DE2951949A1

DE2951949A1 - Verfahren zum borieren der oberflaeche eines metallischen werkstuecks

Info

Publication number: DE2951949A1
Application number: DE19792951949
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 7056 Weinstadt Geywitz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1981-07-02
Also published as: ES497933A0; ES8201122A1

Description

"Verfahren zum Borieren der Oberfläche
eines metallischen Werkstücks" Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Borieren der Oberfläche eines metallischen Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Das Anreichern der Randschicht eines Werkstückes mit Bor durch Halten in einem Bor abgebenden Mittel bei geeigneter Temperatur (Borieren) zur Erzeugung harter und verschließfester Außenschichten ist allgemein bekannt.
Besonders gleichmäßig borierte Oberflächenschichten erzielt man durch Überziehen der zu borierenden Oberfläche mit einer dünnen Schicht einer borabgebende Mittel enthaltenden Masse und anschließendes Erhitzen in einem Gas auf die Borierungstemperatur (s.z.B. DE-AS 23 61 017). ("Pastenborieren") Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch, daß das bei der Pastenborierung zur Anwendung kommende Gas ein Edelgas, Stickstoff, Wasserstoff oder eine Formiergasmischung aus Stickstoff und Wasserstoff sein muß. Diese Gase sind zum Teil ausgesprochen teuer, müssen rein sein und man benötigt daher außer einem teuren Glühofen auch aufwendige Gaserzeugungsanlagen. Trotz der bekannten Vorzüge borierter Oberflächenschichten haben sich daher die Borierungsverfahren bei weitem nicht so durchgesetzt, wie z.B. die Gasphasen-Nitrier-, -Aufkohlungs- oder -Carbonitrierverfahren. Während Anlagen für die letzteren Verfahren, die auch mit wesentlich billigeren Gasen arbeiten, fast überall vorhanden sind, hat man vielfach den Aufwand für das Borierverfahren gescheut und statt zu borieren lieber auf die Hartverchromung zurückgegriffen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Borierverfahren zu finden, das auch in den herkömmlichen Gasphasen-Nitrier-, -Carbonitrier- oder -Aufkohlungs-Anlagen bei Verwendung der in diesen Anlagen üblichen Gase durchgeführt werden kann, ggf. mit gleichzeitigem Nitrieren, Carbonitrieren oder Aufkohlen der nicht zu borierenden Werkstückpartien.
Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.
Es ist überraschend, daß durch einfaches Abdecken der mit dem Boriermittel überzogenen Oberfläche mit an sich bekannten, die Gasdiffusion hindernden Isoliermassen eine einwandfreie Borierung in einer Aufkohlungs-, Nitrier-, oder Carbonitrieratmosphäre erreicht werden kann, zumal bisher alle Versuche, Borierungen in diesen billigen und überall vorhandenen Gasmischungen stets technisch unbefriedigende Schichten liefern, da sie von ungleichmäßiger Schichtdicke, sehr dünn und von poröser Struktur sind.
Im allgemeinen werden nur Werkstücke boriert, die völlig fertig bearbeitet sind, d.h. die bereits die Form und die Abmessungen des gebrauchsfertigen Werkstücks besitzen.
Diese Werkstücke werden gründlich gereinigt, entfettet und dann an den zu borierenden Stellen mit einer dünnen Schicht einer Bor abgebenden Masse überzogen.
Derartige Massen sind im Handel erhältlich und auch in der Literatur zahlreich beschrieben (z.B. in A.Graf von Matuschka, Borieren, Carl Hauser Verlag München, Wien 1977. Sofern die Borierungsmasse als Pulver bezogen wird, wird das Pulver vor dem Auftragen mit Hilfe von Wasser bzw. organischen Lösungsmitteln und ggf. einem anorganischen oder organischen Bindemittel (z.B. Wasserglas oder einem Harz) in eine verarbeitungsfähige Suspension gebracht. Das Auftragen der Massen kann durch Tauchen, Spritzen. Pinseln, Aufspachteln oder dgl. geschehen. Das Auftrageverfahren sowie die Konsistenz der Massen (flüssig bis pastös) richtet sich nach der gewünschten Schichtdicke. Vorzugsweise werden die Borierungsmassen aufgespritzt, weil dadurch eine besonders gleichmäßige Schichtdicke erzielt werden kann. Sobald das Lösungsmittel völlig oder so.weitgehend verdunstet ist, daß die Borierungsmasse eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt, kann die Abdeckschicht aus Isoliermasse aufgetragen werden.
