DE2819856A1 - Verfahren und material zur erzeugung einer carbidschicht auf gegenstaenden aus kohlenstoffhaltiger eisenlegierung - Google Patents

Verfahren und material zur erzeugung einer carbidschicht auf gegenstaenden aus kohlenstoffhaltiger eisenlegierung

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Description

BLUMBACH · WESER . BERGEN - KRAMER
ZWIRNER · HIRSCH · BREHM
2 ο 1 3 8 5
PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN *
Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult
KABTJSHIKI KAISHA TOYOTA CHUO KENKIUSHO 78/8725
2-12, Hisakata, Tempaku-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken, Japan
Verfahren und Material zur Erzeugung einer Carbidschicht auf Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung
Beschreibung:
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und Material zur Erzeugung einer Carbidschicht auf Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Erzeugung einer borhaltigen Vanadium-, Niob-, Tantal- oder Chrom-Carbidschicht auf Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung, wobei die Gegenstände für eine ausreichende Zeitspanne in ein, die Metallkomponente der Carbidschicht enthaltendes Schmelzbad eingetaucht werden. Nach Erzeugung der oberflächigen Carbidschicht weisen die Gegenstände eine stark erhöhte Härte, verMünchen: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing.. H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. - G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
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besserte Oxidationsbeständigkeit und eine sehr glatte Oberflächenbeschaffenheit auf.
Es sind verschiedene Verfahren zur Ausbildung von Überzügen oder zur Erzeugung von Metallcarbidschichten auf der Oberfläche von Metallgegenständen bekannt geworden, beispielsweise mit den US-Patentcchriften 935 074 und 3 671 297. Bei den bekannten Verfahren wird üblicherweise ein Schmelzbad verwendet, das die Metallkomponente der Überzugsschicht in Form von Metallteilchen enthält. Diese Metallteilchen erfordern eine relativ lange Zeitspanne zur Auflösung in dem Schmelzbad; häufig verbleiben nicht-aufgelöste Metallteilchen in dem Schmelzbad und schlagen sich in oder auf der Carbidschicht nieder, so daß die Gegenstände nach dieser Behandlung eine rauhe Oberfläche aufweisen.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und sin verbessertes Verfahren und Material der oben genannten Art anzugeben.
Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung eine Carbidschicht erzeugt werden, die hohe Härte und hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist.
Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung eine dichte und gleichmäßige Carbidschicht erzeugt werden, ohne daß irgendwelche nicht-aufgelösten Metallteilchen an der Oberfläche der Gegenstände anhaften.
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Schließlich soll mit der vorliegenden Erfindung eine Carbidschicht erzeugt werden, welche eine glatte Oberfläche aufweist.
Die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe ist mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 20 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine hohe Produktivität und ergibt eine feine und gleichmäßige Carbiüschicht. Da solche Carbide wie Vanadiumcarbid ("VC), Niobcarbid (NbC), Tantalcarbid (TaC) oder Chromcarbid (CrC) eine sehr hohe Härte aufweisen, weist auch die erfindungsgemäß erzeugte Carbidschicht hohe Härtewerte auf, was zu einer überlegenen Abriebbeständigkeit führt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb besonders geeignet für die Oberflächenbehandlung von Formen, Düsen, Preß- und Stanzwerkzeugen, Zangen, Schraubenziehern, Schneidwerkzeugen, für verschiedene Teile von Werkzeugmaschinen und von solchen Kraftfahrzeugteilen, die Abrieb ausgesetzt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen mit Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen erläutert. Zu dieser Erläuterung dienen auch 4- Blatt Abbildungen mit den Pig. 1 bis 8; im einzelnen zeigen in Form graphischer Darstellungen:
Fig. 1 die zulässigen Anteile an Nb2O^ und B,C bzw. B des Schmelzbades;
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Fig. 2 die zulässigen Anteile an "bzw. B des Schmelzbades;
Pig. 3 die zulässigen Anteile an VpO1- und B.C "bzw. B des Schmelzbades;
Pig. 4 die zulässigen Anteile an VnOc und Pe-B bzw. B des Schmelzbades;
Pig. 5 die zulässigen Anteile an Ta2Oj- und bzw. B des Schmelzbades;
Pig. 6 die zulässigen Anteile an Ta2O1- und Pe-B bzw. B des Schmelzbades;
Pig. 7 die zulässigen Anteile an Cr2O, und B, C bzw. B des Schmelzbades; und
Pig. 8 die zulässigen Anteile an Cr2O.* und Pe-B bzw. B des Schmelzbades.
