DE3781228T2

DE3781228T2 - Korrosionsbestaendige, amorphe oberflaechenlegierungen und verfahren zu ihrer herstellung.

Info

Publication number: DE3781228T2
Application number: DE8787113678T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Asami; Koji Hashimoto; Asahi Kawashima; Hideaki Yoshioka
Original assignee: Yoshida Kogyo KK
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2007-09-19
Also published as: KR910001492B1; US4834806A; EP0260706A1; DE3781228D1; KR880004120A; JPH0684548B2; EP0260706B1; CA1309321C; JPS6376885A

Description

Übersetzung der Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierungen, die auf billige und weniger korrosionsbeständige metallische Substratmaterialien auf gebracht sind, sowie ein Verfahren für ihre Herstellung. Derartige Oberflächenlegierungen sind für korrosionsbeständige Materialien in extrem aggresiven Umgebungen geeignet, wie z. B. starke Säuren, einschließlich Salzsäure, in denen herkömmliche korrosionsbeständige metallische Materialien, wie z. B. rostfreier Stahl und korrosionsbeständige Nickellegierungen, stark korrodieren.
Herkömmliche korrosionsbeständige Legierungen auf Eisen- und Nickelbasis, wie z. B. Stähle vom Typ 304 und 316, Carpenter-20, Inconel 600 und Hastelloy c besitzen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, und sie wurden in korrosiven Umgebungen, einschließlich chemischer Anlagen und dgl. in großem Umfang benutzt. Rostfreie Stähle mit keinem hohen Nickelgehalt, wie z. B. Stähle vom Typ 304 und 316 leiden jedoch, selbst wenn Molybden hinzugefügt wird, zu einer Narben- und Rißkorrosion in Halogenionen enthaltenden aggressiven Umgebungen, und sie werden daher in verhältnismäßig schwach korrosiven Umgebungen verwendet. Dieses Problem ist auch ernsthaft hinsichtlich der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit, weil selbst Legierungen mit hohem Nickelgehalt einschließlich Inconel 600 infolge der allgemeinen Korrosion in korrosionsagressiven Umgebungen an einer Narben- und Rißkorrosion und an einer Wandverdünnung leiden.
Üblicherweise befinden sich feste Legierungen in einem kristallinen Zustand. Wenn jedoch eine besonders zusammengesetzte Legierung verfestigt wird, wie durch rasches Abkühlen aus ihrem flüssigen Zustand, wodurch die Ausbildung der weitreichenden Folge der atomischen Anordnung verhindert wird, dann kann eine Legierung mit einer amorphen Struktur ähnlich der flüssigen Struktur erhalten werden, die amorphe Legierung genannt wird. Die meisten amorphen Legierungen sind homogene, einphasige Legierungen aus übersättigten festen Legierungen. Diese Legierungen haben daher eine beachtlich hohe mechanische Festigkeit im Vergleich mit herkömmlichen in der Praxis verwendbaren Metallen sowie eine ungewöhnlich hohe Korrosionsfestigkeit und verschiedene andere einzigartige Eigenschaften, die von der chemischen Zusammensetzung abhängen. Die gegenwärtigen Erfinder haben korrosionsbeständige amorphe Legierungen mit diesen Eigenschaften untersucht und dabei bestimmte korrosionsbeständige amorphe Legierungen gefunden, die in stark aggressiven wäßrigen Lösungen, wie starke Säuren und Lösungen, die hohe Konzentrationen an Chlorionen enthalten, keine Narben- und Rißkorrosion und keine allgemeine Korrosion zeigen (japanische Patentveröffentlichung Nr. 59-50745).
