DE69602226T2 - Eisenlegierung mit Fe-Al Diffusionsschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Eisenlegierung mit Fe-Al Diffusionsschicht und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
- Publication number
- DE69602226T2 DE69602226T2 DE69602226T DE69602226T DE69602226T2 DE 69602226 T2 DE69602226 T2 DE 69602226T2 DE 69602226 T DE69602226 T DE 69602226T DE 69602226 T DE69602226 T DE 69602226T DE 69602226 T2 DE69602226 T2 DE 69602226T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate
- diffusion layer
- thickness
- iron alloy
- hardness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims description 183
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 257
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 203
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 71
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 69
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 238000000333 X-ray scattering Methods 0.000 claims description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 claims description 5
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 45
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 16
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- 229910018084 Al-Fe Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910018192 Al—Fe Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 6
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 208000019300 CLIPPERS Diseases 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 208000021930 chronic lymphocytic inflammation with pontine perivascular enhancement responsive to steroids Diseases 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 3
- 238000004125 X-ray microanalysis Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- -1 e.g. Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002551 Fe-Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001005 Ni3Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N alumanylidynechromium Chemical compound [Al].[Cr] QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005486 sulfidation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
- C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Eisenlegierung, die mit einem rostfreien Fe- Cr-Stahl als Substrat und einer Fe-Al-Diffusionsschicht mit verbesserter Härte ausgebildet ist, die für aufeinander gleitende Teile wie beispielsweise Zahnräder und Lagerungen oder Schneiden von elektrischen Rasierern oder Haarschneidegeräten verwendet werden kann, und auf ein Verfahren zum Herstellen dieser Eisenlegierung.
- In der Vergangenheit wurden kohlenstoffhaltige Werkzeugstähle, hochgekohlte rostfreie Stähle und ausscheidungsgehärtete rostfreie Stähle für aufeinander gleitende Teile wie Zahnräder und Lagerungen oder Schneidwerkzeuge verwendet. Diese Stähle zeigen eine ausgezeichnete mechanische Zähigkeit und Stoßfestigkeit, allerdings ist die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit der Stähle nicht immer ausreichend, um den aufeinander gleitenden Teilen oder Schneidwerkzeugen eine lange Lebensdauer zu geben. Um dieses Problem zu lösen, wird vorgeschlagen, keramische Materialien wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) oder Zirkonoxid (ZrO&sub2;) mit hervorragender Härte und Verschleißfestigkeit zu verwenden. Allerdings besteht ein anderes Problem dahingehend, daß die mechanische Zähigkeit der keramischen Materialien wesentlich geringer als die der Stähle. Außerdem ist es nicht leicht, keramische Materialien auf die unterschiedlichen Formen von gleitenden Teilen oder Schneidwerkzeugen zu bearbeiten. Daher ist es erwünscht, ein Material mit verbesserter Härte und Verschleißfestigkeit zu entwickeln, während die mechanische Festigkeit und Zähigkeit der Stähle beibehalten wird.
- Beispielsweise beschreibt die frühere japanische Patentanmeldung (KOKAl) 4-250995 ein Klingenmaterial für elektrische Rasierer und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Klingenmaterial umfaßt ein Substrat wie beispielsweise einen unmagnetischen rostfreien Stahl großer Härte, eine Fe-Mn-Legierung oder Be-Cu-Legierung, eine intermetallische Komponentenschicht aus Al und in dem Substrat enthaltenen Metallelementen, z.B. und Ni und Fe, und eine Al&sub2;O&sub3;-Schicht auf der intermetallischen Komponentenschicht. Das Klingenmaterial kann mit den Schritten hergestellt werden, Ni- und Al-Folien auf das Substrat zu plattieren, so daß sich die Ni-Folie zwischen dem Substrat und der Al-Folie befindet, Erhitzen des plattierten Substrats in Vakuum oder einer Oxidationsatmosphäre, um eine intermetallische Komponentenschicht aus NiAl und/oder Ni&sub3;Al und der Al&sub2;O&sub3;-Schicht auszubilden. Wenn die Wärmebehandlung unter Vakuum durchgeführt wird, wird das plattierte Substrat bei einer Temperatur von 400ºC bis 650ºC während einer bis 20 Minuten erwärmt. Wenn die Wärmebehandlung in der Oxidationsatmosphäre erfolgt, wird das plattierte Substrat auf eine Temperatur von 600ºC bis 1000ºC während 5 bis 20 Stunden erhitzt. Da allerdings die Diffusionsrate von Ni-Atomen in das Substrat wesentlich langsamer als die der Al-Atome in das Substrat ist, und außerdem die Ni-Atome die Diffusion von Al-Atomen in das Substrat verhindern, besteht dahingehend ein Problem, daß die Adhäsion zwischen dem Substrat und der intermetallischen Komponentenschicht nicht ausreicht.
- Das britische Patent 1278085 beschreibt einen Aluminium-diffusionsbeschichteten Stahl mit sulfidationsbeständigen Eigenschaften in einer Atmosphäre hoher Temperatur und Drucks. Der beschichtete Stahl beinhaltet einen Stahl mit einer Oberflächenschicht, die durch ein Aluminium-Diffusionsbeschichtungsverfahren erzeugt ist. Das Verfahren zeichnet sich durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 800 bis 950ºC aus. Die Oberflächenschicht besteht aus einer Aluminiumlegierung und hat eine Dicke von höchstens 300 um. Der Aluminiumgehalt des Oberflächenbereichs der Oberflächenschicht ist weniger als 30 Gew.-%. Beispielsweise ist das Substrat ein Legierungsstahl mit Kohlenstoff von höchstens 0,5 Gew.-% und mindestens einem Element, ausgewählt von Mo in einer Menge von 0,1 bis 1,2 Gew.-%, Cr von höchstens 10 Gew.-% und Ni von höchstens 4,5 Gew.-%. Für das Aluminium- Diffusionsbeschichtungsverfahren kann ein Pulverbeschichtungsverfahren, Gasverfahren, keramisches Adsorptionsverfahren oder Heißtauch- und Diffusionsverfahren angewendet werden. Da allerdings der Aluminiumgehalt der Oberflächenschicht weniger als 30 Gew.-% beträgt, ist es schwierig, harte Al-Fe-intermetallische Verbindungen wie Al&sub3;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe oder Al&sub5;Fe&sub2; in der Oberflächenschicht auszubilden. Als Ergebnis ist die Oberflächenschicht nicht ausreichend, um große Härte und Verschleißbeständigkeit bereitzustellen.
- Um die Oberflächenhärte und Verschleißbeständigkeit eines Stahls zu verbessern, stellt die vorliegende Erfindung eine Eisenlegierung mit einem rostfreien Fe-Cr-Stahl als Substrat und einer Fe-Al-Diffusionsschicht auf dem Substrat bereit, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der rostfreie Stahl hat eine Vickers-Härte von 400 oder mehr. Die Diffusionsschicht zeichnet sich dadurch aus, daß (1) die Dicke der Diffusionsschicht im Bereich von 2 bis 50 um liegt; (2) die Diffusionsschicht zumindest 90 Vol.-% einer intermetallischen Verbindung von Al und Fe bezüglich des Gesamtvolumens der Diffusionsschicht enthält; und (3) der Aluminiumgehalt innerhalb einer Dicke von zumindest 2 um der Diffusionsschicht 35 bis 65 Gew.-% beträgt, basiert auf dem Gesamtgewicht eines Bereichs der Diffusionsschicht, der sich bis zu der Dicke von zumindest zwei um bewegt.