Allgemein gesehen bringt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung bei der Erzeugung einer Carbidschicht von V, Nb, Ta oder Cr auf der Oberfläche von Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung, wobei die Gegenstände für eine ausreichende Zeitspanne in ein die Metallkonponente der Carb idschicht enthaltendes Schmelzbad eingetaucht werden. Die erfindungsgemäße Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß Borsäure oder Borat soweit erhitzt werden, bis sie schmelzen und ein
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Schmelzbad bilden. In dieses Schmelzbad wird ein Oxid von V, Kb, Ta oder Cr und ein Bor lieferndes, Sauerstoff-freies Material eingebracht. Aus Borsäure oder Borat und den genannten Zusätzen wird ein Bad für die Behandlung der Metallgegenstände gebildet, und die Metallgegenstände in dieses Bad solange eingetaucht, bis sich eine Carbidschicht auf den genannten Metallen auf der Oberfläche der Gegenstände bildet. Diese Carbidschicht weist eine überlegene Oxidationsbeständigkeit und eine sehr glatte Oberflächenbeschaffenheit auf.
Die die Carbidschicht bildenden Elemente werden nachfolgend kurz als "Carbid-bildende Elemente" bezeichnet.
Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß sich die genannten Carbid-bildenden Elemente leicht und schnell in einem Schmelzbad aus Borsäure oder Borat auflösen, so daß es vorteilhaft erscheint, diese Carbid-bildenden Elemente in Form ihrer Oxide in ein Schmelzbad einzubringen anstelle in Form von Pulvern aus den elementaren Metallen. Andererseits wird aus einem Schmelzbad, das lediglich die genannten Oxide gelöst enthält, auf den in dieses Schmelzbad eingetauchten Gegenständen eine Carbidschicht nicht abgeschieden. Es ist deshalb erforderlich, gemeinsam mit den Oxiden der Carbidbildenden Elemente ein Bor lieferndes, Sauerstoff-freies Material in das Schmelzbad einzubringen; unter "Sauerstofffreiem" Material wird verstanden, daß dieses keinen chemisch gebundenen Sauerstoff enthält. Das Bor liefernde Material reduziert die Oxide der Carbid-bildenden Elemente, so daß nunmehr das Bad leicht eine Carbidschicht zu bilden vermag; wei-
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terhin lösen sich dadurch die Carbid-bildenden Elemente leicht in dem Schmelzbad.
Dem Verhältnis der Anteile von Bor lieferndem Material zu Metalloxiden (Anteilsverhältnis) kommt besondere Bedeutung zu. Sofern dem Schmelzbad zu viel Bor lieferndes Material zugesetzt worden ist, wird wegen überschüssigem, gelöstem Bor in dem Bad eine Boridschicht aus PeB oder Pe2B gebildet. Sofern andererseits dem Schmelzbad zu wenig Bor lieferndes Mat-erial zugesetzt worden ist, wird eine Carbidschicht nicht gebildet. Die geeigneten Werte für das Anteilsverhältnis hängen hauptsächlich von der Art und der Teilchengröße des Bor liefernden Materials ab. So hat etwa das Anteilsverhältnis niedrigere Werte, wenn als Bor lieferndes Material B.C verwendet wird, als wenn dafür Perrobor (Pe-B) verwendet wird; weiterhin werden die Werte für das Anteilsverhältnis herabgesetzt, wenn die Teilchengröße des Bor liefernden Materials verringert wird. Allgemein gesprochen liegen geeignete Werte für das Anteilsverhältnis im Bereich zwischen 7% und 40%. Das Anteilsverhältnis ist wie folgt definiert:
Anteils- Gewicht des in dem Bor liefernden Materials enth.Bors
ver- (%) = χ
hältnis Gewicht des Oxids
Sofern als Bor lieferndes Material B,C verwendet wird, wird die obere Grenze für das Anteilsverhältnis bis auf 20% herabgesetzt. Als untere Grenze für das Anteilsverhältnis ist vorzugsweise ein Wert von ungefähr 10% oder mehr vorgesehen, da bei diesem Wert die Erzeugung der Carbidschicht fortlaufend erfolgt.
