vorzeitigen Ermüdung des Materials führr-n. Korrosions- und Ermüdungsprobleme treten im übrigen auch auf der äußeren Oberfläche der Bohrmaschinen auf, wenn auch diese Probleme nicht so schwerwiegend m sind wie im Inneren der Spüllöcher. Erfindungsgemäß lassen sich beispielsweise Bohrer mit einer inneren und einer äußeren Nickelschicht herstellen, die nach Aufbringen der Nickelschicht in der beschriebenen Weise carburiei t und gehärtet werden. Zum Zwecke der ι ■> weiteren Verbesserung der Korrosionswiderstandsfähigkeit können die in der beschriebenen Weise behandelten Formkörper oder Formteile gegebenenfalls noch mit einem Metall aus der Gruppe Cr, Sn, Pb. ■ Zn, Cu oder Cd metallisiert werden. .u

Wie bereits dargelegt, soll die Nicke.'· und/oder

- Kobaltschicht mindestens etwa 5 μηι, vorzugsweise 5 ■.bis 15 oder 5 bis 20μΐη dick sein, um eine optimale Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des

'Materials zu gewährleisten. Schichten mit einer Dicke < von weniger als 1 μσι führen nicht zu den erwünschten Verbesserungen der Korrosionswiderstandsfähigkeit, obgleich Schichten mit einer Dicke von mehr als 15 μηι dazu neigen, die Carburierungsgeschwindigkeit der Stahloberfläche zu erschweren. Jedoch können auch Jo höhere Schichtdicken angewandt werden, wobei jedoch ein Ausgleich zwischen dem erwünschten Schutz gegenüber dem Auftreten von Korrosionen und der erwünschten Festigkeit in jedem einzelnen Falle zu treffen ist.

Eine hohe Kohlenstoffaktivität ist bei der Carburierung von Stahl in der Carburierungszone wichtig. Eine 'hohe C-Aktivität führt im allgemeinen zu Kohlenstoffniederschlägen direkt auf der Stahloberfläche wie auch auf Ofenteilen. Die auf mit Nickel beschichteten Stahlformkörpern niedergeschlagene Menge ist jedoch iyiel geringer. Der auf Nickeloberflächen niedergeschlagene Kohlenstoff haftet viel schwächer und ist infolgedessen viel einfacher von der Oberfläche zu entfernen, beispielsweise durch 1 bis 2 Minuten langes Beizen in einer Chlorwasserstoffsäurelösung. Dies ' deshalb, weil Nickel nicht leicht Carbide bildet.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet für das Verfahren der Erfindung ist die Herstellung von selbst schneidenden Schrauben, weiche normalerweise mit einer Zink- oder Cadmiumschicht beschichtet werden, um die Reibung zu verhindern, wenn die Schrauben in die ijAufnahmelöcher geschraubt werden. Carburierte Schrauben, jedoch ohne Nickelüberzug, neigen zu einer starken Reibung während der Verwendung, aufgrund des Vorhandenseins von niedergeschlagenem Ruß in {Ben Windungen.

Carburierte Stähle sowie Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt sind bekanntlich empfindlich gegenüber Spannungskcrrosionen und einer Wasserstoffversprödung. Die Anwendung einer Nickelbeschichtung vor der Carburierung ist deshalb vorteilhaft, weil die Nickelschicht nach der Carburierungs-Wärmebehandlung weich und spannungsfrei ist, was wichtig zur Vermeidung von Rissen in der Oberfläche des carburierten Stahles ist. Infolgedessen lassen sich nach dem Verfahren der Erfindung Formkörper mit wesentlich verbesserten physikalischen Eigenschaften herstellen.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Zwei gleiche Stahl-Formkörper mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,1 Gew.-% wurden auf elektrolytischem Wege mit einer etwa 10 μσΐ dicken Nickel- b7w. Kobaltschicht beschichtet.