- Daher besteht eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Eisenlegierung mit einem rostfreien Fe-Cr-Stahl als Substrat und einer Fe-Al-Diffusionsschicht auf dem Substrat bereitzustellen, welche eine verbesserte Härte und Verschleißbeständigkeit aufweist, während die mechanische Festigkeit und Zähigkeit des Substrats beibehalten werden.
- Vorzugsweise enthält die intermetallische Verbindung in der Diffusionsschicht zumindest eine aus der Gruppe, die aus Al&sub2;Fe, Al&sub5;Fe&sub2;, Al&sub3;Fe und Al&sub1;&sub3;Fe&sub4; besteht. Insbesondere enthält die Diffusionsschicht vorzugsweise die intermetallische Verbindung in einer solchen Menge, daß die Diffusionsschicht zumindest 10% eines Spitzenverhältnisses zeigt, welches festgelegt ist durch 100 · P1 / (P1 + P2), wobei P1 eine Hauptspitzenhöhe für die intermetallische Verbindung und P2 eine Hauptspitzenhöhe für Al&sub2;Fe und AlFe&sub3; ist. Die Werte P1 und P2 können in einem Röntgenstreuungsprofil festgestellt werden, welches mittels Röntgenstreuung an der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht erhalten wird.
- Vorzugsweise wird als Substrat ein ausscheidungsgehärteter rostfreier Stahl verwendet, mit 66 bis 81,9 Gew.-% Fe, 15 bis 20 Gew.-% Cr, 3 bis 13 Gew.-% Ni und einem Element ausgewählt aus 3 bis 6 Gew.-5 Cu, 0,5 bis 2 Gew.-% Al und 0,01 bis 0,2 Gew.-% von insgesamt C und N, oder ein hochgekohlter rostfreier Stahl mit 73 bis 89,9 Gew.-% Fe, 10 bis 19 Gew.- % Cr, 0,1 bis 1,2 Gew.-% C und weniger als 3 Gew.-% Ni.
- Wenn als Substrat der rostfreie ausscheidungsgehärtete Stahl verwendet wird, kann die Eisenlegierung nach der vorliegenden Erfindung nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Das bedeutet, daß eine Al-Schicht auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet wird, um ein Al-beschichtetes Substrat bereitzustellen. Das Al-beschichtete Substrat wird auf eine Temperatur von 450 bis 600ºC während 0,5 bis 4 Stunden aufgeheizt, um dem Substrat dadurch eine Vickers-Härte von 400 oder mehr zu geben, und gleichzeitig diffundieren Al- und Fe-Atome jeweils in das Substrat und die Al-Schicht, so daß die Fe-Al-Diffusionsschicht in der Oberfläche des beschichteten Substrats gebildet wird.
- Wenn andererseits als Substrat der rostfreie, hochgekohlte Stahl verwendet wird, kann die Eisenlegierung nach der vorliegenden Erfindung nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Das bedeutet, daß eine Al-Schicht auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet wird, um ein Al-beschichtetes Substrat bereitzustellen. Das Al-beschichtete Substrat wird während 15 bis 180 Sekunden auf eine Temperatur von 900 bis 1100ºC aufgeheizt, damit Al- und Fe-Atome jeweils in das Substrat und die Al-Schicht diffundieren, so daß die Fe-Al- Diffusionsschicht in der Oberfläche des beschichteten Substrats erzeugt wird. Dann wird das beschichtete Substrat von der Wärmebehandlungstemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 10ºC/sec oder mehr gekühlt, so daß sich eine Vickers-Härte von 400 oder mehr im Substrat ergibt.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
- Fig. 1 ist eine SEM-Photographie eines Querschnitts einer Eisenlegierung nach der vorliegenden Erfindung, mit EPMA (Elektronensonden-Mikroanalyse) Profilen von Al, Fe und Cr;
- Fig. 2 zeigt eine erläuternde Skizze der EPMA-Profile von Fig. 1;
- Fig. 3 zeigt Kurven, die die Veränderungen der Al- und Cr-Gehalte in der Tiefe von der äußeren Oberfläche einer Diffusionsschicht der Eisenlegierung zeigen;
- Fig. 4 ist eine Kurve, die die Veränderung der Vickers-Härte in der Tiefe von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht zeigt;
- Fig. 5 ist ein Röntgenstreuungsprofil, welches mittels Röntgenstreuung an der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht erhalten wurde;
- Fig. 6 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Oberflächenhärte (senkrechte Achse) der Diffusionsschicht und dem Al-Gehalt (horizontale Achse) zeigt, der in einer Tiefe von etwa 2 um von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht enthalten ist; und
- Fig. 7 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Oberflächenhärte (vertikale Achse) der Diffusionsschicht und dem Spitzenverhältnis (horizontale Achse) von Fe-Al-intermetallischen Verbindungen zeigt.
- Eine Eisenlegierung nach der vorliegenden Erfindung enthält ein Substrat aus einem rostfreien Fe-Cr-Stahl und einer Fe-Al-Diffusionsschicht auf dem Substrat.
- Das Substrat hat eine Vickers-Härte von 400 oder mehr. Insbesondere wird dann, wenn die vorliegende Eisenlegierung für Klingen von Schneidwerkzeugen wie beispielsweise elektrische Rasierer oder Haarschneider verwendet wird, bevorzugt, als Substrat einen ausscheidungsgehärteten rostfreien Stahl zu verwenden, mit 66 bis 81,9 Gew.-% Fe, 15 bis 20 Gew.- % Cr, 3 bis 13 Gew.-% Ni, und einem Element, welches ausgewählt ist von 3 bis 6 Gew.-% Cu, 0,5 bis 2 Gew.-% Al und insgesamt 0,01 bis 0,2 Gew.-% C und N, oder einen hochgekohlten rostfreien Stahl mit 73 bis 89,9 Gew.-% Fe, 10 bis 19 Gew.-% Cr, 0,1 bis 1,2 Gew.-% C und weniger als 3 Gew.-% Ni.
- Die Fe-Al-Diffusionsschicht hat eine Dicke im Bereich von 2 bis 50 um. Wenn die Dicke weniger als 2 um beträgt, ist sie ungenügend, um der Eisenlegierung einen verbesserten Verschleißwiderstand zu geben. Wenn die Dicke mehr als 50 um beträgt, entstehen dahingehend Probleme, daß die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht sinkt, die Härte des Substrats benachbart zu der Diffusionsschicht sinkt, oder die mechanische Zähigkeit der Diffusionsschicht verschlechtert wird. Insbesondere wird dann, wenn die Eisenlegierung für eine Klinge mit einer scharfen Kante verwendet wird, bevorzugt, daß die Diffusionsschicht eine Dicke von 5 bis 15 um hat, um das Auftreten von Mikro-Abspanungen an der scharfen Kante zu verhindern.
- Der innerhalb einer Tiefe von zumindest 2 um der Diffusionsschicht enthaltene Al-Gehalt beträgt 35 bis 65 Gew.-%, auf der Basis des Gesamtgewichts eines Bereichs der Diffusionsschicht bis zu der Dicke von zumindest 2 um. Wenn der Al-Gehalt weniger als 35 Gew.-% beträgt, reicht er nicht aus, um der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht eine verbesserte Härte und Verschleißbeständigkeit zu geben. Wenn der Al-Gehalt mehr als 65 Gew.-% be trägt, bildet sich ein reiner Al-Bereich und/oder eine feste Fe-Al-Lösung mit geringer Härte in der Diffuionsschicht.