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Y/eiterhin wird der geeignete Bereich für die Werte des Anteilsverhältnisses auch durch andere Behandlungsparamter beeinflußt, wie etwa die Art des Carbid-bildenden Elementes und die Behandlungstemperatur. Deshalb soll das Anteilsverhältnis in Abhängigkeit von den Behandlungsbedingungen festgelegt werden.
Die gebildete Überzugsschicht weist ein Gefüge auf, bei dem das Bor in Form einer festen Lösung in dem Carbid enthalten ist. Bei einem Anstieg des Boranteils bildet sich unter einer Carbidschicht eine weitere Schicht aus Fe-B oder Fe2B. Sofern der Boranteil den oberen Grenzwert für das Anteilsverhältnis übersteigt, wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, nämlich eine bestimmte Carbidschicht zu bilden, nicht mehr erfüllt, da dann ausschließlich eine Schicht aus Fe-B oder Fe„B gebildet wird.
Die Metalloxide und das Bor liefernde Material werden dem Schmelzbad vorzugsweise in Form von Pulver oder Flocken zugesetzt, da dadurch die Auflösung in dem Schmelzbad beschleunigt und erleichtert wird.
Der Gesamtanteil an Metalloxid und Bor lieferndem Material soll im Hinblick auf die Viskosität des Schmelzbades vorzugsweise nicht mehr als 60% des Schmelzbades betragen, da bei einem Anstieg des Gehalts an Metalloxid und Bor lieferndem Material die Viskosität des Schmelzbades ebenfalls ansteigt. Bei höheren Anteilen an Metalloxid und Bor lieferndem Material haftet das Badmaterial an den Gegenständen, so daß bei der Entnahme der Gegen-
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stände aus dem Schmelzbad auch Badmaterial aus dem Bad entfernt wird. Weiterhin kann bei einem Anstieg der Viskosität wegen der verschlechterten Pluidität des Bades eine ungleiche Temperaturverteilung in dem Schmelzbad auftreten.
Als Bestandteile für das Schmelzbad sind Borsäure (BpO.,) oder Borate, wie Natriumborat bzw. Borax (Ha2B-O7), Kaliumborat (KpB.O7) und dergleichen, sowie Gemische dieser Bestandteile vorgesehen. Borsäure und Borat dienen dazu,- das Oxid der Carbidbildenden Elemente aufzulösen und die Oberfläche der zu behandelnden Gegenstände sauber zu halten; weiterhin sind Borsäure und Borat nicht giftig und verdampfen kaum. Aus diesem Grund kann das erfindungsgemäße Verfahren an offener Luft durchgeführt werden.
Als Carbid-bildende Elemente können eines oder mehrere der nachfolgenden Elemente, nämlich Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta) oder Chrom (Cr) eingesetzt werden. Diese Carbid-bildenden Elemente werden in Form ihrer Oxide eingesetzt, also als Vanadiumoxid, beispielsweise VpO15, als Nioboxid, beispielsweise NbpO^, als Tantaloxid, beispielsweise Ta2O,,, als Chromoxid, beispielsweise CrpO^; schließlich können auch Gemische von zwei oder mehreren dieser Oxide eingesetzt werden.
Als Bor lieferndes Material können elementares Bor, Bor-Metall-Phasen und Borverbindungen eingesetzt v/erden wie etwa Perrobor, Nickelbor, Borcarbid, Bornitrid und Borhalogenide.
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Die zu "behandelnden Gegenstände bestehen aus einer kohlenstoffhaltigen Eisenlegierung; der Kohlenstoffgehalt der Eisenlegierung muß wenigstens 0,1% betragen.