Als Isoliermasse geeignet sind alle Massen, die die Gasdiffusion hindern und mit der Borierschicht keine schädlichen Reaktionen eingehen, insbesondere derartige, bereits bei den Nitrier-, Carbonitrier- oder Aufkohlungsverfahren angewendete Massen. Solche Massen, die in großer Zahl bekannt und im Handel erhältlich sind, sind im allgemeinen auf Wasserglas-, Borsäure- (Glasbildner) sowie Lehm-, Ton-oder Kaolin-Basis aufgebaut.
Es ist jedoch auch möglich, nach dem Antrocknen der Borierungsmasse als Isoliermasse einen fertigen Abdeckkörper zu verwenden, wie er z.B. in DE-PS 22 07 148 beschrieben wird, was jedoch verhältnismäßig aufwendig ist. Nach dem Antrocknen der aufgetragenen Massen werden die Werkstücke dem Diffusionsglühprozeß unterworfen, wobei sowohl Öfen für das chargenweise Glühen z.B. Haubenöfen, als auch insbesondere Durchstoßöfen für den kontinuierlichen Betrieb verwendet werden. Die Glühtemperaturen liegen je nach dem Material des Werkstückes etwa zwischen 7000C und 11000C. Die Glühdauer hängt ab von dem Material des Werkstücks, von der Dicke der zu erzeugenden Diffusionssicht und von der Temperatur. Sie liegt im allgemeinen im Bereich von 30 Minuten bis zu mehreren Stunden. Besonders gleichmäßige Diffusionsschichten erzielt man durch eine Langzeitbehandlung (bis zu 30 Stunden) bei Temperaturen im mittleren Bereich des angegebenen Temperaturinterwalls.
Da der Glühprozeß in einer Nitrier-, Carbonitrier- oder Aufkohlungsatmosphäre stattfindet, wird das Werkstück an den nicht zu borierenden Stellen gleichzeitig, je nach der angewandten Gasatmosphäre, nitriert, carbonitriert oder aufgekohlt. Das ist im allgemeinen außerordentlich erwünscht, da dadurch ein Arbeitsgang gespart werden kann. Soll jedoch das Werkstück an den nicht zu borierenden Stellen nicht oder nur teilweise nitriert, aufgekohlt oder carbonitriert werden, so werden die betreffenden Stellen ebenfalls mit Isoliermasse abgedeckt, wobei vorzugsweise die gleiche Isoliermasse verwendet wird, die auch zum Abdecken der Boriermasse benutzt wird.
Nach dem Borieren werden die Werkstücke ggf. noch einer Wärmebehandlung unterzogen sowie von der anhaftenden Isolier- und Boriermasse befreit.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt hauptsächlich bei Werkstücken aus Eisenwerkstoffen zur Anwendung. Es können jedoch auch Werkstücke aus anderen Metallegierungen eingesetzt werden1 sofern die Oberflächen die Diffusion von Bor gestatten.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann erstmals eine Borierung auch in einer Aufkohlungs-, Carbonitrier- oder Nitrieratmosphäre durchgeführt werden, wobei es von besonderem Vorteil ist, daß neben der Borierung das Werkstück gleichzeitig aufgekohlt, carbonitriert oder nitriert werden kann.

Claims

Patentanspruch Verfahren zum Borieren der Oberfläche eines metallischen Werkstücks durch Auftragen einer dünnen Schicht einer borabgebende Mittel enthaltenden Masse auf die gereinigte Oberfläche und anschließendes Erhitzen des Werkstücks in einer Gasatmosphäre auf 7000C bis 11000C dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus der borabgebende Mittel enthaltenden Masse mit einer an sich bekannten die Gasdiffusion hindernden Isoliermasse abgedeckt wird und das Erhitzen in einer Aufkohlungs-, Nitrier- oder Carbonitrieratmosphäre vorgenommen wird.