Diese Erfindung besteht in folgendem: (1) eine korrosionsbeständige amorphe Legierung, gebildet aus 5-40 Atom % Cr und 15-35 Atom % P, wobei der Rest Nickel ist, unempfindlich gegen Narben-, Riß- und allgemeine Korrosion in korrosionsaggressiven Umgebungen, (2) eine korrosionsbeständige amorphe Legierung, gebildet aus 5-40 Atom % Cr, 15-35 Atom % P und mindestens einem Element gewählt aus 3 Atom % oder weniger Al, 10 Atom % oder weniger Mo und weniger als 40 Atom % Fe, wobei der Rest Nickel ist und die Summe von Cr, P, Al, Mo und Fe weniger als 60 Atom % beträgt, unempfindlich gegen Narben-, Riß- und allgemeine Korrosion in korrosionsaggressiven Umgebungen, (3) eine korrosionsbeständige amorphe Legierung, gebildet aus 5-40 Atom % Cr, 15-35 Atom % in der Summe von 5-35 Atom % P und mindestens einem Element gewählt aus C, Si und B, wobei der Rest Nickel ist, unempfindlich gegen Narben-, Riß- und allgemeine Korrosion in korrosionsaggressiven Umgebungen, und (4) eine korrosionsbeständige amorphe Legierung, gebildet aus 5-40 Atom % Cr, 15-35 Atom % in der Summe von 5-35 Atom % P und mindestens einem Element gewählt aus C, Si und B und mindestens einem Element gewählt aus 3 Atom % oder weniger Al, 10 Atom % oder weniger Mo und weniger als 40 Atom % Fe, wobei der Rest Nickel ist und die Summe von Cr, P, C, Si, B, Al, Mo und Fe weniger als 60 Atom % beträgt, unempfindlich gegen Narben-, Riß- und allgemeine Korrosion in korrosionsaggressiven Umgebungen.
Wenn die amorphen Legierungen durch rasches Abschrecken aus ihrem flüssigen Zustand hergestellt werden, dann liegen sie im allgemeinen in Form eines dünnen Blattes von 200 um oder weniger vor, wegen der erforderlichen raschen Wärmeaufnahme der Schmelzwärme, wie dies nachfolgend erläutert wird. Außerdem können herkömmliche Schweißverfahren bei ihnen nicht angewendet werden. Diese Tatsachen beschränken ihre praktische Anwendbarkeit.
Andererseits haben einige der gegenwärtigen Erfinder in der Vergangenheit festgestellt, daß, wenn eine Metallfläche mit einem Strahl von hoher Energiedichte kurzzeitig bestrahlt wird, um ein begrenztes Volumen unverzüglich zu schmelzen, die Wärme des geschmolzenen Bereichs durch das umgebende feste Metall rasch absorbiert wird, und daß diese Erscheinung benutzt werden kann, um eine rasch verfestigte amorphe Oberflächenlegierung auf herkömmlichen Massenmetallen auszubilden (japanische offengelegte Patentveröffentlichungen Nr. 57-155363 und 60-238489).
Bestimmte korrosionswiderstandsfähige amorphe Legierungen auf Nickelbasis sind für ihre Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Umgebungen bekannt, sie wurden aber bisher nicht in der Praxis benutzt. Die Dicke der durch rasches Abkühlen aus dem flüssigen Zustand gebildeten amorphen Legierungen liegt im allgemeinen bei 10 um, im Höchstfall 20 um, weil die Hitze von der Schmelze rasch absorbiert werden muß.
Außerdem sind die amorphen Legierungen thermodynamisch metastabil und sie verlieren ihre besonderen Eigenschaften durch Kristallisation, wenn sie auf höhere Temperaturen als die Kritallisationstemperatur erhitzt werden, was die Anwendung herkömmlicher Schweißverfahren verbietet, die ein Erhitzen der Legierungen erfordern, die Tatsache, daß dünne amorphe Legierungen von einigen Zehntel Mikrometer nicht auf herkömmliche Weise geschweißt werden können, ist das schwerwiegendste Problem, das die praktische Verwendung von korrosionsbeständigen amorphen Legierungen auf Nickelbasis verhindert.
Andererseits ist die extrem hohe Korrosionsfestigkeit von korrosionsbeständigen amorphen Legierungen auf Nickelbasis nicht für die massiven Materialien, sondern für die Materialoberfläche erforderlich.
Die vorliegende Erfindung zielt daraufab, die Beschränkung der Dickenbegrenzung der unschweißbarkeit zu beseitigen durch Behandeln korrosionsbeständiger amorpher Legierungen als Oberflächenlegierungen auf herkömmlichen metallischen Materialmassen.