Bei der erfindungsgemäßen Behandlung der Gegenstände wird der Kohlenstoff ein Bestandteil des Carbids. Im einzelnen wird angenommen, daß der in der Legierung enthaltene Kohlenstoff an die Oberfläche wandert und dort mit dem Carbid - bildenden Element reagiert, um die oberflächige Oarbidschicht zu bilden. Je höher der Kohlenstoffgehalt der Eisenlegierung ist, desto leichter wird die Carbidschicht gebildet. Auf Gegenständen aus einer Eisenlegierung mit weniger als 0,1% Kohlenstoff kann mit der erfindungtjgemäßen Behandlung eine einheitliche und dicke Carbidschicht nicht gebildet werden. Stahl und legierter Stahl sind bevorzugte Eisenlegierungen.
Vor dem Beginn der erfindungsgemäßen Behandlung ist es wichtig, die Oberfläche der Gegenstände zu reinigen, damit eine gute Carbidschicht erzeugt v/erden kann; vorzugsweise erfolgt die Reinigung zur Entfernung von Rost und Öl durch Waschung oder Spülung mit einer sauren Lösung oder einer sonstigen Flüssigkeit.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Behandlungstempera tür in einem weiten Temperaturbereich liegen, der vom Schmelzpunkt von Borsäure oder Borat bis zum Schmelzpunkt der Eisenlegierung reicht. Vorzugsweise ist eine Behandlungstemperatur
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im Bereich von 850 bis 110O0C vorgesehen. Unterhalb von 8500C ist die Viskosität des Schmelzbades so hoch, daß eine einheitliche Carbidschicht nur schwer gebildet wird. Andererseits kann mit Behandlungstemperaturen oberhalb von 110O0C bereits, die Qualität der Eisenlegierung verschlechtert werden.
Die Behandlungsdauer hängt von der Dicke der angestrebten Carbidschicht ab; vorzugsweise ist eine Behandlungsdauer von 1 bis 20h vorgesehen.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken.
Beispiel 1:
Wasserfreies Borax v/ird in einen Tiegel aus hitzebeständigem Stahl gegeben und in einem Elektroofen erhitzt, bis das Borax schmilzt, und das Bad schließlich eine Temperatur von 9500C annimmt. Unter Rühren werden nach und nach teilchenförmiges Nb0Or- und anschließend pulverförmiges B,C in das Bad eingebracht. Unter diesen Bedingungen werden Schnielzbäder verschiedener Zusammensetzung hergestellt, wobei jeweils das Anteilsverhältnis von Nb0Or- und B.C verändert wird. Die Test-
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proben bestehen aus Werkzeugstahl (JIS SK 4) und haben einen Durchmesser von 7 mm. Diese Proben werden jeweils 2 Std. lang in das Bad eingetaucht, wieder daraus entfernt und in einem Ölbad abgekühlt. Das an der Oberfläche der Proben anhaftende
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Badmaterial wird mittels heißem Wasser abgewaschen. Anschliessend werden die Proben zerschnitten und ;jeder Querschnitt mikrographisch untersucht. Das Ergebnis dieser Untersuchungen ist mit Fig. 1 dargestellt. Bei der graphischen Darstellung nach Fig. 1 ist längs der Ordinate der Nb^O^-Gehalt des Bades, längs der oberen Abzsisse der B.C-Gehalt des Bades und längs der unteren Abszisse der (aus dem B.C-Gehalt errechnete) Borgehalt des Bades. Die Symbole stehen für die Oberflächenbeschaffenheit der behandelten Proben; im einzelnen
stehen 0 für Proben mit einer NbC-Schicht;
stehen Δ für Proben mit einer Schicht aus PeB oder Pe^B; und
stehen X für Proben, an denen keine Oberflächenschicht gebildet worden ist.
Auch in den weiteren Figuren haben diese Symbole die gleiche Bedeutung.
Beispielsweise wird unter diesen Bedingungen in einem Bad mit 10% Nb3O5 und 3% B.C (= 2,4% B) eine 0,7 um dicke NbC-Schicht gebildet.
