DE3029339A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung elektrisch leitenden materials durch glimmentladung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung elektrisch leitenden materials durch glimmentladung

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DE3029339A1 DE19803029339 DE3029339A DE3029339A1 DE 3029339 A1 DE3029339 A1 DE 3029339A1 DE 19803029339 DE19803029339 DE 19803029339 DE 3029339 A DE3029339 A DE 3029339A DE 3029339 A1 DE3029339 A1 DE 3029339A1
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/36Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung elektrisch
  • leitenden Materials durch Glimmentladung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Materials mit einer elektrisch leitenden Oberfläche durch eine Glimmentladungsbehandlung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen bei einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Werkstücks durch eine Glimmentladung in einer Atmosphäre mit verringertem Druck oder im Vakuum, um eine Wärmebehandlung einer elektrisch leitenden Oberfläche des Werkstücks, z. B.
  • eines metallischan Materials; vorzunehmen.
  • Ein steigendes Interesse wurde auf eine Ionenoberflächenbehandlung unter Verwendung einer Glimmentladung gerichtet, die bei hoher Temperatur in einer Gasatmosphäre erzeugt wird, die insbesondere einen Diffusionsstoff mitführt, um eine Härtung der Oberfläche eines metallischen Materials, wie z. B.
  • Eisens oder Stahls, hervorzurufen. Ein typisches Beispiel eines Verfahrens zur Ionenoberflächenbehandlung ist eine Behandlung mit ionisiertem Stickstoff, wobei eine Stickstoffgas enthaltende Unterdruck-Gasatmosphäre zur Härtung des Werkstücks verwendet wird. Beim Verfahren wird ein zu verarbeitendes Werkstück in einem Behälter angeordnet, in dem der Druck bei 1,3 . 10 1 mbar oder darunter gehalten wird.
  • Da das eine Glimmentladung verwendende Oberflächenbehandlungsverfahren an sich bekannt ist, erz sich eine ins einzelne gehende Erläuterung bezüglich der Oberflächenhehandlung aus Vereinfachungsgrünaen Ionisierte Stickstoffatome diffundieren in das Werkstück unter Härtung seiner Oberfläche. Nach dem Verfahren haben Werkstücke der gleichen Formen eine im wesentlichen gleiche Behandlungstemperatur über die ganzen Werkstücke,da das Glimmentladungsplasma die Werkstücke einhüllt. Wenn es bei bestimmten Anwendungsfällen erforderlich ist, eine Härtungsbehandlung nur auf einen gewünschten Teil der Oberfläche des Werkstücks statuessen gesamte Oberfläche zur Einwirkung zu bringen, um eine örtliche Härtung des Werkstücks zu erzielen, während man den übrigen Oberflächenbereich unverändert läßt, ist es die übliche Praxis, einen überzug zur Verhinderung einer Nitrierungsbehandlung auf den übrigen Teil auf zubringen, so daß nur der unüberzogene Teil einer Glimmentladung ausgesetzt wird.
  • Bei dem oben erwähnten Verfahren wird jedoch das gesamte Werkstück auf im wesentlichen die gleiche Tempeene ratur wie der überzog Teil erhitzt. Dies bedeutet, daß mehr Energie verschwendet wird, insbesondere wenn ein größeres Werkstück teilweise zu behandeln ist, da das Werkstück im ganzen während der Behandlung erhitzt wird.
  • Als ein Verfahren zum Erhalten örtlich unterschiedlich behandelter Schichten an einem Werkstück durch Ionenbehandlung (z. B. unterschiedlicher Tiefen und Härte) wird ein Ionenoberflächenbehandlungsverfahren in der JP-OS 6956-1972 beschrieben, nach dem eine zusätzliche Metallelektrode, die gegenüber dem Werkstück eine Anode bildet, zwischen dem Werkstück (Kathode) und der Wand des Vakuumbehälters (Anode) eingefügt und über ein Potentiometer mit dem positiven Anschluß einer Gleichstromquelle verbunden wird, so daß eine Änderuny des Potentials der Metallelektrode mittels des Potentiometers teilweise die Ionenkollisionsenergie variiert.
  • Bei dem Verfahren beispielsweise einer lonennitrierung wird die zusätzliche Metallelektrode in der Nähe des gewünschten Teils eines Werkstücks, der eine unterschiedliche Nitrierschicht erhalten soll, vorgesehen, so daß eine Potentialänderung der Metallelektrode mittels der äußeren Schaltung eine Änderung der Ionenkollisionsenergie am gewünschten Teil zur Steuerung der Menge der Stickstoffatome ergibt, die zur Diffusion in den Teil neigen, wodurch eine teilweise unterschiedlich nitrierte Schicht gebildet wird. Da die Stickstoffdiffusion im Fall eines solchen Verfahrens zur Änderung der Ionenkollisionsenergie die Stickstoffdiffusion in großem Ausmaß von der Temperatur, nicht von der Ionenkollisionsenergie abhängt, ist es sehr schwierig, die Tiefe der nitrierten Schicht teilweise zu ändern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glimmentladungsoberflächenhehandlung zu entwickeln, die geeignet ist, eine Wärmebehandlung an der gewünschten Oberfläche eines zu behandelnden Werkstücks oder Gegenstandes mit weniger Wärmeenergie zu erreichen, eine teilweise Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks mit verringerter Wärmeenergie vorzunehmen, mehrere unterschiedliche Behandlungsarten an einem Werkstück in einem einzelnen Behälter durchzuführen, f:-- -lirrmentladungsoberflächenbehandlung vorzunehmen, bei der ein Werkstück unter Änderung des Atmosphärendruci.s im Behandlungsbehälter wärmebehandelt wird, und die Behandlungstemperatur eines Werkstücks genau zu steuern.
  • Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Oberflächenbehandlungsverfahren, bei dem eine Glimmentladung zwischen einer Kathode und einer Anode einer Stromquelle zur Wärmebehandlung eines Werkstücks bei Unterdruckbedingungen erzeugt wird, wobei das eine leitende Oberfläche aufweisende Werkstück mit der Kathode verbunden ist, mit dem Kennzeichen, daß man außerdem wenigstens eine Nebenelektrode mit der Kathode verbindet und die Glimmentladung zwischen den leitenden Oberflächen des Werkstücks und der Nebenelektrode und der Anode erzeugt.
  • Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 21 gekennzeichnet.
  • Das Werkstück und die Nebenelektrode werden in solcher Weise angeordnet, dal3 das Glimmleuchten oder die Glimmlumineszenz dazwischen eingegrenzt ist und so der Behandlungseffekt durch die kombininierte Lurnineszenz beschleunigt wird.
  • Nach dem Prinzip des Glimmentladungsverfahrens gemäß der Erfindung müssen die Menge der Atome, die in das Werkstück einzudiffundieren sind, und die Diffusionstiefe unterhalb der Werkstückoberfläche genau gesteuert werden, um eine geeignete Härte und Glätte der Oberfläche des Werkstücks ohne ungünstige Wirkung auf das Werkstückmaterial selbst zu erreichen. Wenn die Oberflächenkonzentration konstant gehalten wird, spielt die Behandlungstemperatur eine wichtige Rolle. Es sei nun ein Beispiel betrachtet, bei dem ein Stahlmaterial als das zu behandelnde Werkstück und Stickstoff als das oberflächenhärtende Atom verwendet werden, was mit dem Erfordernis verbunden ist, daß die Behandlungstemneratur im Bereich von 400 - 700 °C liegen muß. Bei der aufkohlenden Oberflächenbehandlung muß die Behandlungstemperatur im Bereich von 700 - 1100 OC liegen. Wenn Bo als Diffusionselement verwendet wird, muß die Behandlungstemperatur im Bereich von 800 - 1200 OC liegen.
  • Weiter muß, wenn Schwefel als Diffusionsatom verwendet wird, die Behandlungstemperatur 150 - 600 OC sein. In dieser Weise ist die geeignete Behandlungstemperatur je nach dem Diffusionsatom und dem zu behandelnden Werkstückmaterial unterschiedlich. Aus diesem Grund stellt mn fest, daß eine geeignete Temperatursteuerung für einen besonderen Teil der Werkstückoberfläche eine örtliche Ändertlng der Werkstückoberflächeneigenschaft ermöglich. Da die Behandlungstemperatur vom Zustand der Glimmentladung abhängig ist, läßt sich eine ausgewählte örtliche Behandlung am Werkstück durch Steuerung der Glimmentladung an diesem Teil erreichen.
  • Erfindungsgemäß kann man nun eine unregelmäßige Temperaturverteilung auf der Werkstückoberfläche durch eine derartige Anordnung einer Nebenelektrode (die praktisch das gleiche Potential wie das Werkstück hat) erzielen, daß die Nebenelektrode einen ganz bestimmt ausgewählten Abstand von der gewünschten BehandlungsoberflMche des Werkstücks aufweist, wodurch eine kombinierte - nineszenz der Glimmentladung zwischen der Nebenelektrtde und der dieser zugewandten Werkstückoberfläche erzeugt wird, so daß die Oberflächentemperatur des der Nebenelektrode zugewandten Werkstücks erhoht wird. Dieses Prinzip der Temperatursteuerung basiert auf der Tatsache, daß ein gegenseitiger Interferenzeffekt zwischen der Nebenelektrode und dem Werkstück oder die kombinierte Glimmentladung einen Anstieg der Stromdichte dazwischen hervorruft. Die Erfinder nennen den gegenseitigen Interferenzeffekt "Hohlkathodeneffekt", der in einer Hohlkathode einer Hohlkathodenröhre zur Verwendung in einem Atomabsorptionsanalysator angetroffen wird. An dem Teil des Werkstücks, der der Nebenelektrode zugewandt ist, wächst die Ionisationskonzentration des Gases, und dementsprechend wirken aktive Diffusionsatome auf die Werkstückoberfläche ein.
  • Um einen optimalen gegenseitigen Interferenzeffekt zu erhalten, ist es wichtig, den Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und der Nebenelektrode zu steuern.
  • Der Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und der Nebenelektrode ändert die Fläche negativer Glimmerscheinungen auf dem Werkstück und der zugehörigen Nebenelektrode. Die Länge der negativen Glimmerschei-und nung ist je nach der Gaszusammensetzungfdem Gasdruck verschieden, und der gegenseitige Interferenzeffekt hängt hauptsächlich von der Länge der Glimmerscheinung ab. Die negative Glimmentladung ist eng mit der Lange verknüpft. Bei einem üblichen lonenoberflächenhärtunysverfahren neigt, wenn der Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und der Nebenelektrode im Bereich von 0 - 0,5 mm liegt, die Gasreaktion mit dem Werkstück zur Blockierung; dagegen wird, wenn der Abstand über 50 mm ist, die Interferenz zwischen den Glimmentladungen schwächer, wodurch der Aufheizeffekt der Strahlungswärme von der Nebenelektrode zum Werkstück bei erhöhtem Wärmeverlust der Nebenelektrode verringert wird. Aus diesen Gründen beträgt der Abstand zweckmäßig 0,5 - 50 mm, vorzugsweise 2 - 25 mm.
  • Andererseits kann für die Nebenelektrode irgendein 1eitendes Material verwendet werden, solange es keinen ungunstign Effekt auf die Oberflächenreaktion des Werkstücks ausübt. Was die Abmessung der Nebenelektrode betrifft, so ist die Oberflächenausdehnung der Nebenelektrode vorzugsweise im wesentlichen gleich der oder größer als die ausgewählte Oberfläche des Werkstücks. Jedoch versteht es sich, daß jede Nebenelektrode verwendet werden kann, die mit einer leitenden Fläche versehen ist und deren Flächenausdehnung im wesentlichen gleich der oder größer als die ausgewählte Oberfläche des Werkstücks ist.
  • Der Hohlkathodeneffekt gemäß der Erfindung ist vom Gasdruck im Behälter abhängig. Wenn der Abstand zwischen der Nehenelektrode und dem Werkstück festgelegt wird und der Gasdruck variabel ist, ändert sich die Temperatur am Werkstück nahe der Nebenelektrode in Abhängigkeit vom Gasdruck wegen des Hohlkathodeneffekts.
  • Dabei kann die Temperatur am übrigen, der Nebenelektrode nicht nahen Werkstück unverändert gelassen werden, auch wenn sich der Gasdruck ändert. Der Temperaturunterschied zwischen den Teilen auf dem Werkst hängt auch von der Gaszusammensetzung und der Form der Nebenelektrode ab. Wenn der Gasdruck außerhalb des 9e wählten Bereichs liegt, hat das ganze Werkstück eine identische Temperatur ohne unregelmäßige Temperaturverteilung, weil der Hohlkathodeneffekt nicht auftritt.
  • Daher kann die Oberflächenbehandlung für den einen oder mehrere Teile eines Werkstücks selektiv vorgenommen werden, indem man den Hohlkathodeneffekt während der Behandlungsdauer oder nur während eines ausgewählten Teils der Behandlungsdauer erzeugt, so daß nur ein ausgewählter Oberflächenteil behandelt oder das Werkstück mit einer Mehrzahl von unterschiedliche Funktionen ergebenden Oberflächen erhalten werden kann. Der Gasdruck, der von der Gaszusaimensetzung abhängt, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,13 - 13 mbar, noch bevorzugter im Bereich von 1,3 - 9,3 mbar.
  • Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Oberflächenbehandlungsverfahrens, mit einem evakuiClrbaren Ofenbehälteindeiner Gleichstromquelle, deren Anode mit dem Ofenbehälter verbunden ist und deren Kathode mit der leitenden Oberfläche zu behandelnder Werkstücke verbunden ist, mit dem Kennzeichen, daß wenigstens eine Nebenelektrode nahe jedem Werkstück und in Verbindung mit der Kathode anqeordnet ist.
  • Der Abstand beträgt zweckmäßig 0,5 - 50 mm, vorzugsweise 2 -25 mm.
  • Vorzugsweise ist jede Nebenelektrode nur einem ausgewählten Teil des Werkstücks zugewandt angeordnet.
  • Die Nebenelektrode kann hohlzylindrisch sein und den ausgewählten Teil des Werkstücks umgeben, wobei sie noch eine Öffnung aufweisen kann, deren Bedeutung sich aus der Beispielsbeschreibung ergibt.
  • Die Nebenelektrode kann auch voll zylindrisch sein und vom ausgewählten Teil des Werkstücks umgeben werden.
  • Außerdem kann die Nebenelektrode auch kappen förmig sein und den ausgewählten Endteil des Werkstücks umgeben, wobei in der Stirnfläche der Nebenelektrode eine Gasöffnung vorgesehen ist.
  • Schließlich kann die Nebenelektrode aus Kohlenstoff oder kaltgewalztem Stahl bestehen.
  • Die Erfindung gibt also eil-e Glimmentladungs-Oberflächenbehandlung nebst Vorrichtung an, womit nur die ausgewählten Teile eines Werkstücks nahe den zugehörigen Nebenelektroden oder von diesen umgeben oberflächenbehandelt werden, um unterschiedliche Behandlungen am Werkstück je nach der Lage der Nebenelektroden zu erreichen. Jede Nebenelektrode ist nahe wenigstens einem Teil des Werkstücks vorgesehen, und sowohl das Werkstück als auch die zugehörige Nebenelektrode werden mit der Kathode verbunden. Wenn eine Spannung zwischen der Kathode und der Wand des Behälters in der Behandlungsvorrichtung, die die Anode bildet, angelegt W1 Z tritt ein gegenseitiger Interferenzeffekt (der als Hoh'kethodereffekt bezeichnet wird) von negativen Glimmentladunc, zwischen dem Werkstück und der zugehörigen Nebenelektrode auf, so daß die Oberflächenbehandlung für den von der Nebenelektrode umgebenen ausgewählten TeiL des Werkstücks beschleunigt wird. Der Gasdruck im Behälter wird zur Steuerung des Hohlkathodeneffekts variiert. Beim Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung wird das Werkstück derart wärmebehandelt,daß man unterschiedlich behandelte Teile darin erzielt.
  • Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung, die entsprechend einem Oberflächenbehadlungsverfahren gemäß der Erfindung ausgeführt ist; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Nebenelektrode und des zu behandelnden metallische Materials, die in der Oberflächenbehandlun(,svorrichtung nach Fiy. 1 verwendet werden; Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse in dem Fall, wo das Oberflächenbehandlungsverfahren als ein Ionenaufkohlungsverfahren durchgeführt wird, wobei das Diagramm die Beziehung zwischen der Vickers-Härte und der Tiefe unter der Oberfläche des zu behandelnden Werkstück zeigt; Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse in dem Fall, wo das Oberflächenbehandlunqsverfahren als ein lonennitrierverfahren durchgeführt wird, wobei das Diagramm die Beziehung zwischen der Vickers-Härte und der Tiefe unter der Oberfläche des zu behandelnden Werkstücks zeigt; Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen dem Abstand von der Oberfläche des Werkstücks zur Nebenelektrode und der Temperatur an der Werkstiickoberfläche unter dem Einfluß des Hohlkathodeneffekts; Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Gasdruck und der Temperatur am ausgewählten Teil des von der Nebenelektrode umhüllten Werkstücks mit und ohne Hohlkathodeneffekt; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der Oberflächenbehandlungsvorrichtung, die entsprechend einem erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlungsverfahren ausgeführt ist, das als Karbonitrierverfahren im Glimmentladungsplasma durchgeführt wird; Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung des zu behandelnden metallischen Materials und der Nebenelektroden, die in der Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach Fig. 7 verwendet werden; Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Härte an der Oberfläche des Werkstücks, die mit der Vorrichtung nach Fig. 8 erhalten wird, und der Tiefe unter r werkstückoberfläche; Fig. 10 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Oberflächenbehand'ungsvorrichtung, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Oberflä.chenbehandlungsverfahren ausgeführt ist, das als Ionenkarbonitrierverfahren durchgeführt wird; Fig. 11 eine vergrößerte Darstellung der Montage der Werkstücke in der zur Karbonitrierung verwendeten Vorrichtung nach Fig. 10,wobei zur Klarheit nur ein Werkstück dargestellt ist; Fig. 12 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur bei dem IonenkarbonitrierVerfahren entsprechend Fig. 10; Fig. 13 ein Diagramm der Härte der Oberfläche des Werkstücks, wie sie mit der Vorrichtung nach Fig. 10 erhalten wurde, und der Härte der übrigen Werkstückoberfläche; Fig. 14A bis 14E Diagramme jeweils zur Darstellüng der Beziehung zwischen der Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur sowie dem Gasdruck; Fig. 15 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur, dem Gasdruck und dem Entladungsstrom im Fall des Aufkohlungsverfahrens in einer Glimmentladung; Fig. 16 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Härte und der Kohlenstoffkonzentration an der Oberfläche des Werkstücks, wie sie beim Aufkohlungsverfahren nach Fix.15 erhalten wurden; Fig. 17 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Werkstück in der Vorrichtung nach Fig. 10 zu behandeln ist; Fig. 18 ein Diagramm zur Darstellung der Härteverteilung einer Mehrzahl von Oberflächenteilen des im Ausführungsbeispiel nach Fig.17 behandelten Werkstücks; Fig. 19 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung, wie die Temperatur an einem Teil eines Werkstücks, der von der Nebenelektrode umhüllt ist, gemessen wird; und Fig. 20 ein Diagramm, in dem die Tiefe der gehärteten Schicht gemäß der Erfindung mit der nach einem bekannten Verfahren verglichen wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter, in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele beschrieben, doch ist die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele nicht beschränkt.
  • Beispiel 1 In Fig. 1 ist eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlungsverfahrens darUostellt, die aus einem Unterdruck- oder Vakuumofenbehäl,,r 1, zu behandelnden Werkstücken oder Gegenständen 2, eine-Gleichstromquelle 3, einem Anodenanschluß 4, einem Kathodenanschluß 5, einer Druckbombe 6 für Atmosphärengas oder Behandlungsgas, einer Gaseinlaßöffnung 7, einer Gasauslaßöffnung 8, einem Vakuubpumpensystem 9 zur Verringerung des Drucks im Behälter 1, einem zu einem Vakuummesser führenden Anschluß 10, welcher Vakuummesser den Druck im Behälter 1 erfaßt, einem optischen Pyrometer 11 zum Messen der Temperatur an der Oberfläche des Werkstücks und einer Steuereinheit 12 zur Steuerung der Glimmentladung über den Werkstücken besteht. Der Vakuumbehälter 1 selbst ist elektrisch mit dem Anodenanschluß 4 verbunden, und die Wand des Behälters 1 wird mit Wasser gekühlt, um die Erhitzung von Einrichtungen und Teilen ring * den Behälter 1 durch Strahlungshitze der Glimmentladung zu vermeiden.
  • Es soll nun eine Erläuterung für Fig. 1 in dem Fall gegeben werden, daß das Oberflächenbehandlurlysverfahren gemäß der Erfindung in einer Ionenaufkohlungsvorrichtung durchgeführt wird, in der zu behandelnde Werkstücke im Glimmentladungsplasma aufgekohlt werden. Gemäß' Fig. 2 ist nur der Teil 2a des Werkstücks 2 von ter Nebenelektrode 20 abgedeckt, um den Hohlkathodenbffekt auf dem Teil 2a zwecks Aufkohlung zu erzeugen.
  • Als Werkstück 2 wurde in diesem Ausführungsbeispiel eine Welle (14 mm Durchmesser und 100 mm Länge) aus "SCM 451"-Chrom-Molybdän-Stahl (C 0,13 - 0,18 %, Si 0,15 - 0,35 %, Mn 0,6 - 0,85 %, P 0,03 % oder weniger, S 0,03 % oder weniger, Cr 0,9 - 1,1 %, Mo 0,15 - 0,30 %) gemäß den japanischen Industrienormen (JIS) verwendet.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Welle oder das Werkstück den (oberen), eine Aufkohlung benötigenden Teil 2a von etwa 25 mm Länge und den (unteren), eine Aufkohlung benötigenden Teil 2b von etwa 75 mm Lange auf. In diesem Zusammenhang war die Nebenelektrode 20 ein leitender Kohlenstoffzylinder (NichtmetallmaWerial) von 26 mm Innendurchmesser, 30 mm Länge und 1,5 mm Wanddicke.
  • Die Elektrode 20 wies einen Abstand von 6 mm gecgenkiber der Oberfläche des Werkstücks 2 auf.
  • Beim Rufkohlungsverfahren wurde zunächst der Druck im Vakuumbehälter 1 auf 1,3 . 10 2 mbar verringert, und man führte dann Wasserstoff- und Methangas in den Behälter ein, wobei der Druck im Behälter bei 4 mbar gehalten wurde. Man legte eine Gleichspannung zwischen 400 und 1000 V an, so daß eine Glimmentladung auftrat und nur der Teil 2a des Werkstücks 2 30 min auf 850 OC erhitzt wurde. Dann schreckte man das Werkstück 2 ah oder härtete es und untersuchte es hinsichtlich seiner Härte. Die Ergebnisse sind in der Fig. 3 gezeigt, in der die Kurve A die Härteverteilung des Teils 2a (Behandlungsteils) des Werkstücks 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und die Kurve B diejenige des Teils 2b (Nichtbehandlungsteiis) darstellen. Man ersieht aus Fig. 3, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhitzte und gehärtete Teil 2a eine geartete Schicht aufweist, die bis zu etwa 1 mm unter der Oberfläche des Werkstücks reicht und deren Härte über Hv 513 (Vickers-Härte) liegt. Dies ist so, weil da Kohlenstoffatome in die Oberfläche des Wo vstücks unter Bildung einer kohlenstoffhaltigen Schic. unterschiedlicher Tiefenkonzentration eindiffundiert werden, die Härte in Abhängigkeit von der Tiefe unter Oberfläche variiert. Andererseits variiert für die Kurve B des Nichtbehandlungstells 2b die Härte nicht mit der Tiefe unter der Oberfläche des Werkstücks, sondern hat einen kcnstanten Wert von Hv 160 (Vickers-Härte).
  • Die Härte von Hv 160 ist die gleiche wie die des weichgekühlten '2SCM 21Stahls. Dies führt zu dem Ergebnis, daß erfindungsgemäß eine Aufkohlungsbehandlung am örtliegen Behandlungsteil 2a erzielt, am Nichtbehandlungsteil 2b dagegen nicht erzielt wird. Der Versuch zeigte außerdem, daß der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche Energieverbrauch nur etwa die Hälfte dessen beträgt, der benötigt wird, wenn das ganze Werkstück bei seiner Behandlungstemperatur behandelt wird, so daß erfindungsgemäß eine beträchtliche Einsparung der Wärmeenergie ermöglicht wird.
  • Beispiel 2 Eine Welle (100 mm Durchmesser und 2000 mm Länge) aus "SCM 4"-Chrom-Molybdin-Stahl (JIS) (entsprechend AISI 4140) als Werkstückprobe wurde im Glimmentladungsplasma innerhalb einer dem Ausführungsbeispiel 1 ähnlichen Oberflächennitriervorrichtung nitriert. Bei diesem Versuch wird angenommen, daß die Welle nur an ihren beiden Enden und im mittleren Teil nur über eine Erstreckung von 1000 mm nitriert werden mußv da die zu nitrierenden Teile Lager kontaktieren ur* deshalb einen höheren Abriebwiderstand benötigen, wogegen die übrigen Teile wegen ihrer leichten Maschinenbearbeitbarkeit nicht nitriert werden sollen. Nebenelektroden werden ringsum die zu nitrierenden Teile der Welle im Abstand von 6 mm zu deren Oberfläche angeordnet. In diesem Fall besteht jede Nebenelektrode aus einem Zylinder (120 mm Höhe und 112 mm Innendurchmesser), der aus einer 10 mm dicken, kaltgewalzten "SPCC"-Stahlplatte (JIS) geformt wurde.
  • Beim Nitrierverfahren wurde zunächst der Druck im Vakuumbehälter 1 auf 1,3 . 10'2 mbar verringert, und dann speiste man Wasserstoff- und Stickstoffgas in den Behälter 1 ein, um den Behälterdruck auf 4 mbar zu halten. Man legte eine Gleichspannung im Bereich von 400 bis 1000 V an, so daß Glimmentladung auftrat und nur die zu nitrierenden Teile der Welle 20lsh auf 550 0c erhitzt wurden.
  • Die Härte der erhaltenen Welle ist in Fig. 4 dargestellt, in der die Kurve C die Härte der nitrierten Teile und die Kurve D diejenige des übrigen Teils, d. h.
  • der nichtnitrierten Teile darstellen. Man stellt in Fig. 4 leicht fest, daß die Härte der nitrierten Teile von ihrer Oberfläche (Hv 750) bis zur Tiefe von 0,6 mm unter der Oberfläche variiert, d. h. abfällt, während die übrigen Teile, d. h. die nichtnitrierten Teile, eine konstante Härte von Hv 320, d. h. einen Wert nach dem Tempern der "SCM 4"-Stahlwelle aufweisen, die nicht zu nitrierenden Teile also tatsächlich nicht nitriert waren. Es war somit möglich, die nichtnitrierten Teile nach der Behandlung leicht spanabhebend zu bearbeiten. In dieser Weise können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die ausgewählten Teile des Werkstücks allein nitriert werden, ohne daß eine Nitriet handlung am Rest des Werkstücks erfolgt.
  • mit einem Ausführungsbeispiel eines Oberflächenbiiad1un.averfahrens erläutert werden, bei dem die Oberflächenbehandlung unter Steuerung des Gasdrucks im Behälter durchgeführt wird. Wie schon weiter oben beschrieben wurde, hängt der Hohlkathodeneffekt vom Abstand zwischen der Nebenelektrode und dem zugehörigen Werkstück und vom Gasdruck im Behälter ab. Die Beziehung zwischen dem Abstand und der sich aus dem Kohlkathodeneffekt ergebenden Temperatur hängt stark von der Zusammensetzung des in den Behälter eingeführten Gases, dem Gasdruck, den Formen der zu behandelnden Werkstücke und dem Material und den Formen der Nebenelektroden ab. Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem der Gasdruck festliegt. Nach der gleichen Figur wird der von der zugehörigen Nebenelektrode umgebene Teil des Werkstücks anf 600 OC erhitzt, +) Beispiel 3 Die Erfindung soll nun in Verbindung wenn der Abstand zwischen dem Werkstück und der Nebenelektrode im Bereich von 0 - 0,5 mm liegt, und hat so im wesentlichen die gleiche Temperatur wie die für die übrigen Glimmflächen des Werkstücks. Wenn der Abstand von 0,5 mm anwächst, steigt die Temperatur an dem von der Nebenelektrode umgebenen Teil schroff an. Wenn der Abstand im Bereich von 2 - 5 mm liegt, hat der von der Nebenelektrode umgebene Teil eine Spitzentemperatur.
  • Bei einem Abstand zwischen 2 und 5 mm erreicht die Temperatur an dem Teil des Werkstücks, der von der tief benelektrode umgeben und direkt unter dieser ist, über etwa 1000 OC und ist etwa 400 OC höher als die auf dessen anderen Glimmentladungsflächen. Wenn der Abstand weiter steigt, geht der Temperaturunterschied zwischen diesem Teil des Werkstücks und dessen anderen Glimmflächen allmählich zurück. Wenn der Abstand etwa 50 mm wird, ist die Temperatur dieses Teiles im wesentlichen die gleiche wie die der übrigen Glimmentladungsflächen.
  • Es soll nun der Gasdruck näher betrachtet werden. Der Gasdruck muß einen geeigneten Wert in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis des Gases und von der Eigenschaft des zu behandelnden Werkstücks haben. Beispielsweise ist in dem Fall, wo nur der ausgewählte Teil eines Werkstücks hauptsächlich in einem tieferen oder stärkeren Ausmaß auf der Basis eines typischen Karbonitrierverfahrens aufgekdhlt werden muß, die Beziehung zwischen der Temperatur des stark auf zukohlenden Teils des Werkstücks und dem Gasdruck in Fig. 6 dargestellt, wo die Kurve 6a die durch den Hohlkathodeneffekt gesteigerte Temperatur und die Gerade 6b die Temperatur im Fall ohne Hohlkathodeneffekt darstellen. In diesem Beispiel wird eine Welle von 25 mm Durchmesser und 250 mm Länge als Werkstück verwendet, und eine stark aufkohlende Behandlung muß auf die Teile des Werkstücks angewandt werden, deren Erstreckung 40 mm von dessen Enden beträgt, da die Teile zum Eingriff mit Kugellagern vorgesehen sind. Der Teil außerhalb de stark aufzukohlenden Teile der Welle erfährt eine übliche, d. h. normale Tiefe einer Karbonitrier- oder Nitrierabehandlung, mit der eine Verbesserung der Dauerfestigkeit bezweckt wird. Hierbei umgibt jede zylindrische Nebenelektrode (31 mm Innendurchmesser, 40 mm Länge und 4 mm Wanddicke) jeden stark aufzukohlenden Teil der Welle. Die Temperatur des Teils der Welle außerhalb der stark auf zukohlenden Teile wird auf 600 OC gehalten, u- rms ist eine Mischung aus Wasserstoff-, Argon- Uslo Methangas.
  • Wenn der Gasdruck während des Verfahrens unter 0,65 mbar gehalten wird, hat der von der Nebenelektrocie umgebene Teil praktisch die gleiche Temperatur wie der Rest der Welle. Wenn der Gasdruck über 0,65 mbar gehalten wird, weist der von der Nebenelektrode umgebene Teil des Werkstücks eine höhere Stromdichte der Glimmentladung als dessen Rest auf, was dazu führt, daß der von der Nebenelektrode umgebene Teil höher als dessen Rest erhitzt wird. Dabei wird, wenn der Gasdruck beispielsweise bei etwa 2,7 mbar gehalten wird, die Temperatur des von der Nebenelektrode umgebenen Teils etwa 320 OC höher als die des übrigen Bereichs des Werkstücks.
  • Werkstücke 2, die sie in Fig. 8 gezeigt sind, wurden in der Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach Fig. 7 angeordnet, die gegenüber derjenigen nach Fig. 1 für das Karbonitrierverfahren modifiziert wurde. Bei diesem Versuch war eine stark härtende Behandlung für die Teile 2a und 2c des Werkstücks erforderlich, das an den Teilen 2a und 2c von Nebenelektroden 20 umgeben war, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
  • Als Werkstück 2 wurde eine Welle aus "SCM 451-Chrom-Molybdän-Stahl (JIS) '15 - 20 mm Durchmesser und 205 mm Länge) verwendet. Wie Fig. 8 zeigt, liegen die eine starke Härtung erfordernden Teile im mittleren Bereich (von 25 mm Länge) der Welle und am Teil (von 25 mm Länge) von deren einem Ende aus. Der restliche Teil her Welle erfährt eine übliche Karbonitrierbehandlung (Diffusionstiefe in der Größenordnung von 0,05 mm). Die Nebenelektroden 20 bestanden aus SUS 304"(JIS) und hatten einen Abstand von 3 mm zur Welle.
  • Beim Karbonitrierverfahren wurde zunächst der Druck im Vakuumbehälter 1 unter 1,3 . 10-2 mbar verringert, und man führte Stickstoff-, Wasserstoff- Methan- und Argongas in den Behälter ein, um den Behälterdruck auf 1,3 mbar zu halten. Es wurde eine Gleichspannung zwischen 400 und 1000 V angelegt, so daß eine Glimmentladung auftrat und die Welle bei 600 OC 4,5 h karbonitriert wurde.
  • Unter diesen Bedingungen war die Temperatur der von den Nebenelektroden 20 umgebenen Teile praktisch die gleiche wie die des Rests der Welle 2.
  • Anschließend wurde der Gasdruck auf etwa 5,3 mbar erhöht, und man führte eine zusätzliche Behandlung der Welle für weitere 30 min unter Absaugen des Methangases durch. Dabei wurden die von den Nebenelektroden umgebenen Teile auf 900 OC und der Rest der Welle auf 600 °C (eingestellte Temperatur) erhitzt. Danach wurde die Welle abgeschreckt, und die Härte unter deren Oberfläche wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Fig. 9 gezeigt, wo die Kurven E und F die Härte der von den Nebenelektroden umgebenen Teile und die Kurve G diejenige des Rests der Welle darstellen . Man erkennt in Fig. 9 ohne weiteres, daß die Härte der Teile 2a und 2c, die durch Ändern des Gasdrucks nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stärker erhitzt wurden, d. h. entsprechend den Kurven E und Ffwenigstens Hv 513 von der Oberfläche der Teile bis in eine Tiefe von 1,1 - 1,2 mm beträgt, während die Härte des Rests der Welle, d. h. entsprechend der Kurve G,im Bereich von 0 (Oberfläche) bis in eine Tiefe von 0,2 mm praktisch gleich ist. Insbesondere wurden, da die von den Nebenelektroden umgebenen Teile 2a und 2c auf 900 OC erhitzt wurden (welche Temperatur im Austenitbereich des Stahls liegt), Kohlenstoffatome tief in diese Teile unter Bildung einer start nl7fqekohlten Schicht eindiffundiert. Mit anderenrtlfc ~en zeigen die Kurven E und F die Beziehung zwischen a-r Konzentration der Kohlenstoffatome, die unter die Oberflächen der Teile eindiffundiert wurden, und der Tiefe unter den Oberflächen. Andererseits sind, da der übrige Teil der Welle auf eine niedrigere Temperatur von 600 OC (die im Ferritbereich des Stahls liegt) erhitzt wurda, die Festlösungsgrenzen des Stickstoffs und Kohlenstoffs niedrig, und daher ist die Diffusionsrate gering, was zu einer sehr flachen karbonitrierten Schicht führt.
  • In dieser Weise können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Werkstücke aus metallischem Material so behandelt werden, daß an deren verschiedenen Teilen unterschiedliche Behandlungen kontinuierlich erzielt werden,um unterschiedliche Oberflächeneigenschaften oder Funktionen im Behälter zu ergeben, was eine bemerkenswerte Einsparung an zum Erhitzen erforderlicher Energie ermöglicht.
  • Beispiel 4 In diesem Beispiel wird die Erfindung für den Fall erläutert, wo der Teil eines Werkstücks auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, um eine stark karbonitrierte Schicht zu bilden, und außerdem zur zusätzlichen Härtung abgeschreckt wird.
  • In den Fig. 10 und 11 ist eine Oberflächenbehand7ungsvorrichtung dargestellt, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Karbonitrierprozeß ausgeführt ist, wobei die Vorrichtung eine an einer kappenförmigen Nebenelektrode 20 vorgesehene Gasöffnung 13, einen Aufbau 14 zur Aufnahme eines Kathodenanschlusses 5, einen Sperrteil 15 am Werkstück 2, das in diesem Beispiel eine Anlasserwelle ist, einen Wellenteil an der Anlasserwelle 2 und einen Verkeilungsteil 17 an der Anlasserwelle 2 umfaßt.
  • Gemäß Fig. 10 wurde die Anlasserwelle 2 in einem Behälter 1 angeordnet' man evakuierte die Luft im Behälter 1 bis zu einem Druck unter 1,3 . 10 2 mbar und führte das Behandlungsgas in den Behälter 1 ein, um die Atmosphäre oder den Gasdruck im Behälter bei 6,7 mbar zu halten. Das Behandlungsgas bestand aus Stickstoff (50 %), Methan (3 %) und Wasserstoff (Rest). Dann wurde eine Gleichspannung zwischen 300 und 1500 V angelegt, um eine Glimmentladung zu erzeugen. Die Verfahrerisabfolge oder das Verfahrensmuster folgte Fig. 12, d. h. während der ersten 40 Minuten und der letzten 20 Minuten der Karbonitrierbehandlung von 5 h bei 850 OC bzw. dazwischen bei 600 OC wurde der Gasdruck von 6,7 auf 4 mbar gesenkt.
  • Die Verringerung des Gasdrucks ergab eine Glimmentladung mit gegenseitigem Interferenzeffekt zwischen dem Sperrteil 15 der Anlasserwelle 2 und der Nebenelektrode 20, wodurch der Sperrteil auf etwa 850 OC, d. h. eine wesentliche Aufkohlungstemperatur erhitzt wurde. Jedoch lagen, auch wenn der Sperrteil 15 auf etwa 850 OC erhitzt wurde, die übrigen Teile der Anlasserwelle 2, d. h. der Verkeilungsteil 17 und der Wellenteil 16 bei etwa 600 OC und wurden so karbonitriert. Die Behandlungstemperatur und der Gasdruck wurden gesteuert und mittels einer Steuertafel gemessen.
  • Nach Vollendung des obigen Karbonitrierver rens wurde der Sperrteil 15 einer InduktionswärmebehanRluna (230 kHz) bis zu 930 OC (Maximum) unterworfen und dann mit Wasser abgeschreckt. Anschließend wurde die Anlasserwelle 1 h bei 180 OC getempert oder angelassen. Die Härte der so erhaltenen Anlasserwelle ist in Fig. 13 gezeigt, in der die Kurve 13a die Härte deren Sperrteils 15 und die Kurve 13b diejenige des WellenteilsS6darstellen.
  • Nachdem der Sperrteil aufgekohlt und abgeschreckt war, wurdendie effektive Tiefe von 0,7 mm fürdessen gehärtete Schicht und die effektive Tiefe von 0,3 mm für den karbonitrierten Teil außerhalb des Sperrteils erhalten.
  • Die Fig. 14A bis 14- zeigen, wann und wie lange der ausgewählte Teil der Anasserwelle örtlich erhitzt wird, um eine Karbonitrierbehandlung (jedoch im wesentlichen Aufkohlungsbehandlung) hoher Kohlenstoffkonzentration im Lauf der gesamten Behandlungszeit des Karbonitrierverfahrens zu erreichen. Nach Fig.14A wird die Aufkohlung zu Beginn der Karbonitrierverfahrensdauer durchgeführt. Bei der Behandlung nach Fig. 14A ist die gewünschte Oberflächenhärte des erhaltenen gehärteten Teils manchmal unzureichend, da der nachfolgende Karbonitrierschritt eine tiefe mS tung der schon in der Nähe der Oberfläche des Teils während des ersten Behandlungsschritts eindiffundierten Kohlenstoffatome verurssacht, so daß die Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche gesenkt wird. Fig .14B zeigt ein Beispiel, wo die Aufkohlung im letzten Abschnitt des Karbonitrierverfahrens vorgesehen ist. Bei der Behandlung nach Fig. 14B wird die Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Härtungsteils übermäßig hoch, und so ergibt die Induktionsabschreckung manchmal eine unerwünscht hohe Kohlenstoffkonzentration in diesem Teil (im Gegensatz zu dem Fall nach Fig. 14A). Nach Fig. 14C erfolgt die Aufkohlung im letzteren Teil oder in der letzteren Stufe des Karbonitrierverfahrens, worauf eine geeignete Kohlenstoffdiffusionsperiode folgt.
  • Fig. 14D zeigt ein Beispiel, wo die Aufkohlung mit Unterbrechungen pulsierend im Lauf des Karbonitrierverfahrens durchgeführt wird. Fig. 14E zeigt ein Beispiel, wo die Aufkohlung zu Beginn und am Ende des Karbonrtrierverfahrens vorgesehen ist. Um die Kohlenstoffkonzentration von der Oberfläche zum Inneren des ausgewählten Teils eines Werkstücks möglichst gleichmäßig zu machen, ist die Verwendung der Behandlungsmuster nach +) Fig. 14E vorzuziehen.
  • +) Fig. 14 C - Die Tempertemperatur nach der Induktionsabschreckung soll möglichst im Bereich von 130 - 300 OC liegen.
  • Dies verursacht einen Zerfall des Restaustenits aufgrund der Induktionsabschreckung mit einer gewünschten Härteverteilung. Eine örtliche oder teilweise Oberflächenabschreckung der karbonitrierten Schicht hoher Kohlenstoffkonzentration, die durch das Karbonitrierverfahren gebildet ist, kann durch eine geeignete Lasereinrichtung oder durch Anordnen in einem geeigneten Kühlmittel nach der Behandlung anstelle der Induktionsabschreckung erfolgen.
  • Beispiel 5 Bei der Ionenaufkohlungsoberflächenbehandi - mit der Verwendung von Nebenelektroden sind die Beharil mgstemperatur, die Behandlungsdauer und die Verteilung Kohlenstoffkonzentration unter der Oberfläche eines Werkstückmetalls wichtige Faktoren. Im einzelnen kann beim Ionenaufkohlungsverfahren der zu behandelnden Werkstücke mit der Nebenelektrode der ausgewählte Teil des Werkstücks leicht aufgekohlt werden, um eine tief aufgekohlte Schicht in nur kurzer Zeit zu bilden. Jedoch verursacht die Erhitzung des ausgewählten Teils auf eine hohe Temperatur für lange Dauer eine Steigerung der Kristallgröße und eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Das gleiche gilt für ein behanntes Verfahren'z. B. ein Gasaufkohlun gverfahren.
  • Wenn jedoch das Werkstück ein übermäßiges Kohlenstoffpotential aufweist, hat der aufgekohlte Teil ein anormales Gefüge, in welches Zementit wie ein weißes Netzwerk ausgeschieden ist, was zur Bildung einer spröden aufgekohlten Schicht führt.
  • Da eine übermäßige Aufkohlung durch zu starke Zufuhr von Kohlenstoffatomen, Höchtemperaturbehandlung, die die Eignung zur festen Lösung von Kohlenstoff steigert, und anschließende Abschreckung, die zur Senkung der Festlöslichkeit und zur Ausscheidung von Kohlenstoff an den Korngrenzen führt, entsteht, kann das Werkstück mit normalen Oberflächeneigenschaften oder normaler Oberflächenhärte durch Änderung der Gaszusammensetzung zwecks Verringerung des Kohlenstoffbestandteils und Steuerung der Aufkohlung und anschließendeqDiffusionstemperatur erzeugt werden.
  • Ein wirksames Aufkohlungsverfahren für einen Stahl umfaßt die Schritte der Aufkohlung bei hoher Temperatur (über 900 OC), bei der die Festlöslichkeit von Kohlenstoff im Stahl hoch ist, und des anschließenden gleichmäßigen Diffundierenades Kohlenstoffs in den Stahl. Hierzu sind eine Hochtemperaturaufkohlung kurzer Dauer und ein anschließender Diffusionsprozeß unter 900 OC erwünscht, wodurch eine Kornvergröberung, die zur Sprödigkeit führt, verhindert wird. Jedoch ist nach. einem bekannten Gasaufkohlungsverfahren mit einer Heizeinrichtung, wie z. B. einem Brenner und einer Flamme aus einem verbrennbaren Gas, da es schwierig ist, schnell eine bestimmte hohe Temperatur zu erreichen und diese Temperatur für kurze Zeit genau zu halten, die Verfahrensweise derart, daß eine verhältnismäßig lange Zeit dauernde Behandlung bei etwa 900 OC durchgeführt wird, bei .der eine Vergröberung der Kristallkörner auftritt.
  • Bei einem Oberflächenbehandlungsverfahren bei dem Nebenelektroden zur Erzeugung einer Entladung mit Hohlkathodeneffekt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden, wird der Gasdruck variiert, um die Menge der in den Behälter eingeführten Kohlenstoffatome genau zu steuern und dadurch einen Hochtemperaturaufkohlungsprozeß unter genauer Steuerung der Menge des in den gewünschten Teil eines Werkstücks eindiffundierten Kohlenstoffs zu erzielen, wodurch die oben erwähnten Nachteile beim bekannten Verfahren beseitigt werden.
  • Um eine Aufkohlung der ausgewählten zwei Teile einer kaltgewalzten Anlasserwelle aus "SCM 415 (ir"! sur Bildung harter Teile auf der Basis des Prinzip ach Fig. 6 zu erzielen, wurde die Anlasserweile zusai.en mitjter zugehörigen Nebenelektrode in den Vakuumbehälter eingebracht, wobei das Werkstück, d. h. die Anlasserwelle, und 3Mb Nebenelektrode mit dem Kathodenanschluß und die Wand des Behälters mit dem Anodenanschluß verbunden wurden, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Die Aufkohlung und die Diffusion wurden für die Anlasserwelle abwechselnd nach der Behandlungsabfolge entsprechend der Fig. 15 vorgesehen. Die Nebenelektrode hatte Zylinderform und bestand aus Graphit, wobei der Abstand zwischen der Anlasserwelle und der zugehörigen Nebenelektrode 6 mm betrug. Der Gasdruck wurde während der Aufkohlung bei 4 mbar und während der Diffusion bei 5,3 mbar gehalten. Die Aufkohlungs und piffusionsvorgänge ließ man jeweils fünfmal abwechselnd ablaufen.
  • Die Dauer eines Aufkohlungsvorganges wurde auf 3 min eingestellt, und dessen Gesamtdauer betrug 60 min. Die so aufgekohlte Welle wurde im Behälter abgekühlt und mittels der Induktionserhitzung mit nachfolgendem Abschrecken gehärtet. Die erhaltene Welle wurde an ihrem aufgekohlten Teil durchgeschnitten, und man schliff oder polierte den Querschnitt des abgeschnittenen Teils.
  • Das Gefüge der Schnittfläche in der Nähe der Oberfläche wurde beobachtet.
  • Außerdem wurde der Schnittstellenquerschnitt der Welle bezüglich der Härteverteilung unter der Oberfläche unter Verwendung eines Mikro-Vickers-Härteprüfers und bezüglich der Kohlenstoffkonzentrationsverteilung unter der Oberfläche unter Verwendung eines E.P.M.A." gemessen. Als Ergebnis war die aufgekohlte Schicht, d. h. der ausgewählte Teil der Welle, vollkommen aus Martensitgefüge, und man beobachtete keine übermäßig aufgekohlte oder entkohlte Schicht. Die Versuchsergebnisse sind in der Fig. 16 angegeben. In Fig. 16 stellen die ausgezogene Kurve I die Kohlenstoffkonzentration und die gestrichelte Kurve H die Härte dar. Es ist aus Fig. 16 ersichtlich, daß die Kohlenstoffkonzentration an der Oberfläche 0,83 % ist und daß die diffundierte Schicht eine Tiefe von 0,8 mm erreicht.
  • Der Induktions-Abschreckungs- oder Härtungsschritt liefert eine Oberflächenhärte von Hv 900, und die wirksame Tiefe der gehärteten Schicht (Hv > 550) ist 0,65 mm.
  • Wie im Vorstehenden beschrieben wurde, ist das Eisenbehandlungsverfahren gemäß der Erfindung sehr nützlich, insbesondere als ein Schnellaufkohlungsverfahren, bei dem ein Werkstück bei hoher Temperatur behandelt wird. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auf einen weiten Behandlungsbereich einschließlich eines Karbonitrierverfahrens und eines Nitrierverfahrens anwenden, bei dem Werkstücke im Glimmentladungsplasma behandelt werden. Außerdem kann der Hochfrequenzhärtungsschritt mit einer geeigneten Lasereinrichtung oder durch Eintauchen des Werkstücks in ein geeignetes Kühlmittel durchgeführt werden.
  • Beispiel 6 Dieses Beispiel bezieht sich auf ein Oberflächenbehandlungsverfahren, bei dem eine Mehrzahl von Behandlungsarten kontinuierlich ablaufen, um ein Werkstück mit einer Mehrzahl von Oberflächenteilen mit unterschiedlichen Eigenschaften oder für unterschiedliche Funktionen oder Zwecke zu erzeugen. Nach diesem Verfahren wird ein Teil des Werkstücks dem Karbonitrierprozeß zur Bildung einer tief gehärteten Schicht hoher Kohlenstoffkonzentration unterworfen, ein anderer Teil wird dem Karbonitrierprozeß zur Bildung einer flachen Karbonitrierschicht unterworfen, und noch ein anderer Teil wird einem Schwefelnitrierverfahren unterworfen.
  • Das Werkstück 2 ist eine kalt geschmiedete Getriebewelle aus 'ESCM 451" (JIS) wie sie in Fig. 17 dargestellt ist. Gemäß dieser Figur muß ein Sperrteil 15 eine tief gehärtete Schicht aufweisen, da er einem Blasabrieb ausgesetzt ist. Ein innerer Getriebeteil 21 und ein Wellenteil 16 werden unter 600 OC behandelt, um darauf Karso bonitrierschichten zu bilden und/die Abrieb- und Dauerfestigkeit zu verbessern, ohne die durch das Kaltschmieden erreichte Festigkeit zu verlieren. Außerdem wird in einem letzten Verfahrensschritt der innere Getriebeteil 21 der Schwefelnitrierbehandlung unterworfen, um eine Paßeignung, die in einem frühen Reibungsstadium benötigt wird, und die Abriebfestigkeit zu erhalten. Die Werkstücke werden im Behälter, wie in Fig. 10 eiqt, zusammen mit den Nebenelektroden 20 und 20' besonderer Form angeordnet, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Die Form der Nebenelektrode 20, die dfn Sperrteil 15 umgibt, entspricht der Form der Nebenelektrode 20 in Fig. 11 mit Gasöffnungen 13 in der Stirnfläche. Die dem Getriebeteil 21 zugeordnete Nebenelektrode 20' ist zylindrisch und innerhalb des zylindrischen Getriebeteils 21 angeordnet. Die Werkstücke und die Nebenelektroden werden mit der Kathode verbunden, und die Behälterwand wird mit der Anode verbunden. In einer eine Gaszusammensetzung für das Karbonitrieren enthaltenden Atmosphäre wird die auf dem Hohlkathodeneffekt basierende Entladung am Sperrteil 15 unter Aufrechterhaltung von 850 OC während 40 min bewirkt. Dann ändert man den Gasdruck, um die Glimmentladung zur Erhitzung dieses Teils auf 600 OC für 3 h zu bewirken. Anschließend wird durch Ändern des Gasdrucks die auf dem Hohlkathodeneffekt basierende Entladung durch Aufrechterhalten von 850 °C während 20 min erzeugt, und schließlich wird ein stand von unter 400 OC während 15 min gehalten. Dies ist ein voller Zyklus. Ein Zyklus für den Teil 16 besteht aus den Bedingungen von 600 OC für 4 h und unter 400 °C für 15 min. Dagegen wird der innere Getriebeteil 21 nach dem Karbonitrierprozeß während 4 h bei 600 OC der auf dem Hohlkathodeneffekt in einer abgeänbasierenden Entlade derten Atmosphärv unterworfen, die aus der Nitriergaszusammensetzung mit einem Zusatz von 0,5 H2S besteht, um nur für den Teil 21 die Schwefelnitrierbehandlung bei 600 0C während 15 min durchzuführen. Danach wird das Werkstück im Ofenbehälter 1 abgekühlt. Dann wird der Teil 15 der Oberflächeninduktions-Abschreckung unterworden. Während einer Zeit, die der Teil 15 der auf dem Hohlkathodeneffekt basierenden Entladung unterworfen ist, sind die Teile 16 und 21 der gewöhnlichen Glimmentladung unter Beibehaltung von 600 °C ausgesetzt.
  • Weiter sind während der Zeit, die der Teil 21 der Entladung zur Bildung der Schwefelnitrierschicht unterworfen ist, die Teile 15 und 16 unter der schwachen Glimmentladung unterhalb von 400 OC. So wird auf den Teilen 15 und 16 keine Schwefelnitrierschicht gebildet.
  • Das vorstehend erläuterte, 4 h und 15 min dauernde vollständige Behandlungsverfahren liefert eine Mehrzahl von verschiedenen Funktionen dienenden Oberflächenbehandlungen. Fig. 18 zeigt die Härteverteilungen auf der Oberfläche des Werkstücks nach der Behandlung, wobei die Kurven J, K und L den Teilen 15 bzw.16 bzw. 21 entsprechen. Der Teil 15 weist eine gehärtete Schicht hoher Kohlenstoffkonzentration auf, die sich hauptsachlic durch die Aufkeihlung ergibt, wobei eine Oberflächenhärte von 850 Hv und eine wirksame gehärtete Schicht von 0,65 mm Tiefe vorliegen. Da der Teil 16 bei einer niedrigen Temperatur im Vergleich mit dem Teil 15 behandelt wurde, wird die Stickstoff und Kohlenstoff enthaltende Karbonitrierschicht mit der Oberflächenhärte von Hv 750 und der wirksamen gehärteten Schicht von 0,1 mm Tiefe gebildet, die flacher als die gehärtete Schicht des Teils 15 ist. Da der Teil 21 eine karbonitrierte Schicht und eine flache schwefelnitrierte Schicht niedriger Härte auf der karbonitrierten Schicht aufweist, ist die Oberfläche des Teils 21 verhältnismäßig wenig hart im Vergleich mit der Oberfläche des Teils 16. Die Härte des Inneren des Teils 21 ist dagegen im wesentlichen die gleiche wie die des Teils 16.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann durch einen einzige Behandlungsprozeß eine Mehrzahl von Oberflächenschichten erzeugt werden, die für verschiedene Funktionen dienen und dementsprechend verschiedene Eigenschaften aufweisen.
  • Beispiel 7 Wie in Fig. 6 gezeigt ist, hängt der Temperaturanstieg der gewünschten, von den zugehörigen Nebenelektroden umgebenen Teile eines Werkstücks aufgrund des Hohlkathodeneffekts vom Gasdruck im Behälter ab. Die geeignete Erhitzungstemperatur der gewünschten Teile unterscheidet sich je nach dem Material des Werkstücks. Beispielsweise ist im Fall, wo Stahl als Werkstück verwendet wird, die geeignete Erhitzungstemperatur bei einem Nitrierverfahren 400 - 700 °C, bei einem Aufkohlungsverfahren 700 - 1100 °C, bei einem Borbehandlungsprozeß 800 - 1200 OC und bei einem Schwefelnitrierprozeß 150 - 600 OC. In dieser Weise muß, um dem Werkstück eine geeignete Behandlung zukommen zu lassen, die Behandlungstemperatur je nach dem Verfahren und dem Material der verwendeten Werkstücke gewählt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung so eingesetzt, daß die Temperatur an den gewählten, von den zugehörigen Nebenelektroden umgebenen Teilen des Werkstücks erfaßt wird und man den Gasdruck entsprechend der erfaßten Temperatur für eine genaue Oberflächenbehandlung genau steuert. Hierbei ist die Nebenelektrode 20, die den ausgewählten Teil 2a des Werkstücks 2 umgibt, mit einer seitlichen öffnung 20a gegenüber dessen Stelle 2d versehen, wie in Fig. 19 dargestellt ist. Die Öffnung 2Oa hat einen Durchmesser von 2 - 25 mm und ist zu einem optischen Pyrometer (Infrarotstrahlungs-Temperaturmeßgerät) 11 ausgerichtet.
  • Daher richtet sich die von der Stelle 2d des ausgewählten Teils 2a (dessen Temperatur zu messen ist) ausgehende Infrarotstrahlung durch die in der Nebenelektrode 20 vorgesehene öffnung 20a zum optischen Pyrometer 11 zur Erfassung der Temperatur am ausgewählten Teil. Wenn die Öffnung einen Durchmesser von weniger als 2 mm hat, wird die vom optischen Pyrometer 11 erfaßte Temperatur auf der Oberfläche des ausgewählten Teils 2a an der Stelle 2d gering, da sie mit der Temperatur der Nebenelektrode 20 überlagert wird. Wenn die öffnung einen Durchmesser von mehr als 25 mm aufweist, läßt sich andererseits kein guter Heizeffekt durch die Entladung auf Basis des Hohlkathodeneffekts erzielen, so daß der ausgewählte Teil 2a eine unregelmäßige Temperaturverteilung aufweist, die zu einer unerwünschten Behandlung führt. Aus diesem Grund soll der Durchmesser der Öffnung 20a im Bereich von 2 - 25 mm, vorzugsweise 3 - 10 mm liegen, obwohl er in Abhängigkeit von der Abmessung der zugehörigen Nebenelektrode 20 variiert.
  • Weiter kann die Öffnung 20a von irgendeiner Form, wie z. B. Ellipse, Kreis, Quadrat, Rechteck, Trapezoid, Rhombus und Vieleck, sein, solange sie den Durchgany der Infrarotstrahlung durch die Öffnung nicht blockiert.
  • Um eine gleichmäßige Erhitzung durch Hohlkathodenentladung zu erreichen, ist es jedoch wünschenswert, daß die Form der Öffnung kreisförmig ist, da diese leicht zu fertigen ist.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Werkstück 2 in der Glimmentladungsbehandlungsvorrichtung nach Fig. 1 oder Fig. 7 zusammen mit der in Fig. 19 dargestellten Nebenelektrode angeordnet, un nur jeden ausgewählten Teil 2a des Werkstücks 2 tief aufzukohlen.
  • Als Werkstück 2 wurde eine Welle aus "SCM 21"-Chrom-Molybdän-Stahl (JIS) mit 15 - 20 mm Durchmesser und 205 mm Länge verwendet. Wie Fig. 19 zeigt, hat der eine tiefe Aufkohlung und Härtung erfordernde Teil 2a eine Erstreckung von 25 mm vom Ende der Welle aus, und der Rest der Welle braucht nicht gehärtet zu werden.
  • Die Nebenelektrode 20 nach Fig. 19 wurde um jeden Teil 2a angeordnet. Der Abstand zwischen dem Teil 2a und der Nebenelektrode 20 wurde auf 3 mm eingestellt. Die Nebenelektrode 20 in Fig. 19 bestand aus "SUS 304" (JIS) und wurde mit einer Offnung Xines Durchmessers von 7 mm zum Durchlaß der Infrarotstrahlung zum zugehörigen optischen Pyrometer versehen.
  • Im Betrieb wurde der Druck im Vakuumbehälter 1 auf 1,3 . 10-2 mbar oder darunter verringert, und dann führte man Wasserstoff-, Methan- und Argongas in den Behälter ein, um den Behälterdruck auf 5,3 mbar zu halten. Man legte eine Gleichspannung zwischen 400 und 800 V an, um eine Glimmentladung zur Erhitzung der Welle während 30 min zu bewirken. Unter diesen Bedingungen wurde die Temperatur am ausgewählten Teil 2a (mit der Stelle 2d) über das optische Pyrometer 11 auf 900 OC eingestellt.
  • Nach der Behandlung wurde die Welle 2 abqeschreckt, durch den ausgewählten Bereich 2a durchgeschnitten, und der Schnittstellenquerschnitt wurde bezüglich der Härteverteilung gemessen. Fig. 20 zeigt einen Vergleich der Durchschnittstiefenabweichungen in den gehärteten Schichten zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem bekannten Verfahren. Man ersieht aus Fig. 20 ohne weiteres, daß die gehärteten Schichten der ausgewählten Teile von Werkstücken, die in diesem Ausführungsbeispiel erhalten wurden, sämtlich im Bereich von 0,95 mm + 0,07 mm Tiefe liegen, da die Behandlungstemperatur durch das optische Pyrometer gesteuert wurde, während beim bekannten Verfahren die Werkstücke, da es unmöglich ist, die Temperatur am ausgewählten Teil, an dem die auf dem Hohlkathodeneffekt basierende Entladung hervorgerufen wird, genau zu messen, der Änderung der Behandlungstemperatur unterworfen sind und die erhaltenen gehärteten Schichten daher sämtlich im Bereich von 0,95 mm + 0,2 mm Tiefe liegen. Als Ergebnis weist die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, daß die erhaltenen gehärteten Schichten von gleichmäßigerer Tiefe sl.nd, da die Erfindung eine genaue Messung der Behandlungstemperatur ermöglicht.
  • Um die Behandlungstemperatur am gewünschten Teil eines Werkstücks zu messen, gibt es ein bekanntes Verfahren, das als Temperaturmeßeinrichtung ein Blindmuster der gleichen Form und Abmessung wie das Werkstück verwendet. Nach einem anderen bekannten Verfahren erfolgt eine Temperaturmessung in der Nähe des ausgewählten Teils des Werkstücks, wo der Hohlkathodeneffekt vorherrscht. Jedoch ist es, da eine Messung der Behandlungstemperatur bei diesen bekannten Verfahren indirekt erfolgt, unmöglich, die Behandlungstemperatur genau zu messen, was Lm Gegensatz zur Erfindung steht.
  • Im Vorstehenden wurde erläutert, wie das Behandlungsverfahren auf Basis des Hohlkathodeneffekts nach der Erfindung durchgeführt wird. Die Behandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann als Werkstückbehandlungsofen verwendet werden, wenn inertes Gas, wie z. B. Argon, Helium und Wasserstoff oder ein anderes Gas, das auf das Material des Werkstoffs nicht einwirkt, um beispielsweise eine Härtungswirkung zu liefern, als das Entladungsgas verwendet wird. Nach einem Hohlkathodenverfahren gemäß der Erfindung kann die Anbringung einer Nebenelektrode nahe dem gewünschten Teil eines Werkstücks die Erhitzung dessen gewünschten Teils auf eine gewünschte Temperatur unter Steuerung des Gasdrucks ermöglichen.
  • Dabei ist es, da die Erhitzung direkt erfolgt, auch möglich, nur die gewünschte Oberfläche eines Werkstücks schnell zu erhitzen oder abzukühlen. Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, daß der Zusatz einer geeigneten Menge von Wasserstoffgas u. dgl. zu Argon- oder Heliumgas als Entladungsgas solche Probleme wie Oxidations- oder Entkohlungsreaktion der Werkstücke mit dem Atmosphärengas beseitigt, die bei einem bekannten Verfahren häufig auftritt.
  • Außerdem ist es möglich, die Nebenelektrode derart auszubilden, daß sie von sich aus den Hohlkathodeneffekt zeigt. Dabei kann die Nebenelektrode als Vorerhitzungsmittel zur wirksamen Vorbereitung für die nachfolgende Wärmebehandlung verwendet werden Leerseite

Claims (29)

  1. Ansprüche i Oberflächenbehandlungsverfahren, bei dem eine Glimmentladung zwischen einer Kathode und einer Anode einer Stromquelle zur Wärmebehandlung eines Werkstücks bei Unterdruckbedingungen erzeugt wird, wobei das eine leitende Oberfläche aufweisende Werkstück mit der Kathode verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man außerdem wenigstens eine Nebenelektrode (20, 20') mit der Kathode verbindet und die Glimmentladung zwischen den leitenden Oberflächen des Werkstücks (2) und der Nebenelektrode (20, 20') und der Anode erzeugt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Werkstück (2) in einer Behandlungsatmosphäre aus einem einzelnen Gas oder einer Gasmischung der Gruppe der Gase Stickstoff, Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, flüchtige Borverbindungen, Wasser stoff, Argon und Helium behandelt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nebenelektrode (20, 20') nahe einem ausgewählten Teil (2a, 2c, 15, 21) des Werkstücks (2) zur Steigerung der Behandlungswirkung des ausgewählten Teils anordnet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck der Behandlungsatmosphäre in einem bestimmten Bereich zur Steuerung der Behandlungstemperatur variiert.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man, nachdem der ausgewählte Teil (2a, 2c, 15, 21) eines Werkstücks (2) auf eine gewünschte Behandlungstemperatur erhitzt ist, den ausgewählten Teil abschreckt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur des ausgewählten Teils (2a, 15) des Werkstücks (2) im Glimmentladungsplasma erfaßt und den Druck der Behandlungsatmosphäre entsprechend der erfaßten Temperatur variiert.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck der Behandlungsatmosphäre bestimmten Bereich mehrere Male wiederholungsmag variiert.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nebenelektrode (20, 20') nahe dem Werkstück (2) in einem Abstand zwischen der Nebenelektrode und dem Werkstück von 0,5-50 mm anordnet.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den ausgewählten Teil (2a, 2c, 15, 21) des Werkstücks (2) und seinen übrigen Teil (2b; 16, 17) auf 400 OC oder höher bzw. 350 OC oder niedriger einstellt.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck der Behandlungsatmosphäre im Bereich von 0,13 - 13 mbar variiert.
  11. 11. Verfahren nach den Ansprechen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsatmosphäre wenigstens zwei Diffusionsatomarten enthält, die zur Behandlung beitragen, und man den der Nebenelektrode (20, 20') nahen, ausgewählten Teil (2a, 2c, 15, 21) des Werkstücks (2) und dessen übrigen Teil (2b; 16, 17) unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen unterwirft.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den der Nebenelektrode (20) nahen, ausgewählten Teil (2a, 2c, 15) tief karbonitriert und aufkohlt, um eine karbonitrierte Schicht und eine aufgekohlte Schicht zu bilden, wo die Kohlenstoffkonzentration höher als im übrigen Teil (2b, 16, 17) ist.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den der Nebenelektrode2nOaAen, ausgewählten Teil (2a, 2c, 15) tief karbonitriert, um eine karbonitrierte Schicht zu bilden, wo die Kohlenstoffkonzentration höher als der anderen Teile (2b, 16, 17) ist.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man im ausgewählten Teil (15) des Werkstücks (2) eine stark karbonitrierte Schicht oder eine stark aufge:=ohlte Schicht mit einer hohen Konlenstoffkonzentration am Anfang und am Ende der gesamten Behandlungsdauer bildet, während deren man eine Karbonitrierungs- oder Aufkohlungsbehandlung für dessen übrigen Teil (16, 17) durchführt.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man im ausgewählten Teil (15) des Werkstücks (2) eine stark karbonitrierte Schicht oder eine stark aufgekohlte Schicht mit einer hohen Kohlenstoffkonzentration nahe dem Ende der gesamten Behandlungsdauer bildet, während deren man eine Karbonitrierungs- oder Aufkohlungsbehandlung für dessen übrigen Teil (16, 17) durchführt.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man im ausgewählten Teil (15) des Werkstücks (2) eine stark karbonitrierte Schicht oder stark aufgekohlte Schicht mit einer hohen Kohlenstoffkonzentration mit zeitlichen Unterbrechungen innerhalb der gesamten Behandlungsdauer bilcet, während deren man eine Karbonitrierungs- oder Aufkohlungsbehandlung für dess übrigen Teil (16, 17) durchführt.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Härturg mittels Induktionserhitzung und naciifolgenden Absck reckens durchführt.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Härturg mittels Lasererhitzung oder ElektronenstrahlbeschuEses durchführt.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man cn dem der Nebenelektrode (20) nahen, ausgewählten Teil (2a, 2c) eine tief aufgekohlte Schicht hoher Kohlenstoffkonzentration bildet.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch £, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zufuhr und Abfuhr der Behandlungsatmosphäre entsprechend der erfaßten Temperatur auf Rückkopplunqsbasis steuert.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentration eines diffundierenden Stoffes bei steigender Behandlungstemperatur sinkend steuert.
  22. 22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit einem evakuierbaren Ofenbe-und hälter/ einer Gleichstromqueile, deren Anode mit dem Ofenbehälter verbunden ist und deren Kathode mit der leitenden Oberfläche zu behandelnder Werkstücheverbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens eine Nebenelektrode (2D, 20') nahe jedem Werkstück (2) und in Verbindung mit der Kathode (5) angeordnet ist.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nebenelektrode (20, 20') in einem Abstand von 0,5 - 50 mm, vorzugsweise 2 - 25 mm, zum Werkstück t2) angeordnet ist.
  24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nebenelektrode (20, 20') nur einem ausgewählten Teil (2a, 2c, 15, 21) des Werkstücks (2) zugewandt angeordnet ist.
  25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenelektrode (20) hohlzylindrisch ist und den ausgewählten Teil (2a, 2c, 15) des Werkstücks (2) umgibt.
  26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenelektrode (20') vollzylindrisch ist und sie der ausgewählte Teil (21) des Werkstücks (2) umgibt.
  27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenelektrode (20) kappenförmig ist und den ausgewählten Endteil (15) des Werkstücks (2) umgibt, wobei in der Stirnfläche der Nebenelektrode (20) eine Gasöffnung (13) vorgesehen ist.
  28. 28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzein daß in der Nebenelektrode (20) eine öffnung (20a) vorgesehen ist.
  29. 29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenelektrode (20, 20') aus Kohlenstoff oder kaltgewalztem Stahl besteht.
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