Durch Studium der Eigenschaften und der Behandlungstechniken amorpher Legierungen haben die gegenwärtigen Erfinder gebunden, daß die Umwandlung einer ausgedehnten Metalloberfläche in ihre amorphe Legierung durch eine Bestrahlungsbehandlung mit einem Strahl von hoher Energiedichte eine wiederholte überlappende Bestrahlung mit einem Strahl hoher Energiedichte eines Teils der zuvor verglasten Phase erfordert, und daß die Bestrahlung mit einem Strahl von hoher Energiedichte das schwierigste Verfahren zur Herstellung amorpher Legierungen ist, die thermodynamisch metastabil sind und daher durch Erwärmen leicht kristallisierbar sind. Die gegenwärtigen Erfinder haben weitere Untersuchungen aufgrund dieser Erkenntnis durchgeführt und festgestellt, daß unter den in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 59-50745 offenbarten Legierungen die erfindungsgemäßen Legierungen amorphe Oberflächenlegierungen von ungewöhnlicher Korrosionsbeständigkeit auf verschiedenen herkömmlichen metallischen Materialien bilden können durch Behandlung mit einem Strahl mit hoher Energiedichte. Dadurch gelangten sie zu der vorliegenden Erfindung.
Amorphe Oberflächenstrukturen in laserverglasten Fe-Ni-Cr- P-B Legierungen sind aus "JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS" Band 3, Nr. 2, Februar 1984, Seiten 141 bis 144 bekannt. In dieser Studie von C. Antonione et al wurde eine einmalige Bestrahlung eines kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahls ohne Überlappungsbestrahlung durchgeführt für die Oberfläche sich rasch bewegender Fe&sub4;&sub0;Ni&sub4;&sub0;P&sub1;&sub4;B&sub6; und Fe&sub3;&sub2;Ni&sub3;&sub6;Cr&sub1;&sub4;P&sub1;&sub2;B&sub6; Legierungen, die zuvor durch Sintern oder Schmelzen von Pulvergemischen hergestellt wurden, und die Ausbildung einer amorphen Struktur wurde durch Elektronen-Durchstrahlungsbeugung nach Ausdünnen des laserbehandelten Bereichs durch elektrochemisches Ätzen bestätigt. Sie bildeten die schmalen amorphen Legierungen in einer einzigen Laserbestrahlungsspur auf spröden Substratlegierungen aus, umfassend die beiden Phasen der Fe-Ni festen Lösung und (Fe,Ni)&sub3;(P,B) und der zwei Phasen der Fe-Ni-Cr festen Lösung und (Fe,Ni,Cr)&sub3;(P,B).
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben früher bei ihrer Untersuchung der Verwendung eines Strahls mit hoher Energiedichte für die Herstellung amorpher Oberflächenlegierungen festgestellt, daß diese Legierungen in einer einzigen Laserbestrahlungsspur amorph werden. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist jedoch eine überlappende Bestrahlungsbehandlung mit einem Strahl hoher Energiedichte erforderlich, um ausgedehnte Oberflächenbereiche in die amorphe Struktur umzuwandeln.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 44-148752 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung einer amorphen Beschichtung, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit haben soll. Bei diesem Verfahren wird ein metallisches Basismaterial auf der Oberfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet, umfassend 5 bis 30 Atom % eines oder mehrerer Mitglieder von B, C, Si, P, 0,2 bis 30 Atom % eines oder mehrerer Mitglieder von Cr, Mo, W, Ti, Al, wobei der Rest aus einem oder mehreren Mitgliedern von Fe, Ni, Co besteht. Die Beschichtung wird auf eine bestimmte Dicke geschmolzen, indem die Oberfläche des Basismaterials, während sie umläuft, mit einem Strahl bestrahlt und abgetastet wird, dessen Energiedichte nicht kleiner als 10&sup4; Watt/cm² ist. Unmittelbar hernach wird das Basismaterial rasch abgekühlt mit einer Geschwindigkeit nicht kleiner als 1.000ºc/sec.