In einem Bad mit 10% Nb2O5 und 5% B.C (= 3,9% B) wird eine 0,6 pn dicke Oberflächenschicht gebildet, die aus 2 Schichten besteht, wovon die obere eine NbC-Schicht ist, und die Schicht unterhalb der NbC-Schicht aus Pe2B besteht. Mit Bädern, die 10% B4C (= 7,8% B) oder 20% B.C (= 15,6%B) enthalten, kann das der Erfindung zugrundeliegende Ziel nicht erreicht werden, da mit diesen Bädern ausschließlich Pe2B-Schichten mit einer Dicke von
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40 μια bzw. 63 ^un erhalten werden. Genau genommen bestehen die erfindungsgemäß gebildeten NbC-Schichten aus Schichten aus Nb(C,B) in denen ein Teil des Kohlenstoffs durch Bor ersetzt ist. Der Borgehalt der Schichten nimmt mit ansteigendem B^C-Gehalt des Bades zu. Alle Oberflächen der Proben sind glatt und weisen keine anhaftenden Pulverteilchen auf. In der Fig. 1 ist derjenige Zusammensetzungsbereich, der zur Bildung einer NbC-Schicht auf den Gegenständen führt, mit strich-punktierten Linien eingegrenzt; ersichtlich hat das Anteilsverhältnis von B zu Nb2O1-V/erte von ungefähr 40% oder weniger.
An den nach obigem Beispiel erhaltenen Proben mit oberflächiger NbC- Schicht sind Untersuchungen zur Bestimmung . der Haftfestigkeit der Oberflächenschicht durchgeführt worden. Im einzelnen werden die Proben an Luft 10 min lang in einen bei 550 C gehaltenen Elektroofen eingebracht, anschließend an Luft abgekühlt und diese Schrittfolge von Erwärmung und Abkühlung wiederholt. Es wird bestimmt, nach wieviel Schrittfolgen sich der Überzug von dem Gegenstand abschält. Zu Vergleichszwecken wird auch eine Vergib ichsprobe herangezogen. Diese Vergleichsprobe besteht aus dem gleichen Werkzeugstahl (JIS SK4) ; unter im wesentlichen vergleichbaren Bedingungen ist auf . dieser Probe eine 9 um dicke NbC-Schicht aufgebracht v/orden; abweichend ist ein Schmelzbad aus geschmolzenem Borat und 20% Fe-Nb-Pulver verwendet worden. Die ermittelten Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.
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Anzahl der Schrittfolgen
Vergleichsprobe erfindungsgemäße Proben
20% Fe-Nb-Pulver
Zusatz zum Borax-Bad 10% Nb2O5-PuI-
IO96 Nb2O5-PuI-
ver und 3% B.C ver und 5% B, C
40 60
100
keine Abschälung keine Abschälung keine Abschälung teilw.Abschälung teilw.Abschälung keine Abschälung
vollständige Ab- teilw.Abschälung keine Abschälung schälung
Mit zunehmender xlnzahl von Schrittfolgen verfärbt sich die Vergleichsprobe teilweise durch Oxidation der NbC-Schicht; noch bevor 60 Schrittfolgen erreicht sind, tritt eine Abscbälung der Oberflächenschicht auf; bevor 100 Schrittfolgen erreicht sind, ist die Oberflächenschicht vollständig abgelöst.
und 3% B.C behandelt
Im Vergleich dazu tritt auch bei der erfindungsgemäß behandelten Probe, die in einem Bad mit 10% Nbp worden ist, eine gewisse Abschälung auf; jedoch löst sich auch nach 100 Schrittfolgen die Oberflächenschicht nicht vollständig ab. Hieraus wird geschlossen, daß erfindungsgemäße Proben eine bessere Oxidationsbeständigkeit aufweisen. Insbesondere tritt bei derjenigen erfindungsgemäß behandelten Probe, die in einem Bad mit 10% Nb2Oj^ und 5% B.C behandelt worden ist, auch nach der 100. Schrittfolge überhaupt keine Abschälung auf.
Im wesentlichen wird das Verfahren zur Aufbringung einer NbC-schicht auf Gegenständen aus dem genannten 7/erkzeugstahl wie-
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derholt; abweichend wird anstelle von B-C als Bor lieferndes Material Ferrobor (Pe-B) verwendet.Die ermittelten Ergebnisse sind in graphischer Form mit Fig. 2 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß das Anteilsverhältnis von B : NbpOc einen oberen Grenzwert von ungefähr 38% hat. Sofern das Bad einen höheren Borgehalt aufweist, als er dem oberen Grenzwert des Anteilsverhältnisses von 38% entspricht, besteht die gebildete Schicht ausschließlich aus Fe2B.
