DE2632480C2

DE2632480C2 - Verfahren zur Herstellung von Diffusionsüberzügen aus Kupferlegierungen auf Eisenlegierungen durch Feuermetallisierung

Info

Publication number: DE2632480C2
Application number: DE2632480A
Authority: DE
Inventors: Lech Dr.-Ing. Bajka; Adam Prof. Dr.-Ing. Gierek; Malgorzata Dipl.-Ing. Kattowitz Machnicka
Original assignee: POLITECHNIKA SLASKA IM WINCENTEGO PSTROWSKIEGO GLIWICE PL
Current assignee: POLITECHNIKA SLASKA IM WINCENTEGO PSTROWSKIEGO GLIWICE PL
Priority date: 1975-08-19
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1982-03-11
Also published as: FR2321550B1; SE7609187L; FR2321550A1; US4142011A; DE2632480A1; CA1087937A; PL100353B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diffusionsüberzügen aus Kupferlegierungen auf Erzeugnissen aus Eisen oder dessen Legierungen durch Feuermetallisierung.

Bekannt ist eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Oberzügen auf Erzeugnissen aus Eisen und seinen Legierungen. Durch die Mehrzahl dieser Verfahren wird jedoch das Erhalten eines kontinuierlichen einheitlichen und gleichmäßigen Diffusionsüberzugs nicht gewährleistet. Zu den am meisten angewendeten Verfahren gehört das Auftragen von Adhäsionsüberzügen aus Kupferlegierungen auf dem Wege des Aufspritzens oder des Galvanisierens.

Ein bekanntes Verfahren besteht im Aufspritzen eines Strahles aus schmelzflüssigem Zinnbronzepulver, das 90% Kupfer und 10% Zinn enthält, auf ein vorher durch Kugelstrahlen gereinigtes und entfettetes Stahlwerkstück. Im Ergebnis dieses Vorgehens wird eine auf der Fläche des behandelten Werkstückes nach dem Adhäsionsprinzip fest haftende Schicht erhalten, die jedoch durch eine erhebliche Porosität und Ungleichmäßigkeit gekennzeichnet ist.

Bekannt ist auch ein Verfahren zur Beschichtung von Werkstücken unkomplizierter Gestalt mittels Folien aus Kupfer oder dessen Legierungen durch Umformprozesse. Das als Plattieren bezeichnete Verfahren gewährleistet das Erhalten von haftenden Überzügen, die jedoch leicht abblättern, was die Korrosionsbeständigkeit wesentlich herabsetzt Dieses Verfahren kann auch nicht zum Beschichten von Werkstücken mit komplizierten Formen eingesetzt werden.

Diese bekannten Verfahren zum Auftragen von Überzügen aus Kupfer und dessen Legierungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Vor allem sichern sie nicht die Bildung von Diffusionsüberzügen, sondern nur das Erhalten von dünnen Schichten, die dank der Adhäsionskräfte an den Werkstoffen anhaften. Wesentlich ist auch, daß die obigen bekannten Verfahren es nicht erlauben, gleichzeitig mit dem Formen eine Wärmebehandlung vorzunehmen, die zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der verkupferten Werkstücke führen würde. Diese Verfahren erfordern auch den Einsatz von kostspieligen und komplizierten Einrichtungen, und die Durchführung der Verfahren selbst ist in aller Regel äußerst langwierig.

Die nach den bekannten Verfahren erhaltenen Überzüge sind dünn, was ihre Korrosionsschutzeigenschaften zusätzlich verringert. Dadurch, daß das Haftvermögen der Überzüge auf Adhäsionskräften

ίο beruht, sind auf diese Weise beschichtete Werkstücke überall dort nicht verwendbar, wo große Beanspruchungen und intensive Reibungen auftreten. Diese Verfahren ermöglichen auch kein schnelles und leistungsfähiges Überziehen von kleinen Werkstücken mit komplizierter

Formgestaltung in Massenproduktionen.

Versucht man, echte Diffusionskupferüberzüge auf Eisen zu erzeugen, indem man sie durc'i Tauchen in Kupferbäder feuermetallisiert, begegnet man der Schwierigkeit, daß Kupfer mit Eisen keine intermetalli sehen Verbindungen bildet, so daß auch auf diesem Wege nur mit Adhäsionskräften haftende Überzüge erhalten werden. In W. Machu, »Metallische Überzüge« 3. Auflage, Leipzig 1948, S. 533 is* beschrieben, welche Wege beschritten wurden, um trotzdem Kupferüberzü ge durch Feuermetallisieren erhalten zu können. So wurden Zwischenschichten aus Zink angewendet oder Behandlungen mit verschiedenen Flußmitteln vorgeschaltet, wonach die vorbehandelten Gegenstände in Messingbäder von etwa 1000° C getaucht wurden.