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine korrosionsbeständige Struktur geschaffen, umfassend ein kristallines, metallisches Substrat, und eine amorphe Oberflächenlegierung, bestehend aus 8 bis 19 Atom % Cr, 17 bis 22 Atom % der Summe von P und 2 bis 7 Atom % B, wobei der Rest Ni oder Ni-Co, das Co in einem Atomverhältnis von Co/Ni von 2/3 oder weniger enthält, oder Ni-Fe, das Fe in einem Atomverhältnis von Fe/Ni von 1/5 oder weniger enthält, oder Ni-Fe-Co ist, das Fe in einem Atomverhältnis von Fe/(Ni + Co) von 1/5 oder weniger enthält, wobei diese Oberflächenlegierung eine Dicke von 150 um oder weniger hat, hergestellt durch unterziehen einer überlappenden Bestrahlung mit einem Strahl hoher Energiedichte, der wiederholt auf einen Teil der zuvor verglasten Phase aufgebracht wird durch Bewirken einer Relativbewegung zwischen der besagten Struktur und dem Strahl, Steuern der Energiedichte, damit diese 5.000 J/cm² nicht übersteigt, und einer Schmelzdauer, damit diese 5·10&supmin;³ sec nicht übersteigt, wobei das Produkt aus der Strahlungsenergiedichte und der Bestrahlungsdauer bis zu 5 J sec/cm² beträgt, wodurch die besagte Legierung während der Erhitzung und einer nachfolgenden raschen Abkühlung vom geschmolzenen Zustand einer Vermischung und Homogenisierung unterworfen wird.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Bestrahlung mit einem Laserstrahl als Beispiel für eine erfindungsgemäße Betrahlungsbehandlung mit einem Strahl hoher Energiedichte zeigt,
Fig. 2 bis 13 zeigen die Polarisationskurven der erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bis 3 angegeben.
Eine Legierung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Oberflächenlegierung mit einer Dicke von 150 um oder weniger, umfassend 8 bis 19 Atom % Cr und 17 bis 22 Atom % der Summe von P und 2 bis 7 Atom % B, wobei der Rest Ni, Ni-Co, wobei das Atomverhältnis von Co/Ni 2/3 oder kleiner ist, oder Ni-Fe oder Ni-Co-Fe ist, wobei das Atomverhältnis von Fe/Ni oder Fe/ni+Co 1/5 oder kleiner ist, mit einem herkömmlichen kristallinen Substratmetall oder einer Legierung verbunden und durch Behandlung mit einem Strahl hoher Energiedichte hergestellt ist.
Die Legierung nach Anspruch 2 ist eine solche, bei der Cr nach der Legierung gemäß Anspruch 1 durch Mo-Cr mit einem Atomverhältnis von Mo/Cr bis zu 1 ersetzt ist.
Bei der Ausübung der Erfindung ist Cr wesentlich, um eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erzielen.
Mo, P und B bilden amorphe Strukturen mit Ni, Ni-Co, Ni-Fe oder Ni-Co-Fe, wobei die beiden letzteren Fe in einem Atomverhältnis von Fe/Ni oder Fe/Ni+Co von 1/5 oder weniger enthalten, durch rasches Abkühlen aus ihrem flüssigen Zustand.
Es ist nicht notwendig, daß die Legierungen sowohl P als auch B zum Verglasen durch herkömmliche rasche Verfestigungsverfahren, wie z. B. Schmelzverwirbelung, enthalten. Legierungen, die entweder nur P oder nur B enthalten, können aber nicht durch Bestrahlen mit einem Strahl hoher Energiedichte verglast werden. Die erfindungsgemäßen Legierungen enthalten im wesentlichen sowohl P als auch B.
Ni, Ni-Co, Ni-Fe und Ni-Co-Fe, wobei die beiden letzteren in einem Atomverhältnis von Fe/Ni oder Fe/Ni+Co von 1/5 oder weniger vorliegen, sind der Rest in den erfindungsgemäßen Legierungen und bilden amorphe Strukturen, wenn P und B gemeinsam vorhanden sind.
Die oberen und unteren Konzentrationsgrenzen der für die Erfindung brauchbaren Legierungsbestandteile sind diejenigen, bei denen amorphe Oberflächenlegierungen gebildet werden können durch eine nachfolgend beschriebene Behandlung mit einem Strahl hoher Energiedichte, wobei von kristallinen Legierungsschichten oder Schichten ausgegangen wird, die mit herkömmlichen metallischen kristallinen Substratmaterialien verbunden sind.
