DE2819856C2

DE2819856C2 - 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

Info

Publication number: DE2819856C2
Application number: DE2819856A
Authority: DE
Inventors: Tohru Toyoake Aichi Arai; Noboru Komatsu
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1986-01-09
Also published as: FR2390511B1; JPS53137835A; US4158578A; CA1098254A; FR2390511A1; GB1593958A; CH635130A5; JPS5636863B2; DE2819856A1

Description

Es sind verschiedene Verfahren zur Ausbildung von Überzügen oder zur Erzeugung von Metallcarbidschichten auf der Oberfläche von Metallgegenständen bekannt geworden, beispielsweise mit den US-Patentschriften 35 074 und 36 71 297. Bei den bekannten Verfahren wird üblicherweise ein Schmelzbad verwendet, daß die Metallkomponente der Überzugsschicht in Form von Metallteilchen enthält Diese Metallteilchen erfordern eine relativ lange Zeitspanne zur Auflösung in einem Schmelzbad; häufig verbleiben nicht-aufgelöste Metallteilchen im Schmelzbad und schlagen sich in oder auf der Carbidschicht nieder, so daß die Gegenstände nach dieser t·" Behandlung eine rauhe Oberfläche aufweisen.

Die GB-PS 14 17 367 beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung von C-Stahl und Fe-Legierungen mit > 0,05% C mit Cr-Carbid, bei dem Boratschmelzen, in denen Cr-Halogenide gelöst sind, mit Temperaturen von 700— UOO⁰C eingesetzt und die Werkstücke 10 Minuten bis 30 Stunden lang getaucht werden.

Die US-PS 39 22 405 beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung von C-Stahl und Legierungsstahl mit b5 > 0,05% C mit Carbiden von V, Nb und/oder Ta, bei dem die Werkstücke 10 Minuten bis 30 Stunden lang in eine Boratschmelze von 800 bis 1100° C getaucht werden, in der die Halogenide von V, Nb und/oder Ta gelöst sind.

Ein wesentlicher Nachteil der Verfahren der beiden letztgenannten Druckschriften liegt in der Verwendung eines Metallhalogenide. Bei den gegebenen hohen Temperaturen der Schmelzbäder entwickein sich aus den

Halogeniden schädliche, halogenhaltige Gase, die auch häufig eine Explosionsgefahr bieten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung einer Carbidschicht aus Chrom, Vanadin, Niob und/oder Tantal auf Gegenständen aus Stahl oder legiertem Stahl bereitzustellen, bei dem dichte und gleichmäßige Carbidschichten mit hoher Härte und hoher Oxidationsbeständigkeit erhalten werden und eine Explosionsgefahr aufgrund der Bildung von halogenhaltigen Gasen vermieden wird. Ferner sollen Schmelzbäder zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.

Der Gegenstand der Erfindung ist in den Patentansprüchen definiert

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine hohe Produktivität und ergibt eine feine und gleichmäßige Carbidschicht Da solche Carbide, d. h. Vanadincarbid (VC), Niobcarbid, Tantalcarbid (TaC) und 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. Außerdem zeichnen sich die erfindungsgemäß erzeugten Carbidschichten durch ihre hohe Oxidationsbeständigkeit und glatte Oberflächenbeschaffenheit aus.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen mit Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen erläutert. Zu dieser Erläuterung dienen auch 6 Blatt Abbildungen mit den Fig. 1 bis 12; im einzelnen zeigen in Form graphischer Darstellungen (F i g. 1 bis 9 und 11) bzw. photographischer Darstellungen (F i g. 10 und 12):

F i g. 1 die zulässigen Anteile an Nb2Os und B₄C bzw. B des Schmelzbades,

F i g. 2 die zulässigen Anteile an Nb2Os und Fe-B bzw. B des Schmelzbades,

F i g. 3 die zulässigen Anteile an V2O5 und B₄C bzw. B des Schmelzbades, F i g. 4 die zulässigen Anteile an V2O5 und Γ-a-B bzw. B des Schmelzbades, F i g. 5 die zulässigen Anteile an Ta₂Os und B₄C bzw. B des Schmelzbades, F i g. 6 die zulässigen Anteile an Ta2Os und Fe-B bzw. B des Schmelzbades,

F i g. 7 die zulässigen Anteile an Οτ^Οί und B₄C bzw. B des Schmelzbades und

F i g. 8 die zulässigen Anteile an Cr2Ü3 und Fe-B bzw. B des Schmelzbades,

F i g. 9 die Abhängigkeit der Dicke von VC-Schichten auf Baustahl von der Eintauchzeit,

F i g. 10 mikrophotographische Querschnittaufnahmen von Probestücken gemäß F i g. 9,

F i g. 11 die Abhängigkeit der Dicke von VC-Schichten aus Werkzeugstahl von der Eintauchzeil und

F i g. 12 eine mikrophotographische Querschnittaufnahme eines Probestücks gemäß F i g. 11.