Die Nickelschicht wurde auf den Stahl-Formkörper durch Verwendung eines Watts-Bades der folgenden Zusammensetzung aufgebracht:

240 bis 340 g NiSO₄ 7 H₂O pro Liter.
30 bis 60 g NiCI₂ · 6 H₂O pro Liter und
30 bis 40 g H)BOj pro Liter

bei einer Stromdichte von etwa 100 A/m² und einer Einwirkungsdauer von 55 Minuten.

Die Kobaltschicht wurde aus einem elektrolytischen Bad eines pH-Wertes von 3 bis 5 aufgebracht, das .entflieh;

330 bis 565 g COSO4 · 7 H₂O pro Liter,
30 bis 45 g H₃BO₃pro Liter,
0 bis 45 g CoCI₂ ■ ' 'ΊΟ pro Liter sowie

gegebenenfalls 17 bis 25 g NaCI oder KCI pro Liter, bei einer Stromdichte von etwa 2,15 bis 500 A/m² bei einer Einwirkungsdauer von 16 Minuten.

Nach der Plattierung der Stahl-Formkörper wurden diese in einem Ofen 1,5 Stunden 'ang in einer Atmosphäre aus 10 Vol.-% Methan und 90 Vol.-% Stickstoff bei einer Temperatur von 880°C carburiert. Nach beendeter Wärmebehandlung wurden in beiden Fällen carburierte Zonen einer Stärke von etwa 0,10 bis 0,15 mm festgestellt. Die Rockwell-Härte (RcJ \ag an der Oberfläche bei etwa 45 und im Inneren des Materials bei etwa 37 bis 38. Die nach dem Verfahren der Erfindung carburierten Formkörper wiesen eine verbesserte Korrosions-Widerstandsfähigkeit auf.

Zu Vergleichszwecken wurden weitere Stahl-Formkörper ohne Metallbeschichtungen in entsprechender Weise carburiert unter Erzielung von carburierten Zonen einer Dicke von etwa 0,10 bis 0,23 mm mit Rockweü-Härten (Rc) von mehr als etwa 45 an der Oberfläche und Härten im Inneren von etwa 28 eis 38. Die in der üblichen Weise carburierten Stahl-Formkörper wiesen jedoch eine beträchtlich geringere Korrosions-Widerstandsfähigkeit auf.

Gleich günstige Ergebnisse wurden mit anderen Beschichtungsbädern erhalten. So können beispielsweise zur Erzeugung kontinuierlicher Nickel- und/oder Kobaltschichten auf Stahlformkörpern Bäder der folgenden Zusammensetzung verwendet werden:

Sulfamat-Lösung

Nickelsulfamat Ni(NH₂SO₃);- 300 g/l
Nickelchlorid NiCI₂ · 6 H₂O 30 g/I
Borsäure H₃BO₃ 30 g/l

pH 3,5-4,5

Temperatur 25 bis 70° C

Kathodische Stromdichte 200 -1400 A/m²

Stromlose Nickelbeschichtung	30 g/l
Nickelchlorid	10 g/I
Natriumhypophosphit	65 g/l
Ammoniumchrat	50 g/l
Ammoniumchlorid	8-10
pH-Wert	80-90⁰C
Temperatur .

Stromlose Kobaltbeschichtung

Kobaltchlorid 30 g/l

Natriumhypophosphit 20 g/I

Natriumeitrat 35 g/l

Ammoniumchlorid 50 g/l

pH-Wert 9-10

Beispiele verschiedener Carbtirierungsverfahren für Stahl, die bei Durchführung des Verfahrens der Erfindung angewandt werden können, sind beispielsweise bekannt aus der Literaturstelle ASM Metals \ Handbook, Ausgabe 1948, Seiten 677 bis 697. Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Nickel und/oder sKobalt, die beim Verfahren der Erfindung angewandt werden können, sind beispielsweise bekannt aus der Literaturstelle »Handbuch der Galvanotechnik«, Band II, von H. W. Dettner und J- Elze (1966), Seiten 87 bis 140 sowie Seiten 141 bis 147, Verlag Carl Hanser, München.

