DE4027011A1 - Verfahren zur verbesserung der korrosionsbestaendigkeit nitrocarburierter bauteile aus eisenwerkstoffen - Google Patents
Verfahren zur verbesserung der korrosionsbestaendigkeit nitrocarburierter bauteile aus eisenwerkstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung
der Korrosionsbeständigkeit nitrocarburierter Bauteile
aus Eisenwerkstoffen, die nach der Nitrocarburierung
einer oder mehrerer Oxidationsbehandlungen und
gegebenenfalls einer mechanischen Bearbeitung
unterworfen sind, durch Überziehen mit einer dünnen
Schicht eines organischen Materials.
Die Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen aus
Eisenwerkstoffen, die nitrocarburiert und von der
Nitrocarburiertemperatur in Wasser oder in Öl
abgeschreckt wurden, ist gegenüber dem unbehandelten
Zustand erheblich verbessert. Dabei ist es
unerheblich, ob die Nitrocarburierbehandlung im
Salzbad, im Gas oder im Plasma durchgeführt worden
ist.
Eine weitere Steigerung der Korrosionsbeständigkeit
kann erzielt werden, wenn im Anschluß an das
Nitrocarbuieren eine Oxidationsbehandlung erfolgt. Das
kann z. B. geschehen durch eine Wasserdampfbehandlung
im Temperaturbereich 500 bis 580°C. Die Oxidation im
Anschluß an das Nitrocarburieren kann außerdem in
einem oxidierenden Salzbad durchgeführt werden, wie
dies beispielsweise in der DE-PS 29 34 113 beschrieben
ist.
Wird die Nitrocarburierung im Salzbad durchgeführt, so
wird man den Oxidationsvorgang sofort anschließen,
d. h. die Bauteile ohne Zwischenabkühlung direkt vom
Nitrocarburier- in das Oxidationssalzbad umhängen.
Wird dagegen im Gas oder im Plasma nitrocarburiert,
muß im allgemeinen zunächst auf Raumtemperatur
abgekühlt und die Oxidation anschließend durch
Einhängen in das Salzbad bewirkt werden. Zwar
resultiert auch bei dieser Verfahrensweise eine
erhebliche Steigerung der Korrosionsbeständigkeit, sie
ist aber geringer als bei Salzbadnitrocarburierung mit
direkter Oxidation im Salzbad ohne Zwischenkühlung.
Eine weitere Steigerung der Korrosionsbeständigkeit
ist möglich, wenn im Anschluß an die
Oxidationsbehandlung eine mechanische
Oberflächenbearbeitung (z. B. Polieren, Läppen,
Gleitschleifen) und eine nochmalige Oxidation erfolgt.
Die mit dieser Arbeitsweise erzielten Werte der
Korrosionsbeständigkeit (z. B. im Salzsprühtest) sind
vergleichbar mit denen qualitativ erstklassiger
galvanischer Schichten oder besser als diese.
Aus der EP-PS 00 77 627 ist ein Verfahren bekannt,
nitrocarburierte Bauteile aus Eisenwerkstoffen mit
einer Oxidschicht zu versehen und sie dann
abzuschrecken. Anschließend können die Bauteile mit
einem dünnen Wachsüberzug ausgestattet werden. Dieser
Wachsfilm bringt in der Praxis allerdings keinen
nennenswerten Zuwachs an Korrosionsbeständigkeit.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
nitrocarburierter Bauteile aus Eisenwerkstoffen,
die nach der Nitrocarburierung einer oder mehrerer
Oxidationsbehandlungen und gegebenenfalls einer
mechanischen Bearbeitung unterworfen sind, durch
Überziehen mit einer dünnen Schicht eines organischen
Materials zu entwickeln, das zu einer signifikanten
Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit führt, ohne
die sonstigen mechanischen Eigenschaften und das
optische Aussehen zu verändern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die vorbehandelten Bauteile in eine 1-40%ige Lösung
eines aushärtbaren Kunstharzes in Wasser und/oder
organischen Lösungsmitteln eingetaucht und
anschließend 2 bis 30 Minuten bei 80 bis 200oC
wärmebehandelt werden.