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 Boroxid, Natriumborat, Kaliumborat oder Gemischen aus Natriumborat und Kaliumborat (nachstehend werden diese Verbindungen auch kurz als »Borsauerstoffverbindungen« bezeichnet) 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 Carbid-bildenden Elemente ein Bor lieferndes, Sauerstoff-freies Material in das Schmelzbad einzubringen; unter »Sauerstoff-freiem« Material wird verstanden, daß dieses keinon 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; weiterhin lösen sich dadurach 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 FeB oder Fe2B gebildet Sofern andererseits dem Schmelzbad zu wenig Bor lieferndes Material 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 Allteilsverhältnis niedrigere Werte, wenn als Bor lieferndes Material B₄C verwendet wird, als wenn dafür Ferrobor (Fe-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 Anteüsverhältnis im Bereich zwischen 7% und 40%. Das Anteilsverhältnis ist wie folgt definiert:

α -ι L-W ■ im \ Gewicht des in dem Bor liefernden Ma'-rials enth. Bors _4ΛΛ
Ante.lsverhaltn,s(o/o) ^{x 10}°

Sofern als Bor lieferndes Material B₄C verwendet wird, wird die obere Grenze für das Anteilsverhältnis bis auf 20% herabgesetzt. Als untere Grenze für das Anteüsverhältnis ist vorzugsweise ein Wert von ungefähr 10% oder mehr vorgesehen, da bei diesem Wert die Erzeugung der Carbidschicht fortlaufend erfolgt

Weiterhin wird der geeignete Bereich für die Werte des Anteilsverhältnisses auch durch andere Behandlungsparameter 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 Foftn eintr festen Lösung in dem Carbid enthalten ist. Bei einem Anstieg des Boranteils biidet sich unter einer Carbidschicht eine weitere Schicht aus Fe-B oder Fe2B. Soiern der Boranteil den oberen Grenzwert für das Anteüsverhältnis 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 Fe2B 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 Gegenstände aus dem Schmelzbad auch Badmaterial aus dem Bad entfernt wird. Weiterhin kann bei einem Anstieg der Viskosität wegen der verschlechterten Fluidität des Bades eine ungleiche Temperaturverteilung in dem Schmelzbad auftreten.

Als Bestandteile für das Schmelzbad sind Natriumborat bzw. Borax (Na₂B₄O?), Kaliumborat (K₂B₄Oz) sowie Gemische aus Natrium- und Kaliumborat vorgesehen. Sie dienen dazu, das Oxid der Carbid-büdenden Elemente

aufzulösen und die Oberfläche der zu behandelnden Gegenstände sauber zu halten; weiterhin sind sie nicht giftig und verdampfen kaum. Aus diesem Grund kann das erfindungsgemäße Verfahren an offener Luft durchgeführt werden.

Als Carbid-bildende Elemente werden eines oder mehrere der Elemente Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta)

oder Chrom (Cr) eingesetzt. Diese Carbid-bildenden Elemente werden in Form ihrer Oxide eingesetzt, also als

Vanadiumoxid, beispielsweise V₃O?. als Nioboxid. beispielsweise Nb^Oi. als Tantaloxid, beispielsweise TaiOj. als Chromoxid, beispielsweise als Cr₂Oj; 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 werden wie etwa Ferrobor, Nickelbor, Borcarbid, Bornitrid und Borhalogenide.

Die zu behandelnden Gegenstände bestehen aus Stahl oder legiertem Stahl; der Kohlenstoffgehalt der Stähle 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 oberfläohige Carbidschicht zu bilden. Je höher der Kohlenstoffgehalt des Stahls ist, desto leichter wird die Carbidschicht gebildet. Auf Gegenständen aus Stahl mit weniger als 0,1% Kohlenstoff kann mit der erfindungsgemäßen Behandlung eine einheitliche und dicke Carbidschicht nicht gebildet werden.

Vor dem Beginn der erfindungsgemäßen Behandlung ist es wichtig, die Oberfläche der Gegenstände zu reinigen, damit eine gute Carbidschicht erzeugt werden 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 Behandlungstemperatur in einem weiten Temperaturbereich liegen, der vom Schmelzpunkt von den Borsauerstoffverbindungen bis zum Schmelzpunkt der Eisenlegierung reicht. Vorzugsweise ist eine Behandlungstemperatur im Bereich von 850 bis 110O⁰C vorgesehen. Unterhalb von 850° C ist die Viskosität des Schmelzbades so hoch, daß eine einheitliche Carbidschicht nur schwer gebildet wird. Andererseits kann mit Behandlungstemperaturen oberhalb von 1100⁰C bereits die Qualität der Eisenlegierung verschlechtert werden.