- Beispielsweise ist in Fig. 1 eine SEM-Photographie eines Querschnitts einer Diffusionsschicht mit einer Dicke von etwa 10 um dargestellt. Zusätzlich sind in Fig. 2 EPMA (Electron Probe Micro Analysis, Elektronensonden-Mikroanalyse) Profile von Al, Fe und Cr, die entlang einer horizontalen Linie auf der SEM-Photographie analysiert worden sind, dargestellt. Der Punkt Do entspricht der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht. Das EPMA-Profil von Al, mit Bezugszeichen 21 bezeichnet, zeigt, daß die Diffusionsschicht einen Oberflächenbereich mit einer hohen Konzentration von Al hat, wobei die Al-Konzentration in der Diffusionsschicht von dem Oberflächenbereich bis in eine Tiefe von etwa 10 um allmählich abnimmt. Andererseits sind die EPMA-Profile von Fe und Cr mit 22 bzw. 23 bezeichnet. Die Fe- und Cr-Konzentrationen nehmen von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht bis in eine Tiefe von etwa 10 um allmählich zu. Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Ni- Beschichtung, die auf der Diffusionsschicht ausgebildet ist, um die SEM-Photographie aufzunehmen.
- Fig. 3 zeigt die Veränderungen der Al- und Cr-Gehalte in der Tiefe von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht, die quantitativ mittels einer Röntgenstrahlen-Mikroanalyse analysiert worden sind. Die Kurve des Al-Gehalts zeigt, daß der innerhalb einer Tiefe von etwa 2 um von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht enthaltene Al-Gehalt im Bereich von 45 bis 60 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht eines Bereichs der Diffusionsschicht, die bis zu der Dicke von etwa 2 um reicht. Da der Al-Gehalt von 60 Gew.-% etwa 76 Atom-% entspricht, kann angenommen werden, daß Al&sub3;Fe in der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht gebildet wird.
- Die Veränderung der Vickers-Härte in der Tiefe von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht ist in Fig. 4 dargestellt. Die Härte wurde unter einer Belastung von 2 gf. gemessen. Aus der Kurve nach Fig. 4 ist ersichtlich, daß die große Härte (Hv) von etwa 1140 über den Bereich der Diffusionsschicht von der äußeren Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 6 um stabil erhalten wird. Dieser Bereich der Diffusionsschicht entspricht im wesentlichen dem Bereich des Al-Gehalts von 35 bis 60 Gew.-%, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Härte nimmt allmählich von dem Bereich in Richtung auf die Tiefe von etwa 10 um ab und erreicht schließlich etwa 500 als Substrathärte.
- Die Diffusionsschicht kann durch eine Röntgenstrahlenstreuung identifiziert werden. Beispielsweise ist in Fig. 5 ein Röntgenstrahlungs-Streuungsprofil der Diffusionsschicht dargestellt. Dieses Röntgenstrahlenprofil wurde aufgenommen unter Verwendung einer Röntgenstrahlungs-Streuungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Cu-kα-Röntgenstrahlungsquelle und einem Goniometer 2θ-θ bei einer Beschleunigungsspannung von 40 kV und einem Strom von 200 mA. Die Röntgenstrahlung wurde auf die äußere Oberfläche der Diffusionsschicht eingestrahlt. Das Röntgenstrahlenprofil zeigt, daß die Diffusionsschicht eine Vielzahl von intermetallischen Komponenten aus Fe und Al enthält. Da die Spitzen von Al&sub3;Fe mit den Spitzen von Al&sub1;&sub3;Fe&sub4; und Al&sub5;Fe&sub3; überlappen, können sie nicht getrennt identifiziert werden. Daher kann man die durch das Symbol O in dem Röntgenstrahlungsprofil nach Fig. 5 bezeichneten Spitzen dahingehend deuten, daß zumindest ein Element aus der Gruppe Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub5;Fe&sub2; und Al&sub3;Fe vorhanden ist. Weiterhin überlappen manche Spitzen von Al&sub2;Fe, die in dem Röntgenstrahlungsprofil mit dem Symbol X bezeichnet sind, mit den Spitzen der intermetallischen Komponenten, die durch das Symbol O bezeichnet sind. Andererseits überlappen die Spitzen von AlFe, mit dem Symbol Δ bezeichnet, mit den Spitzen von AlFe&sub3;, welches mit dem Symbol bezeichnet ist. Als Ergebnis kann geschlossen werden, daß die Diffusionsschicht dieses Röntgenstrahlungsprofils Al&sub2;Fe, AlFe&sub3; und zumindest eines von Al&sub5;Fe2, Al&sub3;Fe und Al&sub1;&sub3;Fe&sub4; enthält. Da weiterhin der Oberflächenbereich mit einer hohen Konzentration von Al in der Nähe der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht gebildet ist, wie Fig. 2 zeigt, und eine hohe Vickers-Härte im Oberflächenbereich der Diffusionsschicht gemessen wird, wie Fig. 4 zeigt, kann angenommen werden, daß in der Nähe der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht eine relativ große Menge von Al-reichen und harten intermetallischen Komponenten wie Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub3;Fe und Al&sub5;Fe&sub2; vorhanden ist.
- In der vorliegenden Erfindung enthält die Diffusionsschicht zumindest 90 Vol.-% einer intermetallischen Komponente aus Al und Fe, bezogen auf das Gesamtvolumen der Diffusionsschicht. Das Volumenverhältnis (V: Vol.-%) kann durch die folgende Gleichung bestimmt werden:
- V(Vol.-%) = 100 · S1 / (S1 + S2)
- wobei S1 die Gesamtheit der Spitzenbereiche sämtlicher Al-Fe-intermetallischen Verbindungen ist, die auf einem Röntgenstrahlungs-Streuungsprofil identifiziert werden, und S2 die Ge samtheit der Spitzenbereiche aus reinem Al und/oder einer Al-Legierung ist, in der Fe hauptsächlich eine feste Lösung mit Al bildet, mit Ausnahme der Al-Fe-intermetallischen Verbindungen auf dem Röntgenstrahlungsprofil. Wenn das Volumenverhältnis weniger als 90 Vol.- % beträgt, sinkt die Härte der Diffusionsschicht aufgrund des reinen Al und der Al-Legierung, die in der Diffusionsschicht verbleiben. Beispielsweise werden die Spitzen von reinem Aluminium und der Aluminiumlegierung in dem Röntgenstrahlungsprofil von Fig. 5 nicht identifiziert, so daß das Volumenverhältnis der Al-Fe-intermetallischen Verbindung in der Diffusionsschicht 100 Vol.-% beträgt.
- Im übrigen zeigt das Röntgenstrahlungsprofil nach Fig. 5 keinerlei Spitze des Substrats. Da die Dicke der Diffusionsschicht allerdings dünner ist, können Spitzen des Substrats auftauchen. Wenn andererseits der Al-Gehalt an der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht mehr als 65 Gew.-% beträgt, können Spitzen von reinem Al identifiziert werden. Weiterhin sei bemerkt, daß keine Spitze von Al&sub2;O&sub3; in dem Röntgenstrahlungsprofil identifiziert wird. Mit anderen Worten wird in der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht nach der vorliegenden Erfindung keine Al&sub2;O&sub3;-Schicht ausgebildet. Ferner enthält die Diffusionsschicht eine kleine Menge Cr, wie Fig. 3 zeigt. Allerdings werden in dem Röntgenstrahlungsprofil nach Fig. 5 keinerlei intermetallische Verbindungen von Al und Cr identifiziert. Selbst wenn eine kleine Menge einer Al-Cr-intermetallischen Verbindung in der Diffusionsschicht ausgebildet wird, besteht hierin kein Problem, da die Härte der Diffusionsschicht nicht abgesenkt wird.