Vorzugsweise verwendet man eine Lösung, die 5 bis
25 Gew.% eines wärmeaushärtbaren Kunstharzes enthält.
Neben Epoxidharzen, Melaminharzen, Polyesterharzen und
Polyurethanharzen haben sich für diesen
Anwendungszweck Alkydharze, Acrylatharze und
Phenolharze als am geeignetsten erwiesen. Die
Temperatur und die Zeit der Wärmebehandlung ist von
der Art des verwendeten Kunstharzes abhängig. Die
Kunstharze können dabei in reiner oder modifizierter
Form angewendet werden. Die Lösung wird
vorteilhafterweise so gewählt, daß eine
Kunstharzschicht mit einer Dicke von 0,2 bis 5 µm
entsteht.
Durch die erfindungsgemäße Nachbehandlung der
vorbehandelten Bauteile wird deren
Korrosionsbeständigkeit überraschenderweise ganz
erheblich gesteigert. Es werden Werte erreicht,
die weit über die reine Schutzwirkung einer dünnen
Kunstharzschicht hinausgehen. So wird die
Korrosionsbeständigkeit im Salzsprühtest nach
DIN 50021 um das mehrfache gesteigert. Selbst nach
3000 Stunden zeigen mehrere Proben im Salzsprühtest
keinen Korrosionsangriff (siehe Tabelle). Die
Dauerfestigkeit und der Verschleißwiderstand des
Bauteils bleiben dabei erhalten, die Farbe wird nicht
verändert. Durch die Nachbehandlung wird auch die
Oberflächenrauhigkeit vermindert. Das ist im
allgemeinen erwünscht, kann aber in Einzelfällen auch
unerwünscht sein (veränderte Gleiteigenschaften,
Ölhaftung). Durch Verwendung geeigneter Zusätze zum
Tauchbad für die Nachbehandlung kann die Rauhtiefe
innerhalb weiter Grenzen verändert werden. Als
Zusatzstoff kommt z. B. hochdisperse Kieselsäure
infrage.
Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemäße
Verfahren näher erläutern:
Dabei wurden Proben aus dem Stahl Ck35 mit den Abmessungen 10 mm Durchmesser und einer Länge von 150 mm verwendet. Aus Gründen der statistischen Sicherung wurden pro Test 10 Proben verwendet, die völlig gleichartig behandelt wurden, und zwar jeweils gleichzeitig in einer Charge. Als Korrosionsprüfung diente der Salzsprühtest nach DIN 50021, Ausfallkriterium war der erste sichtbare Korrosionspunkt. In der nachstehenden Tabelle ist jeweils der Mittelwert der zehn Proben, die Standardabweichung und der niedrigste und höchste Wert angegeben. Die Prüfung wurde generell nach 3000 Stunden abgebrochen. Proben, die sich nach diesem Zeitpunkt noch korrosionsfrei im Test befanden, wurden bei der Berechnung von Mittelwert und Standardabweichung mit 3000 Stunden angenommen.
Dabei wurden Proben aus dem Stahl Ck35 mit den Abmessungen 10 mm Durchmesser und einer Länge von 150 mm verwendet. Aus Gründen der statistischen Sicherung wurden pro Test 10 Proben verwendet, die völlig gleichartig behandelt wurden, und zwar jeweils gleichzeitig in einer Charge. Als Korrosionsprüfung diente der Salzsprühtest nach DIN 50021, Ausfallkriterium war der erste sichtbare Korrosionspunkt. In der nachstehenden Tabelle ist jeweils der Mittelwert der zehn Proben, die Standardabweichung und der niedrigste und höchste Wert angegeben. Die Prüfung wurde generell nach 3000 Stunden abgebrochen. Proben, die sich nach diesem Zeitpunkt noch korrosionsfrei im Test befanden, wurden bei der Berechnung von Mittelwert und Standardabweichung mit 3000 Stunden angenommen.
- 1. Die Bauteile wurden ohne Nitrocarburierbehandlung und ohne organischen Überzug dem Salzsprühtest unterzogen.