Die Behandiungsdauer hängt von der Dicke der angestrebten Carbidschicht ab; vorzugsweise ist eine Behandlungsdauer von 1 bis 20 h vorgesehen.

Beispiel 1

Wasserfreies Borax wird 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 Nb₂Os und anschließend pulverförmiges B₄C in das Bad eingebracht. Unter diesen Bedingungen werden Schmelzbäder verschiedener Zusammensetzung hergestellt, wobei jeweils das Anteilsverhältnis von Nb₂Os und B₄C verändert wird. Die Testproben bestehen aus Werkzeugstahl (JIS SK4) und haben einen Durchmesser von 7 mm. Diese Proben werden jeweils 2 Std. lang in das Bad eingetaucht, wieder darai: entfernt und in einem ölbad abgekühlt Das an der Oberfläche der Proben anhaftende Badmaterial wird mittels heißom Wasser abgewaschen. Anschließend werden die Proben zerschnitten und jeder Querschnitt mikrographisch untersucht. Das Ergebnis dieser Untersuchungen ist mit F i g. 1 dargestellt Bei der graphischen Darstellung nach F i g. 1 ist längs der Ordinate der Nb₂O₅-GeIIaIt des Bades, längs der oberen Abszisse der B₄C-Gehalt des Bades und längs der unteren Abszisse der (aus dem B₄C-Gehalt errechnete) Borgehalt des Bades. Die Symbole stehen für die Oberflächenbeschaffenheit der behandelten Proben; im einzelnen stehen

O für Proben mit einer NbC-Schicht stehen Δ für Proben mit einer Schicht aus F eB oder Fe₂B und stehen κ 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% Nb₂Os und 3% B₄C (= 2,4% B) eine 0,7 am dicke NbC-Schicht gebildet

In einem Bad mit 10% Nb₂O₅ und 5% B₄C (= 33% B) wird eine 0,6 um dicke Oberflächenschicht gebildet die aus 2 Schichten besteht wovon die obere eine NbC-Schicht ist und die Schicht unterhalb der NbC-Schicht aus Fe₂B besteht Mit Bädern, die 10% B₄C (= 73% B) oder 20% B₄C (= 15,6% B) enthalten, kann das der Erfindung zugrundeliegende Ziel nicht erreicht werden, da mit diesen Bädern ausschließlich Fe2B-Schichten mit

einer Dicke von 40 μπι bzw. 63 μπι erhalten werden. Genau genommen bestehen die erfindungsgemäß gebildeten NbC-Schichten aus Schichten aus Nb(C₁B), in denen ein Teil des Kohlenstoffs durch Bor ersetzt ist. Der Borgehalt der Schichten nimmt mit ansteigendem B₄C-GeIIaIt des Bades zu. Alle Oberflächen der Proben sind glatt und weisen keine anhaftenden Pulverteilchen auf. In der F i g. 1 ist derjenige Zusammensetzungsbereich, der zur Bildung einer NbC-Schicht auf den Gegenständen führt, mil strichpunktierten Linien eingegrenzt; ersichtlich hat das Anteilsverhältnis von B zu Nb₂Os Werte 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 in der Überzug von dem Gegenstand abschäl;. Zu Vergleichszwecken wird auch eine Vergleichsprobe herangezogen. Diese Vergleichsprobe besteht aus dem gleichen Werkzeugstahl (JIS SK.4); unter im wesentlichen vergleichbaren Bedingungen ist auf dieser Probe eine 9 μπι dicke NbC-Schicht aufgebracht worden; abweichend ist ein Schmelzbad aus geschmolzenem Borat und 20% Fe-Nb-Pulver verwendet worden. Die ermittelten Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.

Anzahl der Vergleichsprobe erfindungsgemäße Proben

Schriitfoigcn Zusatz zum Borsx-Bsd Zusatz zum Rnrax-Rad

20% Fe-Nb-Pulver 10% NbjOs-Pulveri-nd 10% Nb₂O₅-Pulverund

3% B«C 5% B«C

40	keine Abschäl ung	keine Abschälung	keine Abschälung
60	teilw. Abschälung	teilw. Abschälung	keine Abschälung
100	vollständige Abschälung	teilw. Abschälung	keine Abschälung

Mit zunehmender Anzahl von Schrittfolgen verfärbt sich die Vergleichsprobe teilweise durch Oxidation der NbC-Schicht; noch bevor 60 Schrittfolgen erreicht sind, tritt eine Abschälung der Oberflächenschicht auf; bevor 100 Schrittfolgen erreicht sind, ist die Oberflächenschicht vollständig abgelöst.