- Die Diffusionsschicht nach der vorliegenden Erfindung beinhaltet vorzugsweise die Al-reiche intermetallische Verbindung in einer solchen Menge, daß die Diffusionsschicht zumindest 10% eines Spitzenverhältnisses (P %) zeigt, welches durch die folgende Gleichung festgelegt ist:
- P(%) = 100 · P1 / (P1 + P2)
- wobei P1 eine Hauptspitzenhöhe für die Al-reiche intermetallische Verbindung von zumindest einem Element aus der Gruppe ist, die aus Al&sub3;Fe&sub4;, Al&sub5;Fe&sub2;, Al&sub3;Fe und Al&sub2;Fe besteht, und P2 eine Hauptspitzenhöhe für AlFe und AlFe&sub3; ist. P1 und P2 können aus einem Röntgenstrahlungs-Streuungsprofil erhalten werden, welches durch Röntgenstrahlenstreuung an der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht erhalten wird. In dem Röntgenstrahlungsprofil nach Fig. 5 kann das Spitzenverhältnis entsprechend der Hauptspitzenhöhe P1 bestimmt werden, die bei etwa 43,3º beobachtet wird, und der Hauptspitzenhöhe P2, die bei etwa 43,7º beobachtet wird. Das Spitzenverhältnis beträgt etwa 90%.
- Als nächstes werden Verfahren zum Herstellen der Eisenlegierung nach der vorliegenden Erfindung eingeführt. Wenn als Substrat der ausscheidungsgehärtete rostfreie Stahl verwendet wird, wird die Eisenlegierung durch das folgende Verfahren hergestellt. Eine Al-Schicht wird auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet, um ein Al-beschichtetes Substrat bereitzustellen. Die Al-Schicht kann durch Heißtauchen, Elektroplattieren, Vakuumablagern, Plattieren oder Sandwichwalzen ausgebildet werden. Das Al-beschichtete Substrat wird auf eine Temperatur von 450 bis 600ºC während einer Haltezeit von 0,5 bis 4 Stunden aufgeheizt, damit Al- und Fe-Atome wechselseitig in das Substrat und die Al-Schicht diffundieren, so daß die vorstehend erläuterte Diffusionsschicht in der Oberfläche des beschichteten Substrats ausgebildet wird. Weiterhin wird die Ausscheidungshärtung des Substrats durch die Wärmebehandlung veranlaßt, so daß die Härte des Substrats zumindest eine Vickers-Härte von 400 erreicht. Da die Diffusionsschicht durch die wechselweise Diffusion zwischen Metallelementen des Substrats, d.h. Fe und Cr sowie Al der Al-Schicht gebildet wird, ist es möglich, eine ausgezeichnete Haftung zwischen der Diffusionsschicht und dem Substrat herzustellen. Wenn die Temperatur weniger als 450ºC oder die Haltezeit weniger als 0,5 Stunden beträgt, reicht die wechselweise Diffusion nicht aus, um die Diffusionsschicht zu bilden, und es ist auch schwierig, die Ausscheidungshärtung des Substrats zu erzielen. Wenn die Temperatur mehr als 600ºC oder die Haltezeit mehr als 4 Stunden beträgt, geht der Ausscheidungshärtevorgang zu weit, so daß die Härte des Substrats sinkt. Daher wird bevorzugt, daß wenn die Wärmebehandlungstemperatur zwischen 450 und 600ºC ansteigt, die Haltezeit im Bereich zwischen 0,5 und 4 Stunden abgesenkt wird.
- Andererseits wird in dem Fall, daß als Substrat der hochgekohlte rostfreie Stahl verwendet wird, die Eisenlegierung durch das folgende Verfahren hergestellt. Eine Al-Schicht wird auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet, um ein Al-beschichtetes Substrat bereitzustellen. Das Al-beschichtete Substrat wird auf eine Temperatur von 900 bis 1100ºC während einer Haltezeit von 15 bis 180 Sekunden aufgeheizt, um dadurch Al- und Fe-Atome wechselweise in das Substrat bzw. in die Al-Schicht diffundieren zu lassen, so daß die vorstehend erläuterte Diffusionsschicht in der Oberfläche des beschichteten Substrats ausgebildet wird. Anschließend wird das beschichtete Substrat von dieser Temperatur bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 10ºC/sek. oder mehr abgekühlt. Eine Abschreckungshärtung des Substrats wird durch den Abkühlungsschritt verursacht, so daß das Substrat eine Vickers-Härte von zumindest 400 erreicht. Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit weniger als 10ºC/sek. beträgt, kann die Härte des Substrats durch das Abschreckungshärten nicht verbessert werden. Wenn die Temperatur weniger als 900ºC beträgt, ist die Wirkung des Abschreckungshärtens nicht ausreichend. Wenn die Temperatur mehr als 1100ºC beträgt oder die Haltezeit länger als 180 Sekunden dauert, sinkt die Härte der Diffusionsschicht oder die Härte des Substrats benachbart zu der Diffusionsschicht aufgrund einer schnellen Diffusion von Al-Atomen in das Substrat. Wenn andererseits die Haltezeit weniger als 15 Sekunden beträgt, ist die wechselseitige Diffusion zwischen Metallelementen des Substrats und des Al aus der Al-Schicht unzureichend für die Bildung der Diffusionsschicht, und außerdem erfolgt die Abschreckungshärtung nicht gleichmäßig über das Substrat. Daher wird als Temperatur für die Wärmebehandlung 900 bis 1100ºC und als Haltezeit 15 bis 180 Sekunden bevorzugt.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 3 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Al-Schichten mit einer Dicke von 45 um wurden auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats mittels Elektroplattierung ausgebildet, um ein Al-beschichtetes Substrat mit einer Dicke von 3,09 mm zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgelistet ist, wurde das Al- beschichtete Substrat auf 1050ºC während 180 Sekunden in Luft erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 60ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 1 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 45 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 600. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 900. Die Härte wurde unter einer Belastung von 2 gf gemessen. Gemäß einem Röntgenstrahlungs- Streuungsprofil, welches mittels Röntgenstrahlungsstreuung an der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht erhalten wurde, wurde ein Volumenverhältnis (V: Vol.-%) von Al-Feintermetallischen Verbindungen in der Diffusionsschicht durch die folgende Gleichung bestimmt:
- V(Vol.-%) = 100 · S1 / (S1 + S2)
- wobei S1 die Gesamtheit der Spitzenbereiche sämtlicher Al-Fe-intermetallischen Verbindungen ist, die auf dem Röntgenstrahlungsprofil identifiziert wurden, und S2 die Gesamtheit der Spitzenbereiche von reinem Al und/oder einer Al-Legierung ist, in der Fe hauptsächlich eine feste Lösung mit Al bildet, außer den Al-Fe-intermetallischen Verbindungen auf dem Röntgenstrahlungsprofil. In Beispiel 1 beträgt das Volumenverhältnis 97 Vol.-%.
- Zusätzlich wurde ein Spitzenverhältnis (P: %) durch die folgende Gleichung bestimmt:
- P(%) = 100 · P1 / (P1 + P2)
- wobei P1 eine Spitzenhöhe der Hauptspitze (etwa 43,3º) von Al-reichen intermetallischen Verbindungen (Al&sub2;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub3;Fe und/oder Al&sub5;Fe&sub2;) ist und P2 eine Spitzenhöhe der Hauptspitze (etwa 43,7º) von weiteren Fe-Al-intermetallischen Verbindungen (AlFe und/oder AlFe&sub3;) ist. In Beispiel 1 beträgt das Spitzenverhältnis 40%.