Anspruch 3 ist auf ein Verfahren zur Herstellung der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen korrosionsbeständigen amorphen Oberflächenlegierungen gerichtet. Dieses Verfahren kann beispielsweise in der Weise ausgeführt werden, daß ein aus Metall oder aus einer Legierung bestimmter Zusammensetzung bestehendes Probenobjekt, das mit einem herkömmlichen kristallinen Substrat aus Metall oder einer Legierung eng verbunden ist, mit einem Strahl hoher Energiedichte während der Bewegung des Probenobjekts oder des Strahls ein- oder mehrmalig bestrahlt wird, um die Strahlungsenergiedichte und die Schmelzdauer zu steuern, damit diese 5.000 J/cm² oder weniger beträgt bzw. 5·10&supmin;³ sec oder kürzer dauert, und um ferner das Produkt aus der Strahlungsenergiedichte und der Schmelzdauer zu steuern, damit dieses 5 J sec/cm² oder weniger beträgt. Durch diese Behandlung wird die Dicke der behandelten Oberflächenschicht auf 150 um oder weniger begrenzt und homogenisiert. Die Behandlung vermeidet eine übermäßige Erhitzung der Schmelze und führt demzufolge zu einer raschen Abkühlung der Schmelze. Die korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung der Erfindung kann daher auf herkömmlichen kristallinen massiven Substraten ausgebildet werden.
Die mit dem Strahl hoher Energiedichte zu bestrahlenden Probenobjekte können mit einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden und umfassen beispielsweise ein Probenobjekt, bestehend aus einem Weicheisensubstrat, auf das Ni-P, Ni-B, Cr und Ni-Mo elektrolytisch abgelagert sind, und das wärmebehandelt ist, um die elektrolytisch abgelagerten Schichten zu verbinden, so daß seine Zusammensetzung und Dicke der Lehre nach der Erfindung entspricht, ein Probenobjekt, das durch Schmelzen und Verfestigen von Legierungsblechen mit den Zusammensetzungen nach der Lehre der Erfindung auf ein kristallines Substrat hergestellt ist, und ein Probenobjekt, das durch Aufsprühen der Schmelze einer erfindungsgemäßen Legierung auf ein Substrat hergestellt ist.
Bei der Herstellung des Probenobjekts kann ein Teil des metallischen Substratmaterials in die Oberflächenschicht diffundieren, aber nicht in einem Ausmaß, daß die Verglasung der Oberflächenlegierung durch die Bestrahlung mit einem Strahl hoher Energiedichte beeinträchtigt wird.
Die Dicke der kristallinen Metalloberflächenschichten einschließlich des Substrats werden so bestimmt, daß die durchschnittlichen Zusammensetzungen der Oberflächenlegierungen den vorstehenden Angaben entsprechen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Bestrahlung mit einem Strahl hoher Energiedichte zur Herstellung der erfindungsgemaßen amorphen Oberflächenlegierung. Ein Probenobjekt, bestehend aus einem Oberflächenmetall oder einer Oberflächenlegierung 2, das bzw. die mit einem Metallsubstrat 3 eng verbunden ist, wird auf einem Kreuzschlitten angeordnet und während der Bestrahlung mit einem Laserstrahl 1 in X-Richtung hin- und herbewegt. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wird das Probenobjekt um eine bestimmte Entfernung in Y-Richtung bewegt, wodurch die gesamte Oberfläche mit dem Laserstrahl 1 bestrahlt wird. Die Hitze des geschmolzenen Bereichs wird hauptsächlich von der darunterliegenden festen Phase absorbiert, was zu einer raschen Abkühlung der geschmolzenen Phase führt.
Wie im Anspruch 3 angegeben, bestimmt die Steuerung der Bestrahlungsenergiedichte und der Bestrahlungsdauer des Strahls hoher Energiedichte das Ausmaß der Lösung des Metallsubstrats 3 in die zu bildende Oberflächenlegierung, die Zusammensetzung der erhaltenen Oberflächenlegierung und auch die rasche Abkühlung der Schmelze. Übermäßiges Schmelzen verändert die Zusammensetzung des geschmolzenen Bereichs gegenüber derjenigen, die durch rasches Abkühlen verglasen kann. Eine übermäßige Wärmezufuhr führt zu einer Überhitzung des den geschmolzenen Bereich umgebenden festen Metalls, wodurch eine rasche Abkühlung des geschmolzenen Bereichs verhindert und eine Kristallisation eines Teils der zuvor verglasten Phase bewirkt wird. Demzufolge sollte die Laserbestrahlung eine verglasbare Schmelze mit einer Tiefe von 150 um oder weniger bilden. Um eine rasche Abkühlung zu gewährleisten, sollte die Bestrahlungsenergiedichte und die Bestrahlungsdauer des Strahles hoher Energiedichte überwacht werden, damit sie 5.000 J/cm² oder weniger bzw. 5·10&supmin;³ sec oder kürzer beträgt, und das Produkt aus der Bestrahlungsenergiedichte und der Bestrahlungsdauer des Strahls hoher Energiedichte sollte 5 J sec/cm³ oder weniger betragen.
