DE2605873A1 - Verfahren zur verguetung von koerpern aus edelstahl und nickelbasislegierungen - Google Patents

Verfahren zur verguetung von koerpern aus edelstahl und nickelbasislegierungen

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Description

Dr. Julius Nicki
Ringstr. 1 9
8011 Zorneding
Verfahren zur Vergütung von Körpern aus Edelstahl und Nickelbasislegierungen
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Vergütung von Körpern aus Edelstahl und TTickelbasislegierungen, die einem oberflächlichen mechanischen Verschleiß durch Reibung und Gleitung sowie heißen Gasen und Plasmen unterworfen sind. Das sind z.B. Gleitschienen in Drehkolbenmotoren, Lagerteile, Schreibfedern oder Abschirmbleche in Fusionsreaktoren.
Gegen den reibenden Verschleiß sind eine Reihe von Vergütungsverfahren entwickelt worden, wie z. B. elektrolytisches Beschichten mit Hartchrom oder Sulfidieren der Edelstahloberfläche oder Beschichten mit intermetallischen Verbindungen. Diese und ähnliche Verfahren vermeiden eine Aufkohlung, da bekannt ist, daß dadurch die Vorzüge des Grundmaterials verloren gehen.
Entgegen dem Fachwissen wurde erkannt, daß in vielen Anwendungsfällen der mechanische Verschleiß der O.g. legierungen bis auf das Sausendfache vermindert werden kann, wenn die zu vergütenden Körper einzeln oder in "größerer Menge in einem Reakti ons gefäß bei 700 bis 11000C, vorzugsweise bei 910 bis 10300C mit einem Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff und vergütenden Verbindungen aus Kohlenwasserstoffen und/oder Chlorkohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffen und/oäer Chlorkohlenwasserstoffen und Titanhalogeniden, Silizium- oder Borverbindungen bei einem Gesamtdruck von 0,5 bis 1,5 Atmosphären behandelt werden bis die erforderliche Vergütung erreicht ist und anschließend im Wasserstoff oder einem Gemisch aus Viasserstoff und Stickstoff und/oder Edelgasen erkalten gelassen werden. Dadurch wird der Kohlenstoffgehalt der Legierungen erhöht und die Gleiteigenschaften sowie die Beständigkeit gegen heiße Gase und Plasmen um ein vielfaches verbessert.
Das Verfahren kann in einfacher Weise dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden. So genügt es z.B., rohrförmige Schreib-
federn mit einem Durchmesser von 0,25 bis 3 -ma nur mit einem strömenden Gemisch aus ca. 5 VoI $ Methan und Wasserstoff bei einem Gesamtdruck von 0,5 bis 1,5 Atm. bei 10000C 30 bis 60 Minuten zu behandeln und dann innerhalb ca. 20 Minuten in Argon erkalten zu lassen. Derartige ledern besitzen ein hohes Gleitvermögen auf Kunststoff-Folien und zeigen selbst nach einer Schreiblänge von 2000 m noch keinen störenden Verschleiß. Das ■ gleiche gilt für Gleitschienen. Diese Grundvergütung kann gesteigert werden bzw. erhöhten Verschleißanforderungen durch Aufbringen einer harten und gleitfähigen Beschichtung angepaßt werden, wenn ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen wie Methan oder Chlorkohienwasserstoffen wie Trichlorethylen oder Tetrachlorkohlenstoff und Titantetrachlorid bei' Temperaturen von vorzugsweise 910 bis 10300C auf die zu vergütenden Körper einwirken gelassen wird. Dabei ist wesentlich, daß eine mit dem Grundmaterial fest verankerte Hartstoff-Schicht gebildet wird, die an das Grundmaterial angepaßt ist und minimalen Verschleiß "zeigt. Diese angepaßten Schichten können beispielsweise mit einem Gemisch aus ca. 50 VoI <fo Wasserstoff, 10-30 VoI # Stickstoff und vergütenden Verbindungen wie folgt erzeugt werden. Zuerst wird mit Methan und/oder Tetrachlorkohlenstoff eine Grundvergütung vorgenommen und dann mit Titantetrachlorid und Tetrachlorkohlenstoff eine 0,5 bis 10 ^im starke Titancarbonitrid? schicht abgeschieden, auf die eine gleich starke Schicht aus Titancarbid und Siliziumcarbid aufwachsen gelassen wird. Dabei wird zeitlich der Anteil an Titancarbid laufend erniedrigt bis schließlich nur noch reines Siliziumcarbid abgeschieden wird. Eine ähnliche Anpassung ist mit Titansiliziden, Titanboriden und Siliziumnitrid zu erreichen. Dafür eignen sich als Ausgangsverbindungen Siliziumtetrahalogenide, Siliziumchloroform, Methyl-, silane, Borbrihalogenide, Borwasserstoffe und Alky!borhydride. Das Abkühlen der vergüteten Körper erfolgt vorteilhafterweise in einem Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff und/oder Edelgasen. Wenn nur die Grundvergütung angewandt wird, genügt es, im Vakuum erkalten zu lassen. Das Verfahren läßt sich in mannigfaltiger Weise je nach zu vergütenden Körpern durchführen. Für die reproduzierbare Vergütung von relativ kleinen Körpern wie Gleitringen, Gleitschienen und Federn ist es vorteilhaft, das Gasgemisch im Kreislauf zu führen und die vergütenden Stoffe nur insoweit dem Gasstrom zuzusetzen, wie sie verbraucht
werden. Wenn ein strömendes Gasgemisch stört, z.B. bei der Herstellung extrem gleichmäßig dicker Schiebten, kann ein stationäres Gasgemisch benutzt werden. Dazu werden in dem Reaktionsgefäß Titan, Silizium oder Bor in Form von Blechen, Stäben oder Körnern eingelegt und auf gleiche oder 50 bis 800C höhere Temperatur erhitzt als die zu beschichtenden Körper, wird schließlich das Reaktionsgefaß mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Tetrachlorkohlenstoff oder Wasserstoff und einem Halogenid toh Titan, Silizium bzw. Bor gefüllt, so werden bei ^7000C die Elemente Titan, Silizium bzw. Bor zu den zu vergütenden Körpern transportiert und bilden darauf verschleißfeste Schichten. Dieser Behandlung kann auch eine Grundvergütung vorausgehen.
Pur die gleichmäßige Beschichtung im strömenden Gasgemisch ist es vorteilhaft, zylindrische Reaktionsgefäße aus Quarzglas oder temperaturbeständigem Stahl zu benutzen und die einzelnen Körper, z.B. Federn oder Ringe auf achsial symmetrischen Horden oder Paletten aufzustecken oder aufzuhängßn. Diese Trägervorrichtung wird dann im Reaktionsgefäß abwechselnd 5-20 Minuten in die eine und dann in die andere Richtung gedreht, wobei die mittlere Geschwindigkeit bei 1-5 cm/sec liegen soll.
Die Erhitzung der zu beschichtenden Körper erfolgt bei der massenweisen Vergütung vorteilhafterweise durch Strahlungsheizung über die Wände des Reaktionsgefäßes. Bei der Vergütung von einzelnen Stücken und Blechen ist es vorteilhaft, mittels elektrischer Hochfrequenz zu erhitzen, vor allem bei der kontinuierlichen Vergütung von Bandblech. In diesem Fall läßt man das zu vergütende Blech zuerst eine Reaktionskammer durchlaufen, in der eine Grundvergütung erfolgt und in nachgeschalteten Kammern werden Schichten aus Titancarbonitriden, Suiziden oder Boriden aufgebracht.·
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Claims (1)