- Der Al-Gehalt innerhalb einer Tiefe von etwa 2 um von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht wurde über eine Röntgenstrahlungs-Mikroanalyse bestimmt. In Beispiel 1 beträgt der Al-Gehalt 45 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts eines Bereichs der Diffusionsschicht bis zu der Dicke von etwa 2 um.
- Die gleichen Analysen und Messungen wie Beispiel 1 wurden in den anschließend beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen ausgeführt.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit eine Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit Al-Schichten von 20 um Dicke zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 975ºC während 120 Sekunden in Luft aufgeheizt und dann mit einer Geschwindigkeit von 15ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 2 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 20 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 480. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1020.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,1 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 16,5 Gew.-% Cr, 0,9 Gew.-% C, 0,4 Gew.-% Mo und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 15 um auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 0,12 mm zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 1000ºC während 30 Sekunden in Luft erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 3 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 13 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 500. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1000.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 12,5 Gew.-% Cr, 0,7 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit Al- Schichten von 8 um Dicke zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 900ºC während 180 Sekunden in Luft aufgeheizt und dann bei einer Geschwindigkeit von 30ºC/Sekunde abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 4 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 8 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 420. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1100.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,3 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 14 Gew.-% Cr, 1,1 Gew.-% C und Rest Eisen. Nach dem Al-Folien auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit Al-Schichten von 15 um Dicke zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat bei 1100ºC während 15 Sekunden in Luft erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 20ºC/Sekunde abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 5 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 15 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 550. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 810.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,18 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 14 Gew.-% Cr, 1,0 Gew.-% C und Rest Eisen. Danach wurden Al-Schichten mit einer Dicke von 3 um auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats durch Vakuumablagerung von Al erzeugt, um ein Al-beschichtetes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das beschichtet Substrat auf 1000ºC während 15 Sekunden in einer Gasmischung aus Ar und N2 erhitzt und dann bei einer Geschwindigkeit von 10ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 6 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 3 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 550. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 700.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,15 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit Al-Schichten von 10 um Dicke zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat bei 975ºC während 30 Sekunden in Luft erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 15ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 7 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 10 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 500. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1140.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 6 um auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat bei 925ºC während 60 Sekunden in Luft erhitzt und dann bei einer Geschwindigkeit von 30ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 8 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 5 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 450. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1150.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 2 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Danach wurden Al-Schichten mit einer Dicke von 30 um auf gegenüberliegende Flächen des Substrats mittels Vakuumablagerung von Al erzeugt, um ein Al-beschichtetes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das beschichtete Substrat während 90 Sekunden in einer Gasmischung aus Ar und N2 auf 1100ºC erhitzt und dann bei einer Geschwindigkeit von 20ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 9 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 30 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 550. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 630.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 18 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Ni, 0,1 Gew.-% von (C + N) und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 13 um auf gegenüber liegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al- Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 0,48 mm zu erhalten. Zusätzlich wurde das plattierte Substrat kaltgewalzt, um eine Dicke von 0,2 mm zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat dann auf 550ºC während zwei Stunden in Argongas erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 10 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 5 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 550. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1100.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 18 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Ni, 0,1 Gew.-% von (C + N) und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 9 um auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al- Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 0,48 mm zu erhalten. Zusätzlich wurde das plattierte Substrat kaltgewalzt, um eine Dicke von 0,2 mm zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat dann auf 500ºC während zwei Stunden in Argongas erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 11 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 3 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 450. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1100.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 18 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Ni, 0,05 Gew.-% von (C + N) und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 13 um auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al- Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 0,48 mm zu erhalten. Zusätzlich wurde das plattierte Substrat kaltgewalzt, um eine Dicke von 0,2 mm zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat dann auf 600ºC während zwei Stunden in Argongas erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 12 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 5 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 500. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 850.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 1 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 16 Gew.-% Cr, 4 Gew.-% Ni, 4 Gew.-% Cu und Rest Eisen. Eine Vorbehandlung zur Ausbildung fester Lösungen wurde auf das Substrat bei 1050ºC angewendet. Danach wurden Al-Folien mit einer Dicke von 6 um auf gegenüberliegenden Flächen des behandelten Substrats aufgebracht und das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 490ºC während vier Stunden in Luft erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 13 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 5 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 400. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1150.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 17 Gew.-% Cr, 7 Gew.-% Ni, 1 Gew.-% Al und Rest Eisen. Eine Vorbehandlung zur Ausbildung fester Lösungen wurde auf das Substrat bei 1000ºC angewendet. Danach wurden Al-Folien mit einer Dicke von 6 um auf gegenüberliegenden Flächen des behandelten Substrats aufgebracht und das Substrat mit den Al-Folien gerollt, um ein Al-plattiertes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 575ºC während 1,5 Stunden in Luft erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 14 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 6 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 400. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1100.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 17 Gew.-% Cr, 7 Gew.-% Ni, 1 Gew.-% Al und Rest Eisen. Eine Vorbehandlung zur Ausbildung fester Lösungen wurde auf das Substrat bei 1050ºC angewendet. Al-Schichten mit einer Dicke von 3 um wurden auf gegenüberliegenden Flächen des behandelten Substrats mittels Vakuumablagerung von Al erzeugt, um ein Al-beschichtetes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das beschichtete Substrat auf 575ºC während 1,5 Stunden in Luft erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Beispiel 15 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 3 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 410. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 950.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,15 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats aufgebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 10 um zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat bei 1150ºC während 120 Sekunden in Luft erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 20ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 1 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 10 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 300. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 400. Mittels Röntgenstrahlen-Streuungsanalyse wurde identifiziert, daß die Diffusionsschicht keine Al-reichen intermetallischen Verbindungen aus Al&sub2;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub3;Fe und Al&sub5;Fe&sub2; enthält. Da allerdings festgestellt wurde, daß die Diffusionsschicht andere intermetallische Verbindungen aus AlFe und AlFe&sub3; enthält, wurde das Volumenverhältnis bestimmt.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,18 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 10 um zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 850ºC während 60 Sekunden in Luft erhitzt und dann bei einer Geschwindigkeit von 30ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 2 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 10 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 350. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1200.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,15 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 10 um zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 975ºC während 5 Sekunden in Luft aufgeheizt und dann mit einer Geschwindigkeit von 15ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 3 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 10 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 350. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 350. Mittels Röntgenstrahlungs-Streuungsanalyse wurde bestimmt, daß die Diffusionsschicht keine Al-reichen intermetallischen Verbindungen von Al&sub2;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub3;Fe und AlSFe&sub2; enthält.
- Da allerdings bestimmt wurde, daß die Diffusionsschicht andere intermetallische Verbindungen von AlFe und AlFe&sub3; enthält, wurde das Volumenverhältnis bestimmt. Zusätzlich wurde identifiziert, daß die Diffusionsschicht reines Al enthält.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,15 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 10 um zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 975ºC während 240 Sekunden in Luft aufgeheizt und dann mit einer Geschwindigkeit von 15ºC /sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 3 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 10 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 400. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 450. Mittels Röntgenstrahlungs-Streuungsanalyse wurde bestimmt, daß die Diffusionsschicht keine Al-reichen intermetallischen Verbindungen von Al&sub2;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub3;Fe und Al&sub5;Fe&sub2; enthält.