Erfindungsgemäß kann zu diesem Zweck auf die Nickel- und/oder Kobaltschicht nach der Carburierung und der Säuberung der Oberfläche eine weitere vergleichsweise dünne Schicht aus einem oder mehreren der Metalle Cr, Sn, Pb, Zn, Cu und Cd aufgebracht werden. Eine solche Schicht kann nach üblichen bekannten Methoden aufgebracht werden, z. B. durch Elektrolyse, durch chemische Abscheidung, durch Metallbesprühung und dergleichen, d. h. nach üblichen bekannten Methoden.

So kann beispielsweise auf Schrauben und Bolzen aus Kohlenstoffstahl mit z. B. 03 Gew.-% Kohlenstoff eine 10 μπι dicke Nickelschicht aufgebracht werden, worauf die Bolzen und Schrauben nach dem Verfahren der Erfindung carburiert und in üblicher bekannter Weise gesäubert werden, worauf sie mit einer weiteren Metallschicht beschichtet werden und zwar mit einer Schicht aus einem der Metalle Cr, Sn, Pb, Zn, Cu oder Cd, in folgender Weise:

Die Bolzen und Schrauben werden zunächst mit einer 10 μπι dicken Zinkschicht auf elektrolytischem Wege beschichtet, und zwar unter Verwendung eines Bades, das pro Liter enthält:

15 bis 20 g Zink,

25 bis 45 g Natriumcyanid und

SO g NaGH.

Die Abscheidung kann dabei in vorteilhafter Weise bei einer Stromdichte von etwa 100 A/m² erfolgen, z. B. bei Raumtemperatur und einer Dauer von 60 Minuten.

Andererseits kann beispielsweise anstelle der Zinkschicht eine Bleischicht unter Verwendung eines Bades aufgebracht werden, das pro Liter Lösung enthält:

110 bis 165 g Blei,

50 bis iOO g freie Sulfaminsäure, bei einem pH-Wert von etwa 1,5 bei Anwendung einer Stromdichte von 50 bis 400 A/m² und einer Temperatur von 24 bis 50⁰C.

Auch können beispielsweise übliche bekannte Bleifluosilikat-Bäder verwendet werden.
Auf eine Nickel- und/oder Kobaltschicht läßt sich in

entsprechender Weise beispielsweise eine Cadnv'imdeckschicht aufbringen.

Ein typisches Bad für die Abscheidung einer Cadmiumdeckschicht besteht beispielsweise aus einem Bade mit pro Liter Lösung 15 bis 20 g Cd und 70 bis 90 g NaCN. Zum Aufbringen der Cadmiumdeckschicht kann in vorteilhafter Weise bei einer Stromdichte von 150 bis 200 A/m² und einer Temperatur von 20 bis 35° C gearbeitet werden.

Die Abscheidungsbedingungen für die anderen der aufgeführten Metalle sind bekannt und brauchen daher hier nicht nochmals beschrieben zu werden. Die Beschichtungsstärke der aus Cr, Sn, Pb, Zn, Cu und Cd erzeugten Schichien soll bei mindestens etwa 2 bis 3 μηι liegen. In vorteilhafter Weise liegen die Schichtdicken derartiger Metallschichten bei bis zu etwa 20 μπι oder bis zu 30 μπι oder auch darüber, je nach den gegebenen Ökonomischen Verhältnissen. Vorzugsweise liegen die Schichtstärken derartiger Schichten bei etwa 5 bis 30 μπι.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen weitere Verbesserungen, die sich erfindungsgemäß erreichen lassen, wenn auf die Nickelschicht eines Formkörpers eine zusätzliche Metallschicht aufgebracht wird.

B e ί s ρ i e ί 2

Zu Vergleichszwecken wurden Kohlenstoff-Stahlschrauben mit einem Kohlenstoffgehalt von eiwa 0,18 Gew.-% einmal in üblicher bekannter Weise nach dem Stande der Technik und zum anderen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelt. Die Behandlungsweise ergibt sich aus der folgenden Gegenüberstellung:

Verfahren gemäß
Stand der Technik

Verfahren gemäß
Erfindung

Stahlteil

Carburieren

Abschrecken

Tempern

Entfetten

Beizen (HCl, 25°C)

Zink-Beschichten

Stahlteil

Reizen

Vernickeln

Carburieren

Abschrecken

Tempern

Entfetten

Beizen

Zink-Beschichten

Die verwendeten Schrauben hatten eine Länge von 40 mm und einen Durchmesser von 8 mm. Die erfindungsgemäß behandelten Schrauben wurden dann auf ihren Korrosionswiderstand untersucht.

