DE4330641A1 - Bauteil aus einem Eisenwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus einem Eisenwerkstoff, dessen Oberfläche durch Nitrieren oder Nitrocarburieren unter Ausbildung verschleißfester und korrosionsbeständiger Deckschichten mit Stick­ stoff oder Stickstoff und Kohlenstoff angereichert ist.

Es ist bekannt, daß beim Nitrocarburieren durch gleichzeitige Einlage­ rung von Stickstoff und Kohlenstoff in die Oberfläche eines Bauteiles aus Stahl, Gußeisen oder Sintereisenwerkstoff dessen metallischer Charakter der Oberfläche soweit verändert wird, daß der Verschleißwi­ derstand, die Dauerfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit steigen. Dabei wird eine Nitrierschicht gebildet, die aus der außenliegenden Verbindungsschicht aus ∈- oder γ′-Eisen und der daran anschließenden Diffusionsschicht besteht (Leybold Durferrit GmbH, Technische Mit­ teilungen zum Salzbad-Nitrocarburieren).

Es ist auch bekannt, daß durch eine oxidierende Nachbehandlung der beim Nitrocarburieren gebildeten Verbindungsschicht die Korrosions­ beständigkeit nochmals verbessert werden kann. So wird beispielsweise in der DE-PS 32 25 686 ein Verfahren beschrieben, bei dem nitrocarbu­ rierte Bauteile in Wasserdampf oxidiert werden, wobei diese zwischen Nitrocarburierung und Oxidierung geglättet, vorzugsweise geläppt werden. Dabei entsteht eine zusätzliche Schicht aus Fe₃O₄, die keine elektrochemische Rostschutzwirkung aufweist, sondern ihre Schutzwir­ kung durch ein Abdecken der Oberfläche realisiert. Diese Fe₃O₄-Schicht ist mit einer lackähnlichen Oberflächenschicht vergleichbar.

In der Praxis zeigte es sich allerdings, daß dieses Verfahren nicht immer zu ausreichenden Rostschutzleistungen führt, wenn z. B. Teile aufgrund ihrer Geometrie nicht wirtschaftlich vor dem Oxidieren po­ liert werden können. Was bei Achsen und Wellen gut möglich ist, zeigt sich bei Drehteilen oder tiefgezogenen Blechteilen als eine sehr unwirtschaftliche Polierbearbeitung. Da diese Teile meist aus Kosten­ gründen nicht als Einzelteile, sondern als Schüttgut bzw. als Trommel­ ware behandelt werden, ergeben sich beim Poliervorgang an den sich berührenden Kanten sogenannte Schlagstellen, d. h. die relativ spröde Verbindungsschicht der nitrierten bzw. nitrocarburierten Teile neigt zum Abplatzen, so daß die darüberliegende Oxidschicht an dieser Stelle ebenfalls abgetragen wird und zunächst optisch störende helle Stellen an deren ansonsten einheitlich schwarz aussehenden Oberfläche ent­ stehen. An diesen abgeplatzten Stellen setzt die Korrosion an, so daß das gesamte Bauteil als nicht hinreichend rostgeschützt gilt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Korrosionsschutz von nitrier­ ten bzw. nitrocarburierten Teilen wesentlich zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche mit einer galvanisch aufgebrachten Korrosionsschutzschicht aus einem metallischen Werkstoff versehen ist.

Das so entstehende Verbundsystem zwischen galvanischem Rostschutz auf der Oberfläche und metallurgischem Verschleißschutz durch thermochemi­ sche Behandlung wie Nitrieren und Nitrocarburieren, führt zu einem verschleißfesten dauerfesten Bauteil mit höchstem Korrosionsschutz, der kathodisch wirksam ist. D.h. der kathodische Korrosionsschutz ist auch dann noch wirksam, wenn die galvanisch aufgebrachte Metallschicht das Bauteil nicht mehr an allen Stellen völlig bedeckt.

Werden beispielsweise nitrocarburierte Bauteile in einer Schüttgut­ trommel mit einem galvanischen Überzug versehen und treten durch die rotierende Reibung der Teile aneinander blanke Stellen durch Abplat­ zungen der spröden Verbindungsschicht auf, so ist aufgrund des katho­ dischen Korrosionsschutzes auch an diesen verfahrensbedingt auftreten­ den blanken Stellen ein Korrosionsschutz gegeben. Letztendlich ist durch die typische Porosität der erzeugten Verbindungsschicht ein Reservoir für die galvanische Schutzschicht gegeben, so daß unter der eigentlichen galvanischen Schicht im sogenannten Porensaum kathodisch wirkende metallische Rostschutzpotentiale vorhanden sind.