Um Eisen mit einer Aluminiumbronze (90% Cu, 10% Al) überziehen zu können, wurden vor dem Feuermetallisieren Zwischenschichten aus Zinn oder Zink aufgebracht. Da trotzdem keine befriedigenden Kupferüberzüge auf Eisen erzeugt werden konnten, wurde gemäß der AT-PS 2 76 895 vorgeschlagen, die Überzüge durch stufenweises Tauchen in zwei oder mehr Metallbäder mit zwischenzeitlichem Abkühlen herzustellen, wodurch eine Störung der Kupferüberzüge durch freigesetzte instabile Eisenteilchen verhindert werden soll. Das stufenweise Tauchen in Bäder verschiedener Temperatur ist apparativ aufwendig, und echte Diffusionsüberzüge können dabei in reinen Kupferbädern nicht erhalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem echte Diffusionsschichten aus Kupferlegierungen auf Werkstücken aus Eisen oder Eisenlegierungen erzeugt werden können, bei dem diese in üblichen Schmelzöfen <n einem einzigen Metallbad konstanter Temperatur unterhalb von ;000"C innerhalb kurzer Zeit erzeugt werden können. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Diffusionsüberzügen aus Kupferlegierungen auf Eisenlegierungen durch Feuermetallisierung dadurch gelöst, daß die zu überziehenden Werkstücke in ein Metallschmelzbad aus 75 Gew.-% Cu und 25Gew.-% Sn, das eine Temperatur von 850° C aufweist, in zweistufigem Bewegungsablauf eingetaucht, in jeder Stufe gehalten und danach aus dem Bad

w herausgeführt und gekühlt werden.

Vorzugsweise werden bei dem zweistufigen Bewegungsablauf des Eintauchens die Werkstücke zunächst gerade unter der Oberfläche des Metallschmelzbades 1 Minute lang gehalten und dann in den darunter

f>5 liegenden Bereich des Bades abgesenkt und dort 15 Minuten lang gehalten.

Dabei werden die Werkstücke vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min in das Bad

eingetaucht, mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min in den unteren Bereich des Metallschmelzbades abgesenkt und mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min aus dem Metallschmelzbad herausgeführt

Das entwickelte erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet dank der Wahl der tiefschmelzenden Legierung aus 75% Cu und 25% Sn eine wirtschaftliche Beschichtung von Werkstücken mit komplizierter Formgestaltung während einer verhältnismäßig kurzen Eintauchzeit in einem einzigen schmelzflüssigen Metallbad, wobei die unterschiedliche Zusammensetzung bzw. Dichte des Bades in verschiedenen Eintauchtiefen ausgenutzt wird Die erhaltenen Überzüge geben den Erzeugnissen eine wesentlich höhere Korrosionsbeständigkeit, insbesondere unter den Bedingungen von hochaggressiven Umgebungen, wie hauptsächlich in Wässern, insbesondere im Meerwasser (Salzwasser), und auch in viele Verunreinigungen, wie z. B. Chlorsalze und Schwefelverbindungen, enthaltenden Industriewässern. Diese Beschichtungen können mit großem Erfolg auch zur Herstellung von auf Reibung beanspruchten und widerstandsfähigen Lagerelementen sowie auch von anderen auf Reibung beanspruchten Elementen eingesetzt werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen hauptsächlich in dessen Einfachheit sowie in der kurzen Zeit, die zur Herstellung von dünnen Beschichtungen auf Werkstücken mit beliebig komplizierten Formen benötigt wird, wobei gleichzeitig — im Laufe des Auftragens des Überzuges und beim oder nach dem Herausführen aus dem Schmelzbad — Wärmebehandlungen durchgeführt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überzogenen Werkstücke sind durch eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit und durch verbesserte mechanische Eigenschaften gekennzeichnet.

Nachstehend wird das Wesen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Beispiel

Ein Werkstück aus niedriggekohltem Stahl mit einem Gehalt an 0,1 % Kohlenstoff von ferritisch-perlitischem Gefüge wurde nach vorheriger Flächenvorbehandlung mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min in ein 75 Gew.-% Kupfer und 25 Gew.-% Zinn enthaltendes Bad, dessen Temperatur 850° C betrug, eingetaucht. Das eingetauchte Werkstück wurde direkt unterhalb der Badoberfläche während einer Zeitspanne von 1 Minute gehalten, danach mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min in die untere Schicht des Bades abgesenkt und dort während 15 Minuten gehalten. Nach dieser Zeit wurde das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min aus dem Bad herausgefühlt und langsam luftgekühlt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Diffusionsüberzügen aus Kupferlegierungen auf Eisenlegierungen durch Feuermetallisierung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überziehenden Werkstücke in ein Metallschmelzbad aus 75 Gew.-% Cu und 25 Gew.-% Sn, das eine Temperatur von 850⁰C aufweist, in zweistufigem Bewegungsablauf eingetaucht, in jeder Stufe gehalten und danach aus dem Bad herausgeführt und gekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke zunächst gerade unter der Oberfläche des Metallschmelzbades 1 Minute lang gehalten und dann in den darunter liegenden Bereich des Bades abgesenkt und dort 15 Minuten lang gehalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min in das Bad eingetaucht, mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min in den unteren Bereich des Metallschmelzbades abgesenkt und mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min aus dem Metallschmelzbad herausgeführt werden.