Beispiel 2:
Im wesentlichen analog zu Beispiel 1 wird die Eignung weiterer Metalloxide zar Ausbildung von Metallcarbidschichten auf Ge-' genständen aus Eisenlegierungen untersucht; im wesentlichen wird Art und Menge der Oxide sowie der Bor liefernden Materialien variiert. In jedem Falle bestehen die Testproben aus dem oben genannten Werkzeugstahl (JIS SK A). Die ermittelten Ergebnisse sind mit den Fig. 3 bis 8 dargestellt.
Fig. 3 betrifft die Ergebnisse mit VpOj- a^-s Oxid des Carbidbildenden Elementes sowie mit B.C als Bor lieferndes Material; sofern der B-Anteil 7 bis 25% des VpOc-Anteils ausmacht, wird eine VC-Schicht gebildet. Bei einem Anteilsverhältnis von B : "VpOc- unterhalb 1% wird überhaupt keine Schicht gebildet; bei einem B-Gehalt von mehr als 38% des Vp^c-Gehaltes wird ausschließlich eine Fe^B-Schicht oder eine FeB-Schicht gebildet.
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In gleicher Weise sind mit Pig. 4 die Ergebnisse wiedergegeben, 'die mit einem Bad mit V2O1- und Pe-B erhalten werden. In diesem Palle soll der B-Gehalt 7 bis 35% des V?O[--Gehaltes ausmachen.
In analoger Weise sind mit den Pig. 5 und 6 die entsprechenden Ergebnisse für ein Schmelzbad mit Ta2Ot- als Oxid des Carbidbildenden Elementes dargestellt; Pig. 5 zeigt die Ergebnisse bei Zugabe des Bor liefernden Materials in Porm von B,C; hier soll der B-Anteil ungefähr 24% oder weniger des Ta2O1- -Anteils betragen. Pig. 6 zeigt die entsprechenden Ergebnisse bei Zugabe des Bor liefernden Materials in Porm von Pe-B; hier soll der B-Anteil 7 bis 35% des Ta20j--Anteils betragen.
Mit den Pig. 7 und 8 sind die entsprechenden Ergebnisse für ein Bad mit Cr2O5 als Oxid des Carbid-bildenden Elementes dargestellt; Pig. 7 zeigt die Ergebnisse bei Zugabe des Bor liefernden Materials in Porm von B,C; hier soll der B-Anteil ungefähr 26% oder weniger des Cr2O5-Anteils betragen. In gleicher Weise zeigt Pig. 8 die Ergebnisse für die Zugabe des Bor liefernden Materials in Porm von Pe-B; hier soll der B-Anteil ungefähr 32% oder weniger des Cr^jO^-Anteils betragen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Carbidschicht auf Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung angegeben, wobei diese Gegenstände in ein Schmelzbad aus Borixid oder Borat eingebracht werden, das zu-
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sätzlich ein Oxid des Carbid-bildenden Elementes und reaktionsfähiges Bor enthält. Es wird angenommen, daß das reaktionsfähige Bor das Metalloxid reduziert und das hierbei gebildete Metall mit Kohlenstoff aus der Eisenlegierung reagiert, um die oberflächige Carbidschicht zu bilden. Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß eine Voraussage, ob eine Reduktionsreaktion stattfinden wird oder nicht, allein auf der Basis der freien Energien der Reaktionspartner nicht möglich ist. Weiterhin kann sich das Metalloxid im Reaktionsgemisch gegebenenfalls von dem zugesetzten Metalloxid unterscheiden, woraus ebenfalls lediglich auf theoretischen Erwägungen beruhende Voraussagen erschwert werden. Demgegenüber wird nun mit der vorliegenden Erfindung ein auf zahlreichen Laborur.terBuchungen beruhendes Verfahren bereitgestellt, mittels dem einfach und genau Carbidschichten aus den genannten Metallen auf kohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen aufgebracht werden können.