- Da allerdings bestimmt wurde, daß die Diffusionsschicht andere intermetallische Verbindungen von AlFe und AlFe&sub3; enthält, wurde das Volumenverhältnis bestimmt.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,15 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 13,5 Gew.-% Cr, 1,2 Gew.-% Mo, 0,4 Gew.-% C und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 10 um zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat auf 975ºC während 30 Sekunden in Luft aufgeheizt und dann mit einer Geschwindigkeit von 3ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 3 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 10 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 380. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 1150.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 3 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 14 Gew.-% Cr, 0,2 Gew.-% C und Rest Eisen. Al- Schichten mit einer Dicke von 60 um wurden auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats durch Elektroplattieren von Al erzeugt, um ein Al-beschichtetes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das beschichtete Substrat auf 1100ºC während 1 50 Sekunden in Luft erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 60ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 6 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 60 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 460. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 950.
- Ein hochgekohltes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,27 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 9 Gew.-% Cr, 0,5 Gew.-% C und Rest Eisen. Al- Schichten mit einer Dicke von 1 um wurden auf gegenüberliegende Flächen des Substrats mittels Vakuumablagerung von Al erzeugt, um ein Al-beschichtetes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das beschichtete Substrat bei 950ºC während 15 Sekunden in Luft erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/sek. abgekühlt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 7 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 1 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 450. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht, der Al-Gehalt, das Spitzenverhältnis und das Volumenverhältnis konnten nicht bestimmt werden, da die Dicke der Diffusionsschicht sehr dünn ist.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 18 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Ni, 0,05 Gew.-% von (C + N) und Rest Eisen. Das Substrat wurde kalt gewalzt auf eine Dicke von 0,2 mm. Al- Schichten mit einer Dicke von 1 um wurden dann auf gegenüberliegenden Flächen des Sub strats mittels Vakuumablagerung von Al erzeugt, um ein Al-beschichtetes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das beschichtete Substrat auf 600ºC während zwei Stunden in Ar-Gas erhitzt, um eine Eisenlegierung des Vergleichsbeispiels 8 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 1 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 500. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht, der Al-Gehalt, das Spitzenverhältnis und das Volumenverhältnis konnten nicht bestimmt werden, da die Dicke der Diffusionsschicht sehr dünn ist.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 18 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Ni, 0,05 Gew.-% von (C + N) und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 9 um auf gegenüberliegende Flächen des Substrats aufgebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien plattiert, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 0,48 mm zu erhalten. Zusätzlich wurde das plattierte Substrat auf eine Dicke von 0,2 mm kaltgewalzt. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat dann auf 600ºC während 0,3 Stunden in Ar-Gas erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 9 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 3 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 400. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 300. Mittels Röntgenstrahlungs-Streuungsanalyse wurde bestimmt, daß die Diffusionsschicht keine Al-reichen intermetallischen Verbindungen von Al&sub2;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub3;Fe und AlSFe&sub2; enthält.
- Da allerdings bestimmt wurde, daß die Diffusionsschicht andere intermetallische Verbindungen von AlFe und AlFe&sub3; enthält, wurde das Volumenverhältnis bestimmt. Zusätzlich wurde identifiziert, daß die Diffusionsschicht reines Al enthält.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 18 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Ni, 0,05 Gew.-% von (C + N) und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 9 um auf gegenüberlie genden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al- Folien plattiert, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 0,48 mm zu erhalten. Zusätzlich wurde das plattierte Substrat kaltgewalzt auf eine Dicke von 0,2 mm. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat dann auf 600ºC während sechs Stunden in Ar- Gas erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 10 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 3 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 450. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 450.
- Mittels Röntgenstrahlungs-Streuungsanalyse wurde bestimmt, daß die Diffusionsschicht keine Al-reichen intermetallischen Verbindungen von Al&sub2;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;, Al&sub3;Fe und Al&sub5;Fe&sub2; enthält. Da allerdings bestimmt wurde, daß die Diffusionsschicht andere intermetallische Verbindungen von AlFe und AlFe&sub3; enthält, wurde das Volumenverhältnis bestimmt.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 18 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Ni, 0,05 Gew.-% von (C + N) und Rest Eisen. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 9 um auf gegenüberliegenden Flächen des Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al- Folien plattiert, um ein Al-plattiertes Substrat mit einer Dicke von 0,48 mm zu erhalten. Zusätzlich wurde das plattierte Substrat kaltgewalzt auf eine Dicke von 0,2 mm. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das plattierte Substrat dann auf 650ºC während zwei Stunden in Ar- Gas erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 11 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 3 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 450. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 500.
- Ein ausscheidungsgehärtetes rostfreies Stahlblech mit einer Dicke von 1 mm wurde als Substrat verwendet. Der rostfreie Stahl besteht aus 16 Gew,.% Cr, 4 Gew.-% Ni, 4 Gew.-% Cu und Rest Eisen. Eine Vorbehandlung zum Ausbilden fester Lösungen wurde auf das Substrat bei 1050ºC angewendet. Nachdem Al-Folien mit einer Dicke von 6 um auf einer gegenüberliegenden Fläche des behandelten Substrats angebracht worden waren, wurde das Substrat mit den Al-Folien gewalzt, um ein Al-plattiertes Substrat zu erhalten. Wie in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde das Al-plattierte Substrat auf 400ºC während vier Stunden in Ar-Gas erhitzt, um eine Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 12 zu erhalten.
- Die Eisenlegierung hat eine Fe-Al-Diffusionsschicht mit einer Dicke von 5 um. Die Vickers- Härte des Substrats beträgt 300. Die Oberflächenhärte der Diffusionsschicht beträgt 250. Durch Röntgenstrahlungs-Streuungsanalyse wurde identifiziert, daß die Diffusionsschicht reines Al enthält.
- Bezüglich der Beispiele 1 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 sind die Zusammensetzung des Substrats und die Wärmebehandlungsbedingungen in Tabelle 1 aufgelistet. Die Dicke (um) und Vickers-Härte (Hv) der Diffusionsschicht, der Al-Gehalt (Gew.-%), der in einer Tiefe bis etwa 2 um von der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht enthalten ist, das Volumenverhältnis (Vol.-%) der Al-Fe-intermetallischen Verbindungen bezüglich eines Gesamtvolumens der Diffusionsschicht, das Röntgenstrahlungs-Spitzenverhältnis (%) der Al-Feintermetallischen Verbindungen und die Vickers-Härte (Hv) des Substrats sind in Tabelle 2 aufgelistet.
- Fig. 6 zeigt das Verhältnis zwischen der Oberflächenhärte (Hv) der Diffusionsschicht und des Al-Gehalts (Gew.-%), welches entsprechend den Ergebnissen der vorstehend erläuterten Beispiele und Vergleichsbeispiele bestimmt worden ist. Aus der Kurve nach Fig. 6 ist ersichtlich, daß wenn sich der Al-Gehalt im Bereich zwischen 35 und 65 Gew.-% bewegt, die Möglichkeit besteht, eine Diffusionsschicht mit einer größeren Härte zwischen 600 und 1200 zu erhalten. Wenn im Gegensatz dazu der Al-Gehalt geringer als 35 Gew.-% oder größer als 65 Gew.-% ist, sinkt die Härte der Diffusionsschicht beträchtlich.
- Im Vergleichsbeispiel 6 haben die Diffusionsschicht und das Substrat eine Härte von 950 bzw. 460. Wenn allerdings die Klingen für einen elektrischen Rasierer unter Verwendung der Eisenlegierung nach Vergleichsbeispiel 6 hergestellt würden, würde eine große Zahl von Mikrospänen an den scharfen Kanten der Klingen auftreten, da die Dicke der Diffusionsschicht groß ist (= 60 um).