- 2. Die nicht vorbehandelten Bauteile wurden 1 Minute in die wäßrige Lösung eines Alkydharzes getaucht, 10 Minuten bei 80° getrocknet und 10 Minuten bei 160°C behandelt. Die Alkydharzlösung bestand aus 25 Gewichtsteilen eines epoxidharzmodifizierten Alkydharzes in 280 Gewichtsteilen eines Wasser- Methoxipropoxipropanolgemisches (Verhältnis 20 : 1).
- 3. Die nicht vorbehandelten Bauteile wurden 2 Minuten in eine Acrylatharzlösung getaucht, 30 Minuten bei 80°C getrocknet und 10 Minuten bei 100°C behandelt. Die Acrylatharzlösung bestand aus 10 Gewichtsteilen eines Acrylatharzes mit 1,4% OH-Gruppen in 200 Gewichtsteilen Xylol-Butylacetat (Verhältnis 8 : 2).
- 4. Die nicht vorbehandelten Bauteile wurden 5 Minuten in eine Phenolharzlösung aus 10 Gewichtsteilen eines Phenolharzes und 200 Gewichtsteilen Toluol getaucht, 10 Minuten bei 80°C getrocknet und 30 Minuten bei 180°C behandelt.
- 5. Die Bauteile wurden 90 Minuten bei 580oC in einem Salzbad (37% Cyanat, 1,3% Cyanid, Rest Carbonat und Kationen) nitrocarburiert, nach dem Abkühlen 10 Minuten bei 370°C in einem Salzbad aus Alkalihydroxid mit 10% Natriumnitrat oxidiert und in Wasser von 20°C abgeschreckt.
- 6. Die nach Beispiel 5 nitrocarburierten Bauteile wurden nach Beispiel 2 in eine Alkydharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 7. Die nach Beispiel 5 nitrocarburierten Bauteile wurden nach Beispiel 3 in eine Acrylatharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 8. Die nach Beispiel 5 nitrocarburierten Bauteile wurden nach Beispiel 4 in eine Phenolharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 9. Die Bauteile wurden wie in Beispiel 5 nitrocarburiert und oxidiert, anschließend durch Gleitschleifen mechanisch bearbeitet und nochmals 10 Minuten im Salzbad oxidiert und in Wasser von 20°C abgeschreckt.
- 10. Die nach Beispiel 9 vorbehandelten Bauteile wurden nach Beispiel 2 in eine Alkydharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 11. Die nach Beispiel 9 vorbehandelten Bauteile wurden in Beispiel 3 in eine Acrylatharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 12. Die nach Beispiel 9 vorbehandelten Bauteile wurden nach Beispiel 4 in eine Phenolharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 13. Die Bauteile wurden bei 580° in Gas (120 Minuten in einem Gasgemisch aus je 50 Vol.% Ammoniak und Exogas und 60 Minuten in einem Gasgemisch aus je 50 Vol.% Ammoniak und Endogas) nitrocarburiert. Das Abkühlen erfolgte in Reinststickstoff. Danach wurde 60 Minuten bei 550°C in Wasserdampf oxidiert und langsam abgekühlt.
- 14. Die nach Beispiel 13 nitrocarburierten und oxidierten Bauteile wurden nach Beispiel 2 in eine Alkydharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 15. Die nach Beispiel 13 vorbehandelten Bauteile wurden nach Beispiel 3 in eine Acrylatharzlösung getaucht und nachbehandelt.
- 16. Die nach Beispiel 13 vorbehandelten Bauteile wurden nach Beispiel 4 in eine Phenolharzlösung getaucht und nachbehandelt.
Claims (3)
1. Verfahren zur Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit nitrocarburierter Bauteile
aus Eisenwerkstoffen, die nach der
Nitrocarburierung einer oder mehrerer
Oxidationsbehandlungen und gegebenenfalls einer
mechanischen Bearbeitung unterworfen sind, durch
Überziehen mit einer dünnen Schicht eines
organischen Materials,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vorbehandelten Bauteile in eine 1 bis
40%ige Lösung eines aushärtbaren Kunstharzes in
Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln
eingetaucht und anschließend 2 bis 30 Minuten bei
80 bis 200°C wärmebehandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lösung 5 bis 25 Gew.% eines
wärmeaushärtbaren Kunstharzes enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Kunstharz Alkydharze, Acrylharze und
Phenolharze verwendet werden.
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