Wenn die Bestrahlung des Strahls hoher Energiedichte unzureichend ist, um die Mehrfachschichten oder die mit einem Bereich des Metallsubstrats kombinierten Schichten homogen zu vermischen für eine Verglasung durch rasches Abkühlen, dann ist eine wiederholte Bestrahlung mit dem Strahl hoher Energiedichte erforderlich, um die Legierungsbildung und die Homogenisierung der Oberflächenlegierung abzuschließen. Wenn die Homogenisation unzureichend ist, dann ist der Schmelzpunkt im allgemeinen hoch, und eine Absorption des Strahls hoher Energiedichte ist schwierig. In einem solchen Fall ist eine gesteigerte und wiederholte Bestrahlung mit dem Strahl hoher Energiedichte, die 5 J sec/cm² übersteigt, wirksam, um die Oberflächenlegierung zu homogenisieren, und die nachfolgende Verglasung bei einem Produkt aus der Bestrahlungsenergiedichte und der Schmelzdauer von weniger als 5 J sec/cm² führt zur Bildung einer amorphen Oberflächenlegierung. Eine ausreichende Homogenisierung führt zu einer Absenkung des Schmelzpunkts und zu einer verbesserten Absorption des Strahls mit hoher Energie, und die nachfolgende Behandlung bei geringerer Energiedichte für eine kürzere Zeitdauer ergibt eine verglaste amorphe Legierung. Wenn der Schmelzpunkt des Substratmetalls wesentlich höher ist als derjenige des Beschichtungsmetalls, dann wird das Beschichtungsmetall während der Homogenisierung der Schmelze des Beschichtungsmetalls und des Substrats verdampft, und demzufolge ist eine zusätzliche Beschichtung erforderlich, um den Verdampfungsverlust auszugleichen.
Die hohe Korrosionsbeständigkeit metallischer Materialien wird erzielt, wenn diese eine ausreichende Menge an Elementen enthalten, die einen Schutzfilm (passiver Film) bilden können, der in einer aggressiven Umgebung stabil ist und die homogen sind, um die Ausbildung eines gleichförmig passiven Films zu gewährleisten. Die herkömmlichen kristallinen Legierungen enthalten jedoch chemisch heterogene multiple Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften und erbringen nicht die korrosionsbeständigen Eigenschaften. Bei den durch Schmelzen, Vermischen und Eigenabkühlung gebildeten amorphen Oberflächenlegierungen sind die in den oberflächenschichten und Substraten enthaltenen Elemente gleichförmig verteilt. Die erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen sind homogene einphasige Legierungen als Folge einer raschen Verfestigung, die eine örtliche Konzentration von Legierungsbestandteilen verhindert und die demzufolge eine überaus große Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-15 Atom % Cr-16 Atom % P-4 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die bandförmige Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem zu bestrahlenden Probenobjekt führte, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Ein Behandlungszyklus wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine seitliche Tippschaltbewegung von 125 um in Y-Richtung. Zwei Zyklen einer solchen Behandlung ergaben eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat.
Ein Teil des Probenobjekts wurde herausgeschnitten, mit Siliziumkarbidschmirgelpapier und einem Schwingschleifer poliert, und die durchschnittliche Dicke der amorphen Oberflächenlegierungsschicht wurde mit einem optischen Mikroskop und mit einem Elektronenabtastmikroskop gemessen. Dabei zeigte sich, daß die durchschnittliche Dicke 20 um betrug. Eine Röntgenstrahl-Mikroanalyse ergab, daß die amorphe Oberflächenlegierung ungefähr 4 Atom % Fe enthielt.
Fig. 2 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 2