- Andererseits zeigt Fig. 7 das Verhältnis zwischen der Oberflächenhärte (Hv) der Diffusionsschicht und dem Spitzenverhältnis (P %), welches entsprechend den Ergebnissen der vorstehend erläuterten Beispiele und Vergleichsbeispiele bestimmt worden ist. Aus der Kurve nach Fig. 7 ist ersichtlich, daß wenn das Spitzenverhältnis 10% oder mehr beträgt, die Möglichkeit besteht, eine Diffusionsschicht mit einer großen Härte zwischen 600 und 1200 zu erhalten.
- Da somit die Eisenlegierung nach der vorliegenden Erfindung eine große Härte der Diffusionsschicht liefern kann, während die Härte des Substrats bei 400 oder mehr gehalten wird, wird sie vorzugsweise für gleitende Teile wie Lagerungen, Zahnräder oder Klingen für elektrische Rasierer oder Haarschneider verwendet werden. Tabelle 1 Tabelle 2
- Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Claims (8)
1. Eisenlegierung mit einer Fe-Al-Diffusionsschicht verbesserter Härte, wobei die
Eisenlegierung enthält:
ein Substrat aus einem rostfreien Fe-Cr-Stahl mit einer Vickers-Härte von 400 oder mehr;
wobei die Fe-Al-Diffusionsschicht auf einer Oberfläche des genannten Substrats
ausgebildet ist;
wobei die Fe-Al-Diffusionsschicht eine Dicke von 2 bis 50 um aufweist und zumindest 90
Vol.-% einer intermetallischen Verbindung aus Al und Fe, bezogen auf ein
Gesamtvolumen der Diffusionsschicht, umfaßt; und
wobei der Al-Gehalt innerhalb einer Tiefe von zumindest 2 um der genannten Fe-Al-
Diffusionsschicht 35 bis 65 Gew.-% beträgt, auf der Grundlage des Gesamtgewichts eines
Gebiets der Fe-Al-Diffusionsschicht, welches bis zu der Dicke von zumindest 2 um reicht.
2. Eisenlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische
Verbindung zumindest eines der Elemente aus der Gruppe enthält, die aus Al&sub2;Fe, Al&sub1;&sub3;Fe&sub4;,
Al&sub3;Fe und Al&sub5;Fe&sub2; besteht.
3. Eisenlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsschicht die
intermetallische Verbindung in einer solchen Menge enthält, daß die Fe-Al-
Diffusionsschicht zumindest 10% eines Spitzenverhältnisses zeigt, welches durch 100 ·
P1/(P1 + P2) festgelegt ist, wobei P1 eine Hauptspitzenhöhe für die intermetallische
Verbindung und P2 eine Hauptspitzenhöhe für AlFe und AlFe&sub3; ist, wobei die Werte P1
und P2 in einem Röntgenstrahlenstreuungsprofil festgestellt werden, welches mittels
Röntgenstrahlenstreuung an der äußeren Oberfläche der Diffusionsschicht erhalten wird.
4. Eisenlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe-Al-
Diffusionsschicht eine Dicke von 5 bis 15 um aufweist.
5. Eisenlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat 66 bis 81,9
Gew.-% Fe, 15 bis 20 Gew.-% Cr, 3 bis 13 Gew.-% Ni sowie ein Element aufweist,
welches ausgewählt ist aus 3 bis 6 Gew.-% Cu, 0,5 bis 2 Gew.-% Al und 0,01 bis 0,2
Gew.-% von C und N insgesamt.
6. Eisenlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat 73 bis 89,9
Gew.-% Fe, 10 bis 19 Gew.-% Cr, 0,1 bis 1,2 Gew.-% C und weniger als 3 Gew.-% Ni
aufweist.
7. Verfahren zum Herstellen einer Eisenlegierung mit einer Fe-Al-Diffusionsschicht
verbesserter Härte, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Aufbeschichten einer Al-Oberflächenschicht auf ein Substrat, um ein beschichtetes
Substrat bereitzustellen, wobei das Substrat 66 bis 81,9 Gew.-% Fe, 15 bis 20 Gew.-% Cr,
3 bis 13 Gew.-% Ni sowie ein Element aufweist, welches ausgewählt ist aus 3 bis 6 Gew.-
% Cu, 0,5 bis 2 Gew.-% Al und 0,01 bis 0,2 Gew.-% von C und N insgesamt;
Erwärmen des beschichteten Substrats auf eine Temperatur von 450 bis 600ºC während
0,5 bis 4 Stunden, wodurch das Substrat eine Vickers-Härte von 400 oder mehr erhält,
wobei gleichzeitig Aluminium- und Eisenatome wechselweise in das Substrat und die Al-
Schicht diffundieren, so daß in der Oberfläche des beschichteten Substrats die Fe-Al-
Legierungsoberflächenschicht ausgebildet wird, die eine Dicke von 2 bis 50 um aufweist
und zumindest 90 Gew.-% einer intermetallischen Verbindung von Al und Fe, bezüglich
eines Gesamtvolumens der Diffusionsschicht, umfaßt.
8. Verfahren zum Herstellen einer Eisenlegierung mit einer Fe-Al-Diffusionsschicht
verbesserter Härte, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Aufbeschichten einer Al-Oberflächenschicht auf ein Substrat, um ein beschichtetes
Substrat bereitzustellen, wobei das Substrat 73 bis 89,9 Gew.-% Fe, 10 bis 19 Gew.-% Cr,
0,1 bis 1,2 Gew.-% C und weniger als 3 Gew.-% Ni aufweist;
Erwärmen des beschichteten Substrats auf eine Temperatur von 900 bis 1100ºC während
15 bis 180 Sekunden, wobei gleichzeitig Aluminium- und Eisenatome wechselweise in
das Substrat und die Al-Schicht diffundieren, so daß in der Oberfläche des beschichteten
Substrats die Fe-Al-Legierungsoberflächenschicht ausgebildet wird, die eine Dicke von 2
bis 50 um aufweist und zumindest 90 Gew.-% einer intermetallischen Verbindung von Al
und Fe, bezüglich eines Gesamtvolumens der Diffusionsschicht, umfaßt;
Abkühlen des beschichteten Substrats von der genannten Temperatur mit einer
Geschwindigkeit von 10ºC je Sekunde oder mehr, so daß das Substrat eine Vickers-Härte
von 400 oder mehr erhält.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12181095 | 1995-05-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69602226D1 DE69602226D1 (de) | 1999-06-02 |
DE69602226T2 true DE69602226T2 (de) | 1999-08-19 |
Family
ID=14820496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69602226T Expired - Lifetime DE69602226T2 (de) | 1995-05-19 | 1996-05-17 | Eisenlegierung mit Fe-Al Diffusionsschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5981089A (de) |
EP (1) | EP0743374B1 (de) |
CN (1) | CN1063496C (de) |
DE (1) | DE69602226T2 (de) |
HK (1) | HK1000894A1 (de) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4703857B2 (ja) * | 1999-05-14 | 2011-06-15 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 蒸気タービンの構造部材と構造部材上に保護被覆を形成する方法 |
FR2807069B1 (fr) * | 2000-03-29 | 2002-10-11 | Usinor | Tole en acier inoxydable ferritique revetue utilisable dans le domaine de l'echappement d'un moteur de vehicule automobile |
JP2009061500A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-03-26 | Nissan Motor Co Ltd | 異種金属接合部材及び異種金属接合方法 |
US8795845B2 (en) * | 2008-11-10 | 2014-08-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low-temperature synthesis of integrated coatings for corrosion resistance |
RU2533982C2 (ru) * | 2009-04-30 | 2014-11-27 | Шеврон Ю.Эс.Эй.Инк. | Обработка поверхности аморфных покрытий |
CN103249857B (zh) * | 2010-11-17 | 2015-11-25 | 新日铁住金高新材料株式会社 | 基材用金属箔及其制造方法 |