  1. I und i-iickelbasislögioruiig Arisprucli 1. Verfahren zur Vergütung von Körpern aus Edelstahl, die einem reibenden Verschleiß ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergütenden Körper einzeln oder in größerer Menge in einem Reaktionsgefäß bei 700 bis 11000C, vorzugsweise bei 910 bis 10300C mit einem Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff und vergütenden Verbindungen aus Kohlenwasserstoffen und/oder Chlorkohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffen und/oder Chlorkohlenwasserstoffen und Titanhalogeniden, Silizium- oder Borverbindungen bei einem Gesamtdruck von 0,5 bis 1,5 Atmosphären behandelt werden bis die erforderliche Vergütung erreicht ist und anschließend in Wasserstoff oder einem Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff und/ ■oder Edelgasen erkalten gelassen wird.
    Anspruch 2, Verfahren nach Anspruch 1, dgk., daß zur Vergütung ein strömendes Gasgemisch benutzt, das nach dem Beladen mit vergütenden Verbindungen im Kreislauf geführt wird.
    Anspruch 3 « Verfahren nach Anspruch 1, dgk., daß ein stationäres vergütendes Gasgemisch benutzt wird, das im Reaktionsgefäß aus Chlorkohlenwasserstoffen oder einem Halogenid von Titan, Silizium oder Bor und Titan, Silizium oder Bor erzeugt wird, wobei die Elemente gegenüber den zu vergütenden Körpern eine leicht erhöhte oder die gleiche Temperatur besitzen.
    Anspruch 4. Verfahren nach Anspruch 1, dgk., daß als Siliziumverbindungen Tetrahalogenide, Siliziumchloroform, Methylsilane und als Borverbindungen Borwasserstoffe, Alkylborwasserstoffe ■ und Bortrihalogenide, insbesondere Bortrichlorid benutzt wird.
    Anspruch 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dgk., daß die zu vergütenden Körper in einem zylindrischen Reaktionsgefäß auf achsial-symmetrischen Horden oder Paletten angeordnet sind und mit diesen Haltevorrichtungen mit einer mittleren Geschwindigkeit von 1 bis 5 cm/sec im Abstand, von 5 bis 20 min abwechselnd in entgegengesetzter Richtung bewegt werden.
    Anspruch 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dgk., daß die Wassers toffkonzentration im vergütenden Gasgemisch 80-95 VoI fo beträgt.
    709833/0478
    ORIGINAL INSPECTED
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