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Stoffgemisch zur Erzeugung von Diffusionsschichten auf Metallen und
Metallegierungen Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Diffusionsschichten
auf Eisen und Nichteisenmetallen und Legierungen, und zwar in der Weise, daß sie
irt inniger Berührung mit einer Mischung erhitzt werden, die Aluminiumpulver enthält.
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Es ist allgemein bekannt, daß Eisen, Nichteisenmetalle und ihre Legierungen
dadurch mit einer Schutzlegierung bedeckt werden können, daß sie in eine Mischung
eingetaucht bzw. mit einer solchen belegt werden, welche im wesentlichen pulverisiertes
Aluminium enthält, und sie dann einer geeigneten Wärmebehandlung unterworfen werden.
Es wurden schon die verschiedenartigsten Mischungen vorgeschlagen, welche pulverisiertes
Aluminium in Mischung mit ,Zink, Graphit, Aluminiumoxyd und/oder Ammoniumchlorid
enthielten. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Aluminiumpulver allein in Leinöl
suspendiert anzuwenden und dieses in Form eines Anstriches aufzubringen. Sämtliche
bekannten Stoffgemische und Verfahren zur Anwendung derselben haben jedoch gewisse
Nachteile, wie beispielsweise eine außerordentlich geringe Schichtstärke der auf
dem Gegenstand gebildeten Oberflächenschicht, und/ oder es ist eine längere Wärmebehandlung
notwendig, um die gewünschte Oberflächenschicht zu erzeugen. Es ist auch schon vorgeschlagen
worden, zum Löten von Aluminium und Legierungen, die einen hohen Gehalt an Aluminium
besitzen, eine Mischung zu verwenden, welche aus fein verteiltem Aluminium oder
einer Legierung besteht, die reich an Aluminium ist, zusammen mit einer Salzmischung,
welche Fluoride und Chloride enthält.
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Gemäß der Erfindung wird ein verbessertes Stoffgemisch vorgeschlagen,
welches für die Erzeugung von Diffusionsschichten auf Eisen und Nichteisenmetallen
und Legierungen bei erhöhten Temperaturen
geeignet ist und welches
im wesentlichen aus 5 bis 5o Gewichtsteilen pulverisiertem Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung und aus i Gewichtsteil eines Flußmittels besteht, das aus einem
oder mehreren Fluoriden und einem oder mehreren Chloriden zusammengesetzt . ist.
Die Bestandteile des Flußmittels sind in solchen Verhältnissen gemischt, daß das
Flußmittel bei der Zementierungstemperatur flüssig ist. Gewünschtenfalls kann das
pulverisierte Aluminium oder die Legierung in einem flüssigen Träger oder einem
Bindemittel suspendiert sein.
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Vorzugsweise enthält das Stoffgemisch außerdem noch Aluminiumoxyd,
und vorzugsweise beträgt der Gehalt an Aluminium oder Aluminiumlegierungspulver
das 2- bis 5fache des Aluminiumoxydgehaltes. Die gemischten Fluorid-Chlorid-Flußmittel,
wie sie üblicherweise zum Schweißen von Aluminium und von auf Aluminiumbasis aufgebauten
Legierungen verwendet werden, sind im allgemeinen für die Zwecke der Erfindung geeignet.
Ein derartiges Flußmittel, welches sich als außerordentlich geeignet erwiesen hat
und das im folgenden als Flußmittel A bezeichnet wird, hat folgende Zusammensetzung:
Natriumchlorid ........... 25°/0 Kaliumchlorid ............ 36°/o Lithiumchlorid
........... 20°/0 Strontiumchlorid . . . . . . . . . . 6°/0 Kaliumfluorid . . .
. . . . . . . . . I()/0 Kryolith ................. 12%.
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Die mit der Diffusionsschicht zu versehenden Gegenstände werden in
einem Behälter in die trockene pulverisierte Stoffzusammensetzung eingegeben, der
dann in einem Ofen auf die erforderliche Zementierungstemperatur erhitzt wird, die
von der Art der zu behandelnden Gegenstände und anderen Umständen abhängt, wie noch
im folgenden erläutert werden wird. Falls die mit dem Belag zu versehenden Gegenstände
von komplizierter Gestalt sind, so daß es schwierig ist die innige Berührung des
trockenen pulverigen Stoffgemisches mit der gesamten Oberfläche der Gegenstände,
die sich in dem Behälter befinden, sicherzustellen, kann das Stoffgemisch in einem
flüssigen Träger oder einem Bindemittel suspendiert werden. Die Gegenstände werden
vor dem Erhitzen mit dieser Masse angestrichen oder in die flüssige Suspension eingetaucht.
Falls erwünscht, können die in die flüssige Suspension eingetauchten Gegenstände
während der Wärmebehandlung in der flüssigen Suspension verbleiben.
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Der Flüssigkeitsträger oder das Bindemittