DE3539232A1 - Verfahren zur herstellung von diffusion-mehrkomponentenueberzuegen an metalleinzelteilen und einrichtung fuer seine durchfuehrung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur thermischen Behandlung von Metallen und Legierungen und auf Einrichtungen für ihre Durchführung, und insbesondere auf Verfahren zur Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen sowie auf Einrichtungen für ihre Durchführung.

Die Erfindung kann sehr erfolgreich für die Herstellung von Mehrkomponentenüberzügen an kleinen Einzelteilen komplizierter Konfiguration aus verschiedenen Metallen und Legierungen im Gerätebau, wie Reibungsgehäusen, Kontaktstücken, Klemmen, in der Uhrenproduktion, wie Gehäusen, Armbändern, Bauelementen des Uhrenlaufwerkes, sowie in der chemischen Industrie zum Schutz von Einzelteilen von aggressivem Einfluß der Umwelt, beispielsweise zur Steigerung der Hitzebeständigkeit, eingesetzt werden.

Die Erfindung kann ebenfalls für die Herstellung von Absperrarmaturen eingesetzt werden, die Korrosionsschutz benötigen.

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Diffusion- Mehrkomponentenüberzügen an Metallerzeugnissen aus Kupfer, Armco-Eisen, Chrom-Nickel- und hochschmelzenden Metallen durch isothermische Übertragung diffundierender Elemente /Cr, Ni, Mo, Fe, Ti/ auf die zu überziehende Oberfläche von Einzelteilen in Schmelzen /Na, Ca, Li, Bi, Pb/ (siehe beispielsweise SU-PS Nr. 2 98 701, Klasse C23c 9/08, veröffentlicht am 16.03.1971).

Nach dem genannten Verfahren erfolgt die Auflösung verschiedener diffundierender Elemente und das Diffusionsaufsättigung der Oberfläche eines Einzelteils mit denselben bei ein und derselben hohen Temperatur, was zu ihrer ungleichmäßigen Auflösung, zur unzureichenden Löslichkeit der Elemente solcher wie Cr und Mo sowie zum möglichen Korrodieren der Oberfläche des Einzelteils führt. Alles das führt dazu, das es unmöglich ist, einen Überzug mit erforderlicher Zusammensetzung und Dichte herzustellen.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Herstellung von Diffusion- Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen, die das obengenannte Verfahren realisiert und ein Mittel für die Unterbringung einer Transportschmelze und legierender Elemente vorsieht, das in einem elektrischen Ofen untergebracht wird (siehe denselben Urheberschein).

In der genannten Einrichtung ist das Mittel für die Unterbringung der Transportschmelze und der legierenden Elemente in Form einer Ampulle ausgeführt, die aus einem inerten Werkstoff (der sich in einem Sättigungsmedium nicht auflöst) gefertigt wird.

Die Aufsättigung führt man wie folgt durch: in einem inerten Medium, beispielsweise in Argon gießt man in die Ampulle die Transportschmelze, beispielsweise, Natrium beziehungsweise Lithium ein, man schüttet legierende Elemente, beispielsweise, Chrom, Aluminium ein; dann bringt man einen Einzelteil ein, an dem ein Überzug herzustellen ist. Die Ampulle wird durch Schweißen hermetisch geschlossen.

Dann wird der Einzelteil in einen Ofen, beispielsweise, einen elektrischen Muffelofen eingebracht, in dem das Diffusionsaufsättigen erfolgt, wobei die Ampulle im Ofen bei Temperatur- und Zeitwerten gehalten wird, die für die Herstellung eines Überzuges mit vorgegebener Stärke ausreichend sind.

All das führt zur niedrigen Leistung und macht die Steuerung des Auflösungsprozesses unmöglich; das heißt, es ist nicht möglich, legierende Elemente in der erforderlichen Reihenfolge zur Erreichung erforderlicher Zusammensetzungen der Überzüge aufzutragen.

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Diffusion- Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen, das das getrennte Auflösen legierender Elemente in einer Transportschmelze und das Aufsättigen der Oberfläche eines Metalleinzelteils mit denselben unter Erwärmung vorsieht (siehe SU-PS Nr. 6 44 869, Klasse C23C 9/10, veröffentlicht am 30.01.1979).

Als Transportschmelze wird in dem genannten Verfahren Blei- und Wismutschmelze eingesetzt, in die die legierenden Elemente, Titan und Nickel, eingebracht werden. Das getrennte Auflösen der legierenden Elemente in der Transportschmelze und das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils mit denselben erfolgt aufeinanderfolgend bei einer Temperatur von 1100 bis 1150°C während 0,5 bis 1 Stunde. Die Anzahl der Zyklen hängt von der Stärke eines Überzuges ab.

Hierdurch ist es gemäß dem genannten Verfahren nicht möglich, an der Oberfläche eines Einzelteils einen Überzug in Form der erforderlichen intermetallischen beziehungsweise chemischen Verbindungen mit erforderlicher Stärke und Dichte zu erhalten.

Die hohe Temperatur der Aufsättigung führt außerdem zur Gefügeumwandlung in der Matrize der zu überziehenden Einzelteile und zum Korrodieren der Oberfläche eines Einzelteils.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Herstellung von Diffusion- Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen für die Durchführung des obengenannten Verfahrens, die ein Mittel für die Unterbringung einer Transportschmelze und legierdender Elemente vorsieht, das von Heizelementen umgeben ist (siehe denselben Urheberschein).

In der genannten Einrichtung ist das Mittel für die Unterbringung der Transportschmelze und der legierenden Elemente in Form von zwei Wannen mit Transportschmelze und einem einzelnen legierenden Element ausgeführt. Jede Wanne ist von Heizelementen umgeben.

Die Aufsättigung erfolgt in diesen Wannen mit der Transportschmelze, in diesem Fall mit Blei- und Wismutschmelze, aufeinanderfolgend, indem der Einzelteil aus einer Wanne in die andere versetzt wird. In jeder Wanne ist eines der legierenden Elemente, in diesem Fall Titan und Nickel, aufgelöst.

All das führt zur niedrigen Leistung des Prozesses der Diffusionsaufsättigung, macht das gleichzeitige Aufsättigen mit mehreren legierenden Elementen unmöglich und führt zur ungleichmäßigen Verteilung der legierenden Elemente im Rauminhalt einer Wanne.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen zu entwickeln, in dem das getrennte Auflösen legierender Elemente in einer Transportschmelze und das Aufsättigen der Oberfläche eines Einzelteils mit denselben bei einer solchen Temperatur erfolgen, die es ermöglicht, Mehrkomponenten-Diffusionsüberzüge mit der erforderlichen Zusammensetzung, Stärke und Dichte herzustellen, die Gefügeumwandlung in der Matrize des zu überziehenden Einzelteils und das Korrodieren der Oberfläche dieses Einzelteils zu verhindern sowie eine Einrichtung zur Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen zu entwickeln, die das obengenannte Verfahren realisiert, in dem das Mittel für die Unterbringung der Transportschmelze und der legierenden Elemente so ausgeführt wird, daß eine Steigerung der Leistung der Diffusionsaufsättigung und eine gleichmäßige Verteilung der legierenden Elemente in der Transportschmelze ermöglicht werden.

Das wird dadurch erreicht, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen, das das getrennte Auflösen der legierenden Elemente in der Transportschmelze und das Aufsättigen der Oberfläche des Metalleinzelteils mit denselben unter Erwärmung vorsieht, erfindungsgemäß das getrennte Auflösen der legierenden Elemente in der Transportschmelze bei einer Temperatur T erfolgt, die gleich 0,5 bis 0,8 der Temperatur ihrer Schmelzung ist, und das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils mit denselben bei einer Temperatur T ₁, die gleich 0,3 bis 0,5 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils ist, erfolgt, wobei T-T ₁ 50°C ist.

Die obere Grenze der Sättigungstemperatur T ₁ ist darauf zurückzuführen, daß bei höheren Temperaturwerten (≦λτ0,5 T ₂, worin T ₂ Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils ist) im Werkstoff des Einzelteils Gefügewandlungen (beispielsweise Rekristallisation) auftreten, die die Änderung seiner Eigenschaften verursachen.

Die untere Grenze ist darauf zurückzuführen, daß bei niedrigeren Temperaturwerten (≦ωτ0,3 T ₂) die Diffusionsbeweglichkeit der legierenden Elemente in einer festen Lösung des Werkstoffs des Einzelteils steil sinkt, wobei die Geschwindigkeit der Formänderung des Überzuges langsamer wird.

Die Temperatur der Auflösung der legierenden Elemente T, die gleich 0,5 bis 0,8 T ist (worin T ₃ die Schmelztemperatur der legierenden Elemente ist), ist auf die Schaffung einer optimalen Konzentration von derselben in der Transportschmelze zwecks Herausbildung erforderlicher Überzüge zurückzuführen. Die Einschränkungen bei der oberen Temperaturgrenze hängen damit zusammen, daß bei Temperaturwerten über 0,8 T ₃ eine höhere Konzentration der in der Transportschmelze aufgelösten legierenden Elemente erreicht wird, was zur Herausbildung eines ungleichmäßigen porösen Überzuges führt. Bei niedrigen Temperaturwerten (≦ωτ0,5 T ₃) ist die Konzentration der legierenden Elemente in der Transportschmelze unzureichend, um hohe Absetzgeschwindigkeiten der legierenden Elemente an einem Einzelteil gewährleisten zu können. Die Temperatur der Auflösung soll die Temperatur der Sättigung nicht weniger als um 50°C übersteigen, damit die Bedingungen für eine thermische Übertragung der legierenden Elemente mit der Transportschmelze geschaffen werden können.

Für die Herstellung eines Mehrkomponentenüberzugs komplizierter Zusammensetzung ist es wünschenswert, die Sättigung der Oberfläche eines Einzelteils mit legierenden Elementen gleichzeitig durchzuführen.

Für die Herstellung eines Mehrkomponentenüberzugs mit der gleichmäßigen Änderung der Eigenschaften in seiner Stärke soll die Sättigung der Oberfläche eines Einzelteils mit legierenden Elementen aufeinanderfolgend erfolgen.

Das wird dadurch erreicht, daß in der Einrichtung für die Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen, die das obengenannte Verfahren realisiert und ein Mittel für die Unterbringung einer Transportschmelze und legierender Elemente, das mit Heizelementen umgeben ist, aufweist, erfindungsgemäß das Mittel für die Unterbringung der Transportschmelze und der legierenden Elemente in Form einer Zentralkammer für die Unterbringung der Transportschmelze ausgeführt ist, in die man den zu überziehenden Metalleinzelteil einbringt, und von mindestens zwei peripheren Kammern für die Unterbringung der Transportschmelze und einzelner legierender Elemente ausgeführt ist, die mit der Zentralkammer in der unmittelbaren Nähe ihrer Stirnseiten über zwei Kanäle kommunizieren, und die Heizelemente an jeder der Kammern und an jedem der Kanäle angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise soll in der Einrichtung ein Mechanismus zum Vermischen der Transportschmelze vorgesehen werden, der in der Zentralkammer untergebracht ist. Eine derartige konstruktive Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen, die das Verfahren realisiert, erlaubt es, Diffusion-Mehrkomponentenüberzüge erforderlicher Zusammensetzung an Metalleinzelteile aus verschiedenen Werkstoffen aufzutragen, die Diffusionssättigung zu beschleunigen und die Temperatur der Diffusionssättigung herabzusetzen.

Im weiteren wird die Erfindung an Hand der Beschreibung konkreter Beispiele für ihre Ausführung und der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Gesamtschema der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen für die Durchführung dieses Verfahrens (Längsschnitt).

Fig. 2 das Gesamtschema einer anderen Variante der Ausführung der Einrichtung für die Herstellung von Diffusion- Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen für die Durchführung des Verfahrens (Axonometrie teilweise ausgeschnitten).

Das Verfahren zur Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen besteht erfindungsgemäß darin, daß man einen zu überziehenden Metalleinzelteil, der beispielsweise aus einer Chrom-Nickel-Legierung oder aus Niob gefertigt ist, nimmt und als eine Transportschmelze die Schmelze aus leichtschmelzenden Metallen, beispielsweise, Natrium, und als legierende Elemente Mo, Cr, Ti, Ni, Si, HF einsetzt.

Dann wird der zu überziehende Einzelteil in die Transportschmelze eingebracht und es erfolgt die getrennte Auflösung der legierenden Elemente in der Transportschmelze bei einer Temperatur T, die gleich 0,5 bis 0,8 der Temperatur ihrer Schmelzung ist, und die Sättigung der Oberfläche des Metalleinzelteils mit den legierenden Elementen erfolgt bei einer Temperatur T ₁, die gleich 0,3 bis 0,5 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils ist, wobei T-T ₁ 50°C ist.

Den Prozeß führt man über eine Zeit durch, die für die Herstellung des erforderlichen Überzuges erforderlich ist. Alle aufgezählten Arbeitsgänge gehen in einem inerten Medium vor sich, beispielsweise das Eingießen der Transportschmelze, das Einschütten legierender Elemente, das Eintauchen eines Einzelteils in die Transportschmelze und die Sättigung.

Die Sättigung der Oberfläche eines Einzelteils mit legierenden Elementen erfolgt gleichzeitig, wenn es notwendig ist, einen Mehrkomponentenüberzug komplizierter Zusammensetzung herzustellen. In dem Fall, in dem es notwendig ist, einen Mehrkomponentenüberzug mit gleichmäßiger Veränderung der Eigenschaften in der Stärke des Überzugs herzustellen, erfolgt die Sättigung der Oberfläche des Einzelteils mit legierenden Elementen aufeinanderfolgend.

Es wird ferner eine Einrichtung für die Herstellung von Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen vorgeschlagen, die das obenbeschriebene Verfahren erfindungsgemäß realisiert.

Diese Einrichtung für die Herstellung von Mehrkomponentenüberzügen, in diesem Fall von Zweikomponentenüberzügen, an Metalleinzelheiten, sieht erfindungsgemäß ein Mittel 1 (Fig. 1) für die Unterbringung der Transportschmelze und legierender Elemente vor. Das Mittel 1 ist in Form der Zentralkammer 2 für die Unterbringung der Natrium-Transportschmelze 3, in die man an einer Halterung 4 den zu überziehenden Einzelteil 5 anordnet, und von zwei peripheren Kammern 6 und 7 für die Unterbringung der Transportschmelze 3 und einzelner legierender Elemente 8 und 9 ausgeführt. In die Kammer 6 wird das legierende Element 8, Titan und in die Kammer 7 das legierende Element 8, Nickel, eingebracht.

Die Kammern 6 und 7 kommunizieren mit der Kammer 2 in der unmittelbaren Nähe ihrer Stirnseiten 10 und 11 über Kanäle 12, 13 und 14, 15.

An jeder der Kammern 2, 6 und 7 und an jedem der Kanäle 12, 13, 14 und 15 sind Heizelemente 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22 spiralenförmig angeordnet. Die Heizelemente 16, 19, 20, 21 und 22 sind elektrisch mit einem Schalter 23 und die Heizelemente 17 und 18 mit Schaltern 24 bzw. 25 verbunden.

In der Zentralkammer 2 ist ein Mechanismus 26 zum Vermischen der Transportschmelze 3 angeordnet.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante der Einrichtung für die Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen, in diesem Fall Vierkomponentenüberzügen, an Metalleinzelteilen für die Durchführung des Verfahrens dargestellt.

Der Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 besteht darin, daß das Mittel 1 (Fig. 2) für die Unterbringung der Transportschmelze und der legierenden Elemente vier periphere Kammern 6, 7, 27 und 28 für die Unterbringung der Natrium-Transportschmelze 3 und einzelner legierender Elemente vorsieht: in der Kammer 6 ist das legierende Element 8, Molybdän, in der Kammer 7 ist das legierende Element 9, Chrom, in den Kammern 27 und 28 sind entsprechend legierende Elemente, Hafnium und Silizium, eingebracht.

Die Kammern 27 und 28 sowie die Kammern 6 und 7, kommunizieren mit der Zentralkammer 2 in der unmittelbaren Nähe ihrer Stirnseiten 10 und 11 über zwei Kanäle 29, 30 bzw. 31, 32. An jeder der Kammern 27 und 28 und an jedem der Kanäle 29, 30, 31 und 32 sind Heizelemente 33, 34, 35, 36, 37 und 38 spiralenförmig angeordnet. Die Heizelemente 35, 36, 37 und 38 sind elektrisch mit dem Schalter 23 und die Heizelemente 33 und 34 mit den Schaltern 39 bzw. 40 verbunden.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen, die das Verfahren realisiert, besteht erfindungsgemäß in folgendem.

In der Zentralkammer 2 (Fig. 1) ordnet man an der Halterung 4 den zu überziehenden Einzelteil 4 an. Im weiteren schüttet man in zwei periphere Kammern 6 und 7 die legierenden Elemente 8 und 9 (beispielsweise, Titan und Nickel) ein und gießt man die Transportschmelze 3 (beispielsweise, Natrium) in die Kammern 2, 6 und 7 ein. Dann schaltet man den Elektroanschluß der Heizelemente 16, 17 und 18 mit Hilfe der Schalter 23, 24 und 25 ein und bringt man die Temperatur der Transportschmelze 3 in der Kammer 2 auf 0,3 bis 0,5 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des zu überziehenden Einzelteils und die Temperatur der Transportschmelze 3 in den Kammern 6 und 7 auf 0,5 bis 0,8 der Schmelztemperatur der entsprechenden legierenden Elemente 8 und 9. Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Transportschmelze 3 in der Zentralkammer 2 und der Transportschmelze 3 in den peripheren Kammern 6 und 7 gewährleistet, die gleich beziehungsweise über 50°C ist. Danach schaltet man den Mechanismus 26 zum Vermischen ein und hält man den zu überziehenden Einzelteil 5 im Bad, während einer Zeit, die für die Herstellung eines erforderlichen Überzugs ausreichend ist. Dabei erhält man das gleichzeitige Aufsättigen der Oberfläche des Metalleinzelteils 5 mit legierenden Elementen 8 und 9.

Für das Sättigen der Oberfläche des Metalleinzelteils 5 mit den legierenden Elementen 8 und 9 werden aufeinanderfolgend Arbeitsgänge durchgeführt, die den obenbeschriebenen ähnlich sind.

Der Unterschied besteht darin, daß man den Elektroanschluß der Heizelemente 16 und 17 mit Hilfe der Schalter 23 und 24 einschaltet und die Temperatur der Transportschmelze 3 in der Kammer 2 auf 0,3 bis 0,5 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des zu überziehenden Einzelteils 5 und in der Kammer 6 auf 0,5 bis 0,8 der Schmelztemperatur des legierenden Elementes 8 bringt. Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Transportschmelze 3 in der Zentralkammer 2 und in der Kammer 6 gewährleistet, die gleich beziehungsweise über 50°C ist. Dann schaltet man den Mechanismus 26 zum Vermischen ein, hält man den zu überziehenden Metalleinzelteil 5 im Bad, während einer Zeit, die für das Sättigen der Oberfläche des Einzelteils 5 mit dem legierenden Element 8 ausreichend ist, und schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 17 mit Hilfe des Schalters 24 aus. Danach schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 18 mit Hilfe des Schalters 25 ein und führt man das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils 5 mit dem legierenden Element 9 unter den obenbeschriebenen Bedingungen durch.

Das Funktionsprinzip der Einrichtung in Fig. 2 ist dem Funktionsprinzip der Einrichtung in Fig. 1 ähnlich.

Zur besseren Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Beispiele für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt, das mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung realisiert wird.

Beispiel 1

In Fig. 1 ist eine Variante der Ausführung der Einrichtung für die Herstellung eines Zweikomponentenüberzugs bei der gleichzeitigen Aufsättigung mit zwei legierenden Elementen abgebildet.

In die peripheren Kammern 6 und 7 schüttet man Pulver der legierenden Elemente 8 (Titan 5 bis 10 Masse%; Schmelzpunkt beträgt 1668°C) und 9 (Nickel von 10 bis 20 Masse%; Schmelzpunkt beträgt 1453°C) ein und dann werden die Kammern 2, 6 und 7 mit der Natrium-Transportschmelze 3 (alles übrige, Masse%) angefüllt.

Dann schaltet man den Elektroanschluß der Heizelemente 16, 17 und 18 mit Hilfe der Schalter 23, 24 und 25 ein und bringt man die Temperatur der Natrium-Transportschmelze 3 in der Kammer 2 auf die Temperatur T ₁ = 477°C (0,3 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils 5 (die gleich 1590°C ist) und die Temperatur der Natrium-Schmelze 3 in der Kammer 6 auf eine Temperatur T = 834°C (0,5 der Schmelztemperatur des Titans, die gleich 1668°C ist) und in der Kammer 7 auf eine Temperatur T = 726°C (0,5 der Schmelztemperatur des Nickels, die gleich 1453°C ist). Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natrium-Schmelze 3 in der Kammer 2 und in den Kammern 6 und 7 über 50°C gewährleistet.

Danach taucht man den Metalleinzelteil 5 aus Chrom- Nickellegierung mit Abmessungen 5 × 10 × 1 mm folgender Zusammensetzung: (in Masse%) C = 0,08; Mn = 1 bis 2; Cr = 17 bis 19; Ni = 9 bis 11; Ti = 0,7; Fe - alles übrige in die Kammer 2 ein (Schmelzpunkt des Werkstoffs des Einzelteils 5 ist gleich 1590°C). Man schaltet den Mechanismus 26 zum Vermischen ein und man hält den Einzelteil 5 innerhalb von vier Stunden im Bad. Danach wird der Einzelteil 5 herausgeholt und im fließenden Wasser gespült.

Sämtliche Arbeitsgänge erfolgen im inerten Argonmedium.

Hierdurch wird ein größenmäßig gleichmäßiger porenfreier Diffusionsüberzug aus Titan-Nickel hergestellt, der eine Dicke von etwa 40 µm aufweist.

Die Struktur des erhaltenen Überzugs stellt eine inter- metallische Verbindung Ni₃Ti in einer festen Lösung auf der Grundlage von Ni dar.

Dieser Überzug zeigte eine gute Korrosionsbeständigkeit in saueren und alkalischen Medien. So beträgt die Korrosionsgeschwindigkeit in 5%iger wässeriger HNO₃-Lösung und 10%iger wässerigen NaOH-Lösung 0,01 mm/Jahr und 0,003 mm/ Jahr.

Beispiel 2

Im Vergleich zum Beispiel 1 besteht der Unterschied in der Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäß darin, daß die Schmelztemperatur der Natrium-Schmelze 3 in der Kammer 2 T ₁ = 636°C (0,4 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils 5, die gleich 1590°C ist) und die Temperatur der Schmelze 3 in der Kammer 6, T = 834°C (0,5 der Schmelztemperatur des Titans) und in der Kammer 7 T = 726°C (0,5 der Schmelztemperatur des Nickels) ist. Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natrium-Schmelze 3 in der Kammer 2 und in den Kammern 6 und 7 über 50°C gewährleistet.

Hierdurch wird ein dickenmäßig gleichmäßiger porenfreier Diffusionsüberzug aus Titan-Nickel erhalten, der eine Dicke von 50 µm aufweist. Seinen Eigenschaften nach ist der Überzug dem in Beispiel 1 beschriebenen Überzug ähnlich.

Beispiel 3

Im Vergleich zum Beispiel 1 besteht der Unterschied bei der Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäß darin, daß die Schmelztemperatur der Natrium-Schmelze 3 in der Kammer 2 T ₁ = 795°C (0,5 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils 5, die gleich 1590°C ist) und die Schmelztemperatur der Schmelze 3 in der Kammer 6 T = 834°C (0,5 der Schmelztemperatur des Titans ist) und in der Kammer 7 T = 871°C (0,6 der Schmelztemperatur des Nickels) ist. Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natrium- Schmelze 3 in der Kammer 2 und in der Kammer 6, die gleich 50°C ist, und in der Kammer 7 gewährleistet, die über 50°C ist.

Hierdurch wird ein Überzug mit einer Dicke von 55 µm erhalten, der seinen Eigenschaften nach dem in Beispiel erhaltenen Überzug ähnlich ist.

Beispiel 4

Im Vergleich zum Beispiel 1 besteht der Unterschied in der Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäß darin, daß man das Aufsättigen der Oberfläche des Metalleinzelteils 5 mit den legierenden Elementen 8 und 9 aufeinanderfolgend vornimmt. Die Reihenfolge der Durchführung der Arbeitsgänge ist der in Beispiel 1 beschriebenen ähnlich.

Der Unterschied besteht darin, daß man zunächst den Elektroanschluß der Heizelemente 16 und 17 mit Hilfe der Schalter 23 und 24 einschaltet und man die Schmelztemperatur der Natrium-Schmelze 3 in der Kammer 2 auf T ₁ = 795°C (0,5 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils 5, die gleich 1590°C ist) und in der Kammer 6 auf T = 1008°C (0,6 der Schmelztemperatur des Titans) bringt. Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natrium-Schmelze 3 in der Zentralkammer 2 und in der peripheren Kammer 6 über 50°C gewährleistet.

Danach schaltet man den Mechanismus 26 zum Vermischen ein und hält man den zu überziehenden Metalleinzelteil 5 innerhalb von 4 Stunden im Bad. Im Verlaufe dieser Haltezeit erfolgt das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils 5 mit Titan. Dann schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 17 mit Hilfe des Schalters 24 aus. Danach schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 18 mit Hilfe des einen Schalters 15 ein und bringt man die Temperatur der Schmelze in der Kammer 7 auf T = 1160°C (0,8 der Schmelztemperatur des Nickels ist). Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natrium-Schmelze 3 in der Zentralkammer 2 und in der peripheren Kammer 7 über 50°C gewährleistet. Den Einzelteil 5 hält man unter diesen Bedingungen innerhalb von 4 Stunden im Bad. Im Verlaufe dieser Haltezeit erfolgt das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils 5 mit Nickel. Danach wird der Einzelteil 5 herausgeholt und im fließenden Wasser gespült.

Hierdurch wird ein dickenmäßig gleichmäßiger porenfreier zweischichtiger Diffusionsüberzug aus Titan-Nickel erhalten, der eine Dicke von etwa 60 µm aufweist. Der Überzug setzt sich aus zwei Schichten zusammen. Die erste Schicht stellt eine feste Titan-Lösung im Eisen dar. Die zweite Schicht stellt eine intermetallische Verbindung Ni₃Ti in fester Eisen- und Titan-Lösung dar. Seinen Eigenschaften nach ist der Überzug um das 1,5fache besser als der in Beispiel 1 erhaltene Überzug.

Beispiel 5

In Fig. 2 ist eine Variante der Ausführung der Einrichtung für die Herstellung eines Vierkomponentenüberzugs bei der gleichzeitigen Aufsättigung mit vier legierenden Elementen abgebildet.

In die peripheren Kammern 6, 7, 27 und 28 schüttet man Pulver der legierenden Elemente, Molybdän (10 Masse%; Schmelzpunkt ist 2620°C gleich), Chrom (10 Masse%; Schmelzpunkt = 1875°C), Hafnium (10 Masse%; Schmelzpunkt = 2222°C) und Silizium (10 Masse%; Schmelzpunkt = 1415°C). Dann werden die Kammern 2, 6, 7, 27 und 28 mit der Natrium-Transportschmelze alles übrige, Masse%) angefüllt.

Dann schaltet man den Elektroanschluß der Heizelemente 16, 17, 18, 33 und 34 mit Hilfe der Schalter 23, 24, 25, 39 und 40 ein und bringt man die Temperatur der Natrium- Transportschmelze 3 in der Kammer 2 auf eine Temperatur T ₁ = 987°C (0,4 der Schmelztemperatur des Werkstoffs des Einzelteils 5, die gleich 2468°C ist), in der Kammer 6 auf eine Temperatur T = 1310°C (0,6 der Schmelztemperatur des Molybdäns, die gleich 2620°C ist),, in der Kammer 7 auf eine Temperatur T = 1125°C (0,6 der Schmelztemperatur des Chroms, die gleich 1875°C ist), in der Kammer 27 auf eine Temperatur T = 1111°C (0,5 der Schmelztemperatur des Hafniums, die gleich 2222°C ist), in der Kammer 28 auf eine Temperatur T = 1132°C (0,8 der Schmelztemperatur des Siliziums, die gleich 1415°C ist). Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natriumschmelze 3 in der Kammer 2 und in den Kammern 6, 7, 27 und 28 über 50°C gewährleistet.

Danach taucht man den Metalleinzelteil 5 mit Abmessungen 5 × 10 × 1 mm aus Niob (Schmelzpunkt beträgt 2468°C) in die Kammer 2 ein. Man schaltet den Mechanismus 26 zum Vermischen ein und hält man den Einzelteil 5 innerhalb von 8 Stunden im Bad. Danach wird der Einzelteil 5 herausgeholt und mit fließendem Wasser gespült.

Hierdurch wird ein am Umfang des Einzelteils 5 dickenmäßig gleichmäßiger durchgehender Überzug erhalten, seine Gesamtdicke beträgt 60 µm. In dem Überzug sind folgende Phasen enthalten: NbSi₂, MoSi₂, Cr₅Si₃, Cr₂Hf.

Der erhaltene Überzug gibt dem schwerschmelzenden Grundwerkstoff die Säurebeständigkeit. Der Einzelteil mit dem erfindungsgemäß erhaltenen Überzug wurde an der Luft bei einer Temperatur von 1000°C innerhalb von 25 Stunden erhitzt, wonach man keine bedeutende Oxydation und kein Eindringen von Sauerstoff feststellen konnte.

Beispiel 6

Im Vergleich zum Beispiel 5 besteht der Unterschied in der Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäß darin, daß man die Aufsättigung der Oberfläche des Einzelteils 5 (Fig. 2) mit legierenden Elementen aufeinanderfolgend durchführt. Die Reihenfolge der Durchführung der Arbeitsgänge ist der den in Beispiel 5 beschriebenen ähnlich.

Der Unterschied besteht darin, daß man zunächst den Elektroanschluß der Heizelemente 16 und 17 mit Hilfe der Schalter 23 und 24 einschaltet und die Temperatur der Natrium- Schmelze 3 in der Kammer 2 auf T ₁ = 987°C, in der Kammer 6 auf T = 1310°C bringt. Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natrium-Schmelze 3 in der Zentralkammer 2 und in der peripheren Kammer 6 über 50°C gewährleistet.

Danach schaltet man den Mechanismus 26 zum Vermischen ein, taucht den Metalleinzelteil 5 aus Niob in die Kammer 2 ein und hält man den zu überziehenden Metalleinzelteil 5 innerhalb von 3 Stunden im Bad. Im Verlaufe dieser Haltezeit erfolgt die Aufsättigung der Oberfläche des Einzelteils 5 mit Molybdän.

Dann schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 17 mit Hilfe des Schalters 24 aus. Danach schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 18 mit Hilfe des Schalters 25 ein und bringt man die Temperatur der Schmelze 3 in der Kammer 7 auf T = 1125°C und hält man den Einzelteil 5 unter diesen Bedingungen innerhalb von 3 Stunden im Bad. Im Verlaufe dieser Haltezeit erfolgt die Aufsättigung der Oberfläche des Einzelteils 5 mit Chrom.

Danach schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 18 mit Hilfe des Schalters 25 aus und schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 33 mit Hilfe des Schalters 39 ein und bringt man die Temperatur der Schmelze in der Kammer 27 auf T = 1111°C und taucht man den Einzelteil 5 unter diesen Bedingungen innerhalb von 3 Stunden. Im Verlaufe dieser Haltezeit erfolgt die Aufsättigung der Oberfläche des Einzelteils 5 mit Hafnium.

Im weiteren schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 33 mit Hilfe des Schalters 39 aus und schaltet man den Elektroanschluß des Heizelementes 34 mit Hilfe des Schalters 40 ein und bringt man die Temperatur der Schmelze in der Kammer 28 auf T = 1132°C und hält man den Einzelteil 5 innerhalb von 3 Stunden.

Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen der Natrium- Schmelze 3 in der Zentralkammer 2 und in den peripheren Kammern 7, 27 und 28 über 50°C gewährleistet.

Hierdurch wird ein vierschichtiger Diffusionsüberzug erhalten, der sich aus komplizierten Phasen auf der Grundlage von Nb, Mo, Cr, Hf und Si zusammensetzt. Seinen Eigenschaften nach ist der erhaltene Überzug dem in Beispiel 5 erhaltenen Überzug ähnlich.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen, das
- getrenntes Auflösen von legierenden Elementen (8, 9) in einer Transportschmelze (3) und
- Aufsättigen der Oberfläche eines Metalleinzelteils (5) mit denselben unter Erwärmung vorsieht, dadurch gekennzeichnet, daß
- das getrennte Auflösen der legierenden Elemente (8, 9) in der Transportschmelze (3) bei einer Temperatur T, die 0,5 bis 0,8 der Temperatur ihrer Schmelzung gleich ist, und
- das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils (5) mit denselben bei einer Temperatur T ₁ erfolgt, die 0,3 bis 0,5 der Schmelztemperatur des Werkstoffes des Einzelteils (5) gleich ist, wobei
T-T ₁ 50°C ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils (5) mit den legierenden Elementen (8, 9) gleichzeitig erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Aufsättigen der Oberfläche des Einzelteils (5) mit den legierenden Elementen (8, 9) aufeinanderfolgend erfolgt.

4. Einrichtung zur Herstellung von Diffusion-Mehrkomponentenüberzügen an Metalleinzelteilen für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die
- ein Mittel (1) für die Unterbringung der Transportschmelze (3) und der legierenden Elemente (8, 9) vorsieht, das von Heizelementen umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Mittel (1) zur Unterbringung der Transportschmelze (3) und der legierenden Elemente (8, 9) in Form
- einer Zentralkammer (2) für die Unterbringung der Transportschmelze (3) ausgeführt ist, in der der zu überziehende Einzelteil (5) untergebracht wird, und
- von mindestens zwei peripherischen Kammern (6, 7) für die Unterbringung der Transportschmelze (3) und der einzelnen legierenden Elemente (8, 9) ausgeführt ist, die mit der Zentralkammer (2) in der unmittelbaren Nähe ihrer Stirnseiten (10, 11) über zwei Kanäle (12, 13, 14, 15) kommunizieren, und
- die Heizelemente (16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22) an jeder der Kammern (2, 6 und 7) und an jedem der Kanäle (12, 13, 14 und 15) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- einen Mechanismus (26) zum Vermischen der Transportschmelze (3) vorgesehen ist, der in der Zentralkammer (2) angeordnet wird.