Es wurden jeweils 10 Schrauben nach dem Verfahren gemäß Stand der Technik behandelt und 10 Schrauben nach dem Verfahren der Erfindung behandelt.

Die behandelten Schrauben wurden dann einem Neutralsalz-Sprühtest gemäß Testmethode

ASTM B-117 unterworfen, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion zu ermitteln. Die dabei erhaltenen Ergebnisse ergeben sich aus der folgenden Gegenüberstellung:

Verfahren gemäß Stand der Technik

Verfahren gemäß Erfindung

Carburiert

10 «.m dicke Zinkschicht

10 μΐη dicke Nickelschicht und

Carburierung

10 μτη dicke Zinkschicht

230 217/256

ίο

Fortsetzung

Verfahren gemäß Stand der Technik

Verfahren gemäß Erfindung

Zeitdauer bis zum Auftreten von rotem Rost

4 Prüflinge 40 Stunden

2 Prüflinge 60 Stunden

3 Prüflinge 80 Stunden 1 Prüfling 100 Stunden

Zeitdauer bis zum Auftreten von rotem Rost

4 Prüflinge 180 Stunden

3 Prüflinge 200 Stunden

2 Prüflinge 220 Stunden

1 Prüfling 240 Stunden

Beispiel 3

Schrauben, wie sie in Beispiel 2 beschrieben wurden,
■wurden des weiteren einem Lebensdauertest unter
Spannung unter den Versuchsbedingungen des Salzsprühtestes unterworfen, wobei die Schrauben einer
■Spannung von 90% der Streckgrenze längs der 20 die folgenden Ergebnisse erzielt: Schraubenachsen Unterworfen wurden. Bei diesem Test

wurde die Empfindlichkeit der Schrauben gegenüber einem Spanriungskorrosionsbruch und einer Wasserstoffversprödüng ermittelt. Die getesteten Schrauben wiesen eine Deckschicht aus Cadmium auf. Es wurden

Stunden

bis zum Bruch

Verfahren gemäß Stand der Technik

Carburiert+10 μπι Cd-Schicht Carbüriert+10 μηι Ni-Schrcht

Verfahren gemäß Erfindung

10 ;am Ni-Schicht+ carbüriert | + 10 μπι Cd-Schicht J

kein Bruch nach
1000 Stunden

Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich eindeutig, worden waren, d.h. wenn sie eine Nickelschicht

daß die Lebensdauer der dem Spannimgs-Test unter- aufwiesen., carbüriert wurden und eine Cd-Deckschicht

worfenen Schrauben beträchtlich größer war, wenn erhielten,

diese nach dem Verfahren der Erfindung behandelt 40

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von korrosionsresistenten Formkörpern aus carburiertem Stahl mit einer Oberflächenschicht aus Nickel und/oder Kobalt, bei dem man die mit Metall beschichteten Formkörper in einer Kohlenstoff liefernden Atmosphäre unter Ausbildung einer carburierten Zone erhitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper in der Kohlenstoff liefernden Atmosphäre solange auf eine austenitisierende Temperatur von über 725° C erhitzt, bis sich unter der metallischen Oberflächenschicht eine carburierte Zone einer Tiefe von mindestens 0,1 mm gebildet hat, und daß die beschichteten und carburierten Stahlformkörper dann mit einer weiteren Metallschicht aus Cr, Sn, Pb, Zn, Cu oder Cd beschichtet werden,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Formkörper mit einer Oberflächenschicht aus Nickel und/oder Kobalt einer Stärke von 5 bis 20 μΐη verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper nach beendeter Carburierung unter Ausbildung einer martensitischen Struktur in mindestens der carburierten Zone rasch abgekühlt werden.