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-12 Atom % Cr-16 Atom % P-4 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die bandförmige Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem Probenobjekt führte, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem
Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite Behandlung wurde durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y- Richtung. Eine dritte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 694,44 J/cm² und einer Schmelzdauer von 5,56·10&supmin;&sup4; sec bei einer Bewegung von 100 um in der Y- Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 3 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 3

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-14 Atom % Cr-16 Atom % P-4 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 im und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem zu bestrahlenden Probenobjekt führte, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite Behandlung wurde durchgeführt, ausgenommen die Bewegung um 100 um in Y- Richtung. Eine dritte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 694,44 J/cm² und einer Schmelzdauer von 5,56·10&supmin;&sup4; sec bei einer Bewegung von 100 um in der Y- Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 4 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 4

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-17 Atom % Cr-16 Atom % P-4 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem Probenobjekt führt, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite und eine dritte Behandlung wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 125 um in Y-Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 5 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 5

Legierungsbarren wurden hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmospnäre. Der Barren wurden benutzt, um bandförmige Ni-15 Atom % Cr-14 Atom % P-4 Atom % B und Ni-15 Atom % Cr-15 Atom % P-4 Atom % B Legierungen mit einer Dicke von 40 im und einer Breite von 6 mm herzustellen. Jede Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Die Stahlbleche wurden in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurden die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem zu bestrahlenden Probenobjekt führte, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem
Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite Behandlung wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung. Eine dritte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 625 J/cm² und einer Schmelzdauer von 5·10&supmin;&sup4; sec bei einer Bewegung von 100 um in der Y- Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 6 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Ni-15 Atom % Cr-14 Atom % P-4 Atom % B Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 6

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-15 Atom % Cr-14 Atom % P-6 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem Probenobjekt führte, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite Behandlung wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung. Eine dritte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 694,44 J/cm² und einer Schmelzdauer von 5,56·10&supmin;&sup4; sec bei einer Bewegung von 100 um in der Y- Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 7 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 7

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmo sphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-15 Atom % Cr-16 Atom % p-3 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem Probenobjekt führt, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite und eine dritte Behandlung wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung. Eine vierte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 892,86 J/cm², einer Schmelzdauer von 7,14·10&supmin;&sup4; sec und einer Bewegung von 100 um in Y-Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 8 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 8

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-15 Atom % Cr-18 Atom % P-2 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem Probenobjekt führt, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem
Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·¹&sup0;&supmin; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite und eine dritte Behandlung wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 9 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 9

Legierungsbarren wurden hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Die Barren wurde benutzt, um bandförmige Ni-15 Atom % Cr-15 Atom % P-5 Atom % B und Ni-15 Atom % Cr-17 Atom % P-2 Atom % B Legierungen mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Jede Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Die Stahlbleche wurden in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem Probenobjekt führt, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einer Leistung von 400 W und einem
Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite und eine dritte Behandlung wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung. Eine vierte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 625 J/cm², einer Schmelzdauer von 5·10&supmin;&sup4; sec mit einer Bewegung von 100 um in Y-Richtung, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 10 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30 C. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 10

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytchrom, Molybdänmetall und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-10 Atom % Cr-5 Atom % Mo-16 Atom % P-4 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem Probenobjekt führte, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einer Leistung von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 1041,7 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 8,33·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Eine zweite Behandlung wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung. Eine dritte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 625 J/cm² und einer Schmelzdauer von 5·10&supmin;&sup4; sec, was eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Fig. 11 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 11

Eine Ni-23,9 Atom % P Legierung mit einer Dicke von 20 ,im und eine Ni-22,2 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 4,55 m (richtig: um) wurde stromlos aufgebracht, und Chrom mit einer Dicke von 4,9 um wurde galvanisch auf ein Weicheisenblech von 70 mm Länge, 20 mm Breite und 3,2 mm Dicke aufgebracht. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem zu bestrahlenden Probenobjekt führte, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 3135 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 2,5·10&supmin;³ sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Zwei solche Behandlungszyklen ergaben eine Oberflächenlegierung, bestehend aus einem Gemisch von amorphen und kristallinen Phasen. Eine dritte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 1041,7 J/cm² und einer Schmelzdauer von 8,33·10&supmin;&sup4; sec bei einer Bewegung von 100 um in der Y- Richtung. Eine vierte Behandlung wurde durchgeführt bei einer Bestrahlungsenergiedichte von 625 J/cm² und einer Schmelzdauer von 5·10&supmin;&sup4; sec bei einer Bewegung von 100 um in der Y- Richtung, was eine amorphe Ni- 14,8 Atom % Cr-16 Atom % P-4 Atom % B Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat ergab.
Die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC war im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 2 gezeigt, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 12

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolytkobalt, Elektrolytchrom, Molybdänmetall und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-10 Atom % Co-15 Atom % Cr-16 Atom % P-4 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die bandförmige Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem zu bestrahlenden Probenobjekt führt, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 781,25 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 6,25·10&supmin;&sup4; sec. während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Zwei solche Behandlungszyklen wurden durchgeführt, und weitere zwei Behandlungszyklen wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung, wodurch eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat erhalten wurde.
Fig. 12 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt.
Es zeigte sich, daß eine überaus korrosionsbeständige amorphe Oberflächenlegierung auf dem kristallinen Weicheisensubstrat erhalten werden kann.