JP5816615B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2015-11-18 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 基材用金属箔 |
WO2014159795A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-10-02 | Federal-Mogul Corporation | Wear resistant piston ring coating |
CN103342012B (zh) * | 2013-07-08 | 2015-12-02 | 湖北交投四优钢科技有限公司 | 一种渗铝钢板网及制备方法 |
CN103320745B (zh) * | 2013-07-08 | 2014-01-08 | 湖北交投四优钢科技有限公司 | 一种渗铝钢及制备方法 |
CN103334547B (zh) * | 2013-07-08 | 2015-09-30 | 湖北交投四优钢科技有限公司 | 一种渗铝波纹瓦及制备方法 |
CN103343613B (zh) * | 2013-07-08 | 2015-09-30 | 湖北交投四优钢科技有限公司 | 一种渗铝钢扣件式脚手架钢管及制备方法 |
CA2882788C (en) | 2014-02-26 | 2019-01-22 | Endurance Technologies, Inc. | Coating compositions, methods and articles produced thereby |
US11674212B2 (en) * | 2014-03-28 | 2023-06-13 | Kubota Corporation | Cast product having alumina barrier layer |
CN112703264B (zh) * | 2018-09-13 | 2022-03-04 | 杰富意钢铁株式会社 | 铁素体类不锈钢板及其制造方法、以及Al系镀敷不锈钢板 |
CN113166911B (zh) * | 2018-11-30 | 2023-08-22 | 浦项股份有限公司 | 氢致延迟断裂特性和点焊性优异的用于热压的铁铝系镀覆钢板及其制造方法 |
MX2021006199A (es) | 2018-11-30 | 2021-07-16 | Posco | Lamina de acero chapada en base de hierro-aluminio para formacion en prensa caliente, que tiene excelentes propiedades de fractura retardada de hidrogeno y propiedades de soldabilidad por puntos y metodo de manufactura de la misma. |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB992321A (en) * | 1962-01-23 | 1965-05-19 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Oxidation resistant chromium steels and the production thereof |
ES371810A1 (es) * | 1968-09-26 | 1971-11-16 | Japan Gasoline | Un metodo de preparar un acero recubierto por difusion de aluminio, que tiene propiedad de resistencia a la sulfura- cion. |
US3640755A (en) * | 1969-02-13 | 1972-02-08 | Du Pont | Coatings for automotive exhaust gas reactors |
US4141760A (en) * | 1972-11-06 | 1979-02-27 | Alloy Surfaces Company, Inc. | Stainless steel coated with aluminum |
US3762885A (en) * | 1972-02-07 | 1973-10-02 | Chromalloy American Corp | Diffusion coating of metals |
US4535034A (en) * | 1983-12-30 | 1985-08-13 | Nippon Steel Corporation | High Al heat-resistant alloy steels having Al coating thereon |
US4655852A (en) * | 1984-11-19 | 1987-04-07 | Rallis Anthony T | Method of making aluminized strengthened steel |
JPS62185865A (ja) * | 1986-02-13 | 1987-08-14 | Nippon Steel Corp | 耐食性にすぐれた溶融アルミメツキ鋼板の製造法 |
EP0493373A2 (de) * | 1987-11-30 | 1992-07-01 | Nippon Yakin Kogyo Co., Ltd. | Verfahren zur Herstellung von ferritischem rostfreiem Stahl mit aus Whiskeroxid bestehender Oberflächenschicht |
US4931421A (en) * | 1988-06-27 | 1990-06-05 | Motonobu Shibata | Catalyst carriers and a method for producing the same |
JP2932700B2 (ja) * | 1991-01-08 | 1999-08-09 | 大同特殊鋼株式会社 | 刃物材とその製造方法 |
JPH05283149A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Nisshin Steel Co Ltd | 表面絶縁性に優れたヒーター材料とその製造方法 |
-
1996
- 1996-05-17 EP EP96107915A patent/EP0743374B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-05-17 DE DE69602226T patent/DE69602226T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-05-20 CN CN96106654A patent/CN1063496C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-20 US US08/650,520 patent/US5981089A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-12-19 HK HK97102513A patent/HK1000894A1/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0743374B1 (de) | 1999-04-28 |
CN1156764A (zh) | 1997-08-13 |
US5981089A (en) | 1999-11-09 |
HK1000894A1 (en) | 2001-08-24 |
EP0743374A1 (de) | 1996-11-20 |
DE69602226D1 (de) | 1999-06-02 |
CN1063496C (zh) | 2001-03-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69602226T2 (de) | Eisenlegierung mit Fe-Al Diffusionsschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2740398C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Zweifachüberzuges auf einem Gegenstand aus einer Superlegierung | |
DE3535548C2 (de) | Beschichteter Gegenstand und Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung eines Gegenstandes | |
DE69025582T3 (de) | Beschichteter Hartmetallkörper und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE2840681C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer porösen, verschleißbaren Nickel-Chrom-Legierung | |
DE19882178B4 (de) | Mit intermetallischer Verbindung beschichteter rostfreier Stahl und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE60119114T2 (de) | Oberflächenmodifizierter nichtrostender stahl in form einer fe-cr-al-legierung | |
DE19957671A1 (de) | Werkzeug mit einer Molybdänsulfid enthaltenden Beschichtung und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE69809486T2 (de) | Mit einer zinkhaltigen Schicht versehenes Stahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE3637447A1 (de) | Oberflaechenbehandelte(s) magnesium oder magnesiumlegierung und verfahren zur oberflaechenbehandlung von magnesium oder magnesiumlegierung | |
DE3872778T2 (de) | Metallische beschichtung von verbesserter lebensdauer. | |
DE2362026A1 (de) | Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken und halbzeugen aus aluminium oder aluminiumlegierungen | |
DE3606804A1 (de) | Metallisches halbzeug und verfahren zu seiner herstellung sowie verwendung | |
DE68908443T2 (de) | Korrosionsbeständige Legierungen auf Aluminiumbasis. | |
DE69111362T2 (de) | Korrosionsbeständiger und wärmebeständiger Metall-Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung. | |
EP0352220B1 (de) | Oberflächenbeschichtung aus einer Aluminium-Basislegierung | |
DE2303756C3 (de) | Verfahren zur Erzeugung einer Mischkarbidschicht aus Vanadium und Chrom auf kohlenstoffhaltigen Eisenwerkstoffen | |
DE2255997C3 (de) | Verfahren zum Inchromieren von Gegenständen aus Eisen oder eisenhaltigen Legierungen | |
DE2431797A1 (de) | Verfahren zum herstellen von bandstahl | |
EP0149449B1 (de) | Hartmetallkörper, insbesondere Hartmetall-Schneidwerkzeug | |
DE2417920A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer chromcarbidschicht auf der oberflaeche eines gegenstandes aus eisen, eisenlegierung oder hartmetall | |
DE2829976C2 (de) | Gemisch, enthaltend Borsäure, Natriumborat und/oder Kaliumborat zur Erzeugung einer Carbidschicht und Verfahren zur Erzeugung der Carbidschicht | |
DE2608637B2 (de) | Verfahren zum Herstellen von Legierungen | |
EP2251450A1 (de) | Verfahren zum Aufbringen einer viellagigen Schichtstruktur auf ein Substrat sowie Substrat mit einer viellagigen Schichtstruktur | |
DE3742914A1 (de) | Verfahren zur oberflaechenbehandlung eines gegenstandes aus eisen oder einer eisenlegierung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD., KADOMA, OSAKA, JP |