Im Vergleich dazu tritt auch bei der erfindungsgemäß behandelten Probe, die in einem Bad mit 10% Nb2Os und iVo B4C behandelt 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% Nb2Os und 5% B₄C 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 Werkzeugstahl wiederholt; abweichend wird anstelle von B₄C als Bor lieferndes Material Ferrobor (Fe-B) verwendet. Die ermittelten Ergebnisse sind in graphischer Form mit Fi g. 2 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, dau das Anteilsverhältnis von B : Nb2U5 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 zur Ausbildung von Metallcarbidschichten auf Gegenständen 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 SK4). Die ermittelten Ergebnisse sind mit den F i g. 3 bis 8 dargestellt.

Fig.3 betrifft die Ergebnisse mit V2O5 als Oxid des Carbid-bildenden Elementes sowie mit B₄C als Bor lieferndes Material; sofern der B-Anteil 7 bis 25% des V2Os-Anteils ausmacht, wird eine VC-Schicht gebildet. Bei einem Anteilsverhältnis von B : V₂O₅ unterhalb 7% wird überhaupt keine Schicht gebildet; bei einem B-Gehalt von mehr als 38% des V2O5-Gehaltes wird ausschließlich eine FezB-Schicht oder eine FeB-Schicht gebildet

In gleicher Weise sind mit F i g. 4 die Ergebnisse wiedergegeben, die mit einem Bad mit V2O5 und Fe-B erhalten werden. In diesem Falle soll der B-Gehalt 7 bis 35% des V2Os-Gehaltes ausmachen.

In analoger Weise sind mit den F i g. 5 und 6 die entsprechenden Ergebnisse for ein Schmelzbad mit Ta2Os als Oxid des Carbid-bildenden Elementes dargestellt; F i g. 5 zeigt die Ergebnisse bei Zugabe des Bor liefernden Materials in Form von B₄C; hier soll der B-Anteil ungefähr 24% oder weniger des TajOs-Anteils betragen. F i g. 6 zeigt die entsprechenden Ergebnisse bei Zugabe des Bor liefernden Materials in Form von Fe-B; hier soll der B-Anteil 7 bis 35% des Ta₂O₅-AnteiIs betragen.

Mit den F i g. 7 und 8 sind die entsprechenden Ergebnisse für ein Bad mit Cr₂Oa als Oxid des Carbid-bildenden Elementes dargestellt; F i g. 7 zeigt die Ergebnisse bei Zugabe des Bor liefernden Materials in Form von B₄C; hier soll der B-Anteil ungefähr 26% oder weniger des Cr^-Anteils betragen. In gleicher Weise zeigt F i g. 8 die Ergebnisse für die Zugabe des Bor liefernden Materials in Form von Fe-B; hier soll der B-Anteil ungefähr 32% oder weniger des Cr2O3-Anteils betragen.

.'· Versuchsbericht

Es werden Beschichtungsversuche an unterschiedlichen Stählen bei unterschiedlichen Badtemperaturen und ); Eintauchzeiten durchgeführt.

Versuch I

Testbedingungen

' io I) Stahl: JIS S45C(Baustahl mit 0,42—0,48C; JIS - japanische Industrienorm)

'" 2) Schmelzbad: Na₂B₄O₇ + V₂O₅ (20%) + B₄C (5%) (bezogen auf das Gesamtbad)

3) Schmelzbadtemperatur: 800° C

4) Eintauchzeit: 8,16 Stunden bzw. 32 Stunden

15 Im übrigen erfolgt der Beschichtungsvorgang gemäß den Angaben von Beispiel 1. ,' Ergebnisse

Γ nUI UVlI I I UUCJlU\.n^ll W g I. IS Wl 411,11 f V^-._r\»l!l\.l(l«.ll VVyil ** fit It ^w UIUIIUMI !-.IlltUM«»!««.«.«';, -j ^a**. \*v w.h..._M«..y η..*.

y 20 7 μΐη (32 Stunden), wie aus der F i g. 9 ersichtlich ist.

Die mikrophotographischen Aufnahmen von F i g. 10 zeigen einen Querschnitt der einzelnen Probestücke.