Vorteilhafter Weise verwendet man als Korrosionsschutzschicht eine galvanische Zinkschicht, deren funktionelle Wirkung als korrosions­ hemmender Überzug seit langem bekannt ist. Zum Abscheiden einer Zink­ schicht verwendet man beispielsweise ein schwach saures, ammonium­ freies Bad mit folgender Zusammensetzung: 20-50 g/l Zn²⁺; 100-125 g/l Cl⁻; 10-30 g/l Borsäure.

Die Korrosionsschutzschicht kann auch eine binäre Werkstoffzusammen­ setzung aufweisen. Derartige Legierungen sind beispielsweise Zink/ Nickel, Zink/Eisen, Zink/Kobalt. So werden beispielsweise zur Abschei­ dung von Zink-Eisen-Legierungen den galvanischen Bädern Eisenionen in Form von wasserlöslichen Eisensalzen, wie Eisensulfat, Eisenchlorid, Eisensulfamat zugesetzt. Je nach Badzusammensetzung und Betriebsbedin­ gungen ist der Eisenanteil der abzuscheidenen Legierung in einem Bereich kleiner 1,1% regulierbar.

Die Korrosionsschutzschicht kann auch eine ternäre Werkstoffzusammen­ setzung aufweisen. Beispielsweise haben sich Zink/Nickel/Kobalt oder Zink/Eisen/Nickel für die Praxis als geeignet erwiesen. Ebenfalls wie bei den binären Korrosionsschutzschichten läßt sich auch hier über die Zusammensetzung des Elektrolyten und dessen Betriebsbedingungen die abzuscheidende Legierung variieren.

Zur vollen Entfaltung der Wirksamkeit der galvanisch abgeschiedenen Korrosionsschutzschicht genügt eine Schichtdicke im Bereich von 0,5- 3 µm. Zweckmäßigerweise genügt bei großflächigen ebenen Teilen, wie beispielsweise einer Welle ein in der Stärke etwas dünnerer Überzug, während bei Kleinteilen, die als Trommelware galvanisiert werden und in der Regel eine unregelmäßig geformte Oberflächenstruktur mit her­ vorstehenden und zurückversetzen Bereichen aufweisen, 3 µm abgeschie­ den werden sollten.

Als Bauteile sind sämtliche denkbar, die eine verschleißfeste und korrosionsbeständige Deckschicht benötigen, beispielsweise Wellen, Achsen, Wälzlagerbauteile, Kupplungsbauteile oder Hydraulikbauteile. Je nach geometrischer Abmessung werden diese in den entsprechenden galvanischen Bädern als Gestellware oder als Schüttgut mit einer Korrosionsschutzschicht versehen.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert:

Eine Welle aus C45 wird nach entsprechender mechanischer Bearbeitung 1,5 Stunden bei 670 Grad Celsius in einer Atmosphäre nitrocarburiert, die 60% Ammoniak und 40% Endogas enthält. Nach anschließendem Ab­ schrecken in einem Ölbad bei 70 Grad Celsius wird die Welle in übli­ cher Weise entfettet und anschließend so vorbehandelt, daß die für den Verschleißschutz ausschlaggebende Eisennitridschicht einerseits nicht abgetragen aber andererseits ausreichend aktiviert wird.

Die derartig vorbehandelte Welle wurde in einem galvanischen schwach sauren Zinkbad, das 45 g/l Zinkionen, 105 g/l Chloridionen und 12 g/l Borsäure enthält, bei Raumtemperatur mit einer Stromdichte von 3 A/dm² galvanisiert. Die Expositionszeit wird so eingestellt, daß das Bauteil mit einer Korrosionsschutzschicht von 2 µm überzogen ist. Die ver­ zinkte Welle zeigt ein seidenglänzendes Aussehen des gut haftenden Überzuges.

Claims (6)

1. Bauteil aus einem Eisenwerkstoff, dessen Oberfläche durch Nitrieren oder Nitrocarburieren unter Ausbildung verschleißfester und korro­ sionsbeständiger Deckschichten mit Stickstoff oder Stickstoff und Kohlenstoff angereichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober­ fläche mit einer galvanisch aufgebrachten Korrosionsschutzschicht aus einem metallischen Werkstoff versehen ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metalli­ sche Korrosionsschutzschicht eine Zinkschicht ist.

3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metalli­ sche Korrosionsschutzschicht eine binäre Werkstoffzusammensetzung, beispielsweise Zink/Eisen, Zink/Kobalt, Zink/Nickel, aufweist.

4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metalli­ sche Korrosionsschutzschicht eine ternäre Werkstoffzusammensetzung, beispielsweise Zink/Nickel/Kobalt, aufweist.

5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht­ dicke der aufgebrachten Korrosionsschutzschicht 0,5-3 µm beträgt.

6. Bauteil nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Wellen, Achsen, Wälzlagergehäuse, Flansche, Wälzlagerbauteile, Kupplungsbau­ teile oder Hydraulikbauteile mit einer galvanisch aufgebrachten Korro­ sionsschutzschicht versehen sind.