Beispiel 13

Ein Legierungsbarren wurde hergestellt durch Induktionsschmelzen bestimmter Mengen von Nickelphosphid, Elektrolytnickel, Elektrolyteisen, Elektrolytchrom, Molybdänmetall und Borkristall in einer Argonatmosphäre. Der Barren wurde benutzt, um eine bandförmige Ni-10 Atom % Fe-15 Atom % Cr-16 Atom % P-4 Atom % B Legierung mit einer Dicke von 40 um und einer Breite von 6 mm herzustellen. Die Legierung wurde mit einem Weicheisenblech von 50 mm Länge, 10 mm Breite und 3,2 mm Dicke punktgeschweißt. Das Stahlblech wurde in einem Vakuum wärmebehandelt und in einer Diffusionsölpumpe im Vakuum abgekühlt. Durch diese Behandlung wurde die Oberflächenlegierung geschmolzen, wobei sich ein Teil des Substratmetalls auflöste, was zu einem zu bestrahlenden Probenobjekt führt, bestehend aus einer kristallinen Oberflächenlegierung, die mit dem Weicheisen verbunden ist.
Das Probenobjekt wurde auf einem in X-Richtung hin- und hergehenden Kreuzschlitten angeordnet und mit einem kontinuierlichen CO&sub2; Laserstrahl mit einem Ausgang von 400 W und einem Durchmesser von 200 um bestrahlt. Die Bestrahlungsenergiedichte betrug 625 J/cm², und die Schmelzdauer betrug 5·10&supmin;&sup4; sec. Während jedes Bewegungshubes in X-Richtung wurde das Probenobjekt um 50 um in Y-Richtung bewegt. Zwei solche Behandlungszyklen wurden durchgeführt, und weitere zwei Behandlungszyklen wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, ausgenommen eine Bewegung von 100 um in Y-Richtung, wodurch eine amorphe Oberflächenlegierung auf dem Weicheisensubstrat erhalten wurde.
Fig. 13 zeigt die anodische Polarisationskurve der amorphen Oberflächenlegierung gemessen in IN HCL Lösung bei 30ºC. Diese Legierung war selbständig passiv in einem ausgedehnten passiven Bereich bis zu dem Potentialbereich des transpassiven Bereichs von Chrom, was eine überaus hohe Korrosionsbeständigkeit anzeigt. Die erfindungsgemäßen amorphen Oberflächenlegierungen sind überaus korrosionsbeständig auf kristallinen Weicheisensubstraten.
Die korrosionsbeständigen amorphen Oberflächenlegierungen zeigen ihre Eigenschaften in sehr aggressiven Umgebungen und können mit dem neuartigen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Das Verfahren erfordert keinen komplizierten oder kostspieligen Vorgang. Die erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen und das Verfahren zu ihrer Herstellung eignen sich zum praktischen Gebrauch.

Claims

1. Korrosionsbeständige Struktur, umfassend:

ein kristallines, metallisches Substrat; und eine amorphe Oberflächenlegierung, bestehend aus 8 bis 19 Atom % Cr, 17 bis 22 Atom % der Summe von P und 2 bis 7 Atom % B, wobei der Rest Ni oder Ni-Co, das Co in einem Atomverhältnis von Co/Ni von 2/3 oder weniger enthält, oder Ni-Fe, das Fe in einem Atomverhältnis von Fe/Ni von 1/5 oder weniger enthält, oder Ni-Fe-Co ist, das Fe in einem Atomverhältnis von Fe/(Ni + Co) von 1/5 oder weniger enthält, wobei diese Oberflächenlegierung eine Dicke von 150 um oder weniger hat, hergestellt durch:

Unterziehen einer überlappenden Bestrahlung mit einem Strahl hoher Energiedichte, der wiederholt auf einen Teil der zuvor verglasten Phase aufgebracht wird durch Bewirken einer Relativbewegung zwischen der besagten Struktur und dem Strahl, Steuern der Energiedichte, damit diese 5000 J/cm² nicht übersteigt, und einer Schmelzdauer, damit diese 5·10&supmin;³ sec nicht übersteigt, wobei das Produkt aus der Strahlungsenergiedichte und der Bestrahlungsdauer bis zu 5 J sec/cm² beträgt, wodurch die besagte Legierung während der Erhitzung und einer nachfolgenden raschen Abkühlung vom geschmolzenen Zustand einer Vermischung und Homogenisierung unterworfen wird.

2. Korrosionsbeständige Struktur nach Anspruch 1, wobei Cr durch Mo bis zu einem Atomverhältnis von Mo/Cr gleich 1 ersetzt wird.