,ν; Versuch II

^ 25 Testbedingungen

■ 1) Stahl: JIS SK.4 (Werkzeugstahl mit 0,9-1 C)

: JIS SK.H4 (Schnellstahl mit 0,7-0,85 C)

^Jl JIS S45C(Baustahl mit 0,42-0,48 C)

^V;: 30 2) Schmelzbad: vgl. Versuch I

j« 3) Temperatur des Schmelzbades: 1200°C

4) Eintauchzeit: 3,5 bzw. 10 Minuten

Im übrigen erfolgt der Beschichtungsvorgang wie in Beispiel 1.

K Ergebnisse

;" In F i g. 11 sind die Ergebnisse zusammengestellt Die einzelnen Symbole haben dabei folgende Bedeutungen:

p 40 · = SK4

I D= SK.H4

1 X= S45C

j" Beispielsweise bildet sich auf dem Probestück S45C nach lOminütiger Eintauchzeit bei 1200° C eine VC-

|j 45 Schicht von etwa 4 μίτι Dicke. Fig. 12 ist eine mikrophotographische Aufnahme, die den Querschnitt des auf

h diese Weise erhaltenen Probestücks zeigt.

I! Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, daß eine erfolgreiche Beschichtung verschiedener Stähle bei

If] unterschiedlichen Badtemperaturen und Eintauchzeiten möglich ist

50 Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer Carbidschicht aus Chrom, Vanadin, Niob und/oder Tantal auf Gegenständen aus Stahl oder legiertem Stahl, bei dem man die Gegenstände in ein durch Erhitzen von Boroxid, Natriumborat, Kaliumborat oder einem Gemisch aus Natriumborat und Kaliumborat gebDdetes Schmelzbad für eine zur Bildung der Carbidschicht ausreichende Zeitspanne eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß in das Schmelzbad ein Oxid von Vanadin, Niob, Tantal und/oder Chrom und ein Bor lieferndes sauerstofffreies Material eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzbad bei einer Temperatur von ö50 to bis 1100⁰C gehalten und der Gegenstand 1 bis 20 h lang in das Schmelzbad eingetaucht wird.

3. 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 mit weniger als 60% des gesamten Schmelzbads eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bor lieferndes Material elementares Bor verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bor lieferndes Material eine Borverbindung verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Borverbindung Ferrobor, Nickelbor, Borcarbid, bornitrid oder ein Borhalogenid verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprache 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daS im Schmelzbad der mit dem Bor liefernden Material eingebrache Borgehalt auf 7 bis 40 Gew.-% des Metalloxidgehalts eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Nioboxid und Borcarbid zugesetzt werden und der Borgehalt auf 7 bis 40% des Nioboxidgehalts eingestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Nioboxid und Ferrobor zugesetzt werden und der Borgehait auf 7 bis 38% des Nioboxidgehalts eingestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Vanadinoxid und Borcarbid zugesetzt werden und der Borgehalt auf 7 bis 25% des Vanadinoxidgehalts eingestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Vanadinoxid und Ferrobor zugesetzt werden und der Borgehalt auf 7 bis 35% des Vanadinoxidgehalts eingestellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Tantaloxid und Borcarbid zugesetzt werden und der Borpehalt auf 7 bis 24% des Tantaloxidgehalts eingestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Tantaloxid und Ferrobor zugesetzt werden und der Porgehalt auf 7 bis 35% des Tantaloxidgehalts eingestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch d, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Chromcarbid und Boroxid zugesetzt werden und der Borgehalt auf 7 bis 26% des Chromoxidgehalts eingestellt wird,

16. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Chromoxid und Ferrobor zugesetzt werden und der Borgehalt auf 7 bis 32% des Chromoxidgehalts eingestellt wird.

17. Schmelzbad zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, das durch Erhitzen von Boroxid, Natriumborat, Kaliumborat oder einem Gemisch aus Natriumborat und Kaliumborat und einem carbidbildenden Bestandteil zur Erzeugung einer Carbidschicht aus Chrom, Vanadin, Niob und/ oder Tantal erhalten worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß es als carbidbildenden Bestandteil ein Oxid von Vanadin, Niob, Tantal und/oder Chrom und zusätzlich ein Bor lieferndes sauerstofffreies Material enthält.

18. Schmelzbad nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtanteil an Metalloxid und Bor lieferndem Material weniger als 60% des Schmelzbads beträgt und der mit dem Bor liefernden Material in das Schmelzbad eingebrachte Borgehalt 7 bis 40 Gew.-% des Metalloxidgehalts beträgt.

19. Schmelzbad nach den Ansprüchen 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor liefernde Material elementares Bor, Ferrobor, Nickelbor, Borcarbid, Bornitrid oder ein Borhalogenid ist.