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Claims (1)

  1. BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH · BREHM
    2S19856
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
    Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patenlconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult
    KABUSHIKI KAISHA TOYOTA CHUO KENKYUSHO 78/8725
    2-12, Hisakata, Tempaku-ku, Nagoya-shi,
    Aichi-ken, Japan
    Verfahren und Material zur Erzeugung einer Carbidschicht auf Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung
    Patentansprüche:
    1J Verfahren zur Erzeugung einer Carbidschicht auf Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung, wobei die Gegenstände für eine ausreichende Zeitspanne in ein, die Metallkomponente der Carbidschicht enthaltendes Schmelzbad eingetaucht werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Schmelzbad durch Erhitzung von Borsäure oder von Borat gebildet wird;
    in das gebildete Schmelzbad ein Oxid von Vanadium (V), Niob (Nb),
    München: R. Kramer Dipl.-lng. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Oipl.-Ing. · H.P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-lng. · P. Bergen Dipl.-lng. Dr. jur. . G. Zwirner Dipl.-lng. Dipl.-W.-Ing.
    809'847/0742
    ' - ORIGINAL INSPECTED
    Tantal (Ta) und/oder Chrom (Cr) eingebracht wird; und zusätzlich ein Bor lieferndes, Sauerstoff-freies Material in das Schmelzbad eingebracht wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzbad bei einer Temperatur von 850 bis 11000C gehalten;
    der Gegenstand 1 bis 20 h lang in das Schmelzbad eingetaucht
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid und das Bor liefernde Material in Form von Pulver oder Flocken in das Schmelzbad eingebracht werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtanteil an Metalloxid und an Bor lieferndem Material weniger als 60% des gesamten Schmelzbades ausmacht.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltige Eisenlegierung Stahl oder legierter Stahl ist.
    809847/0742
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Borat Natriumborat, Kaliumborat oder ein Gemisch dieser Borate ist.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid aus Vanadiumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Chromoxid oder aus einem Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Oxide besteht.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor liefernde Material elementares Bor ist.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß das Bor liefernde Material eine Borverbindung ist.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Borverbindung Ferrobor, Mckelbor, Borcarbid, Bornitrid oder ein Borhalogenid ist.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzbad der mit dem Bor liefernden Material eingebrachte Borgehalt auf 7 "bis 40 Gew.-% des Metalloxidgehaltes eingestellt wird· 809847/07A2
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Nioboxid und Borcarbid zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 40% des Nioboxidgehaltes eingestellt wird.
    13. "Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Nioboxid und Ferrobor zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 38% des Nioboxidgehaltes eingestellt wird.
    14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dsm Schmelzbad Vanadiumoxid und Borcarbid zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 25% des Vanadiumoxidgehaltes eingestellt wird.
    15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Vanadiumoxid und Ferrobor zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 35% des Vanadiumoxidgehaltes eingestellt wird.
    16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Tantaloxid und Borcarbid zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 24% des Tantaloxidgehaltes eingestellt -
    wird· 809847/0742
    2319856
    17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Tantaloxid und Ferrobor zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 35% des Tantaloxidgehaltes eingestellt wird.
    18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Chromoxid und Borcarbid zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 2ξ>% des Chromoxidgehaltes eingestellt wird.
    19. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Chromoxid und Ferrobor zugesetzt werden; und der Borgehalt auf 7 bis 32% des Chromoxidgehaltes eingestellt wird.
    20. Material zur Erzeugung einer Carbidschicht auf Gegenständen aus kohlenstoffhaltiger Eisenlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einer Schmelze aus Borsäure oder einem Borat, einem oder mehreren Oxiden der carbidbildenden Metalle V, Nb, Ta und Cr; und
    einem Bor lieferndem, Sauerstoff-freien Material besteht.
    309947/0742
    -SiS -
    21. Material nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Gesamtanteil an Metalloxid und Bor lieferndem Material weniger als 60% des Schmelzbades beträgt; und der mit dem Borlieferndem Material in das Schmelzbad eingebrachte Borgehalt 7 bis 40 Gew.-% des Metalloxidgehaltes beträgt.
    22. Material nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Bor liefernde Material
    elementares Bor, Ferrobor, Nickelbor, Borcarbid, Bornitrid oder ein Borhalogenid ist.
    809847/0742
DE2819856A 1977-05-09 1978-05-05 Verfahren zur Erzeugung einer Carbidschicht aus Chrom, Vanadin, Niob und/oder Tantal auf Gegenständen aus Stahl oder legiertem Stahl und Schmelzbad zur Durchführung des Verfahrens Expired DE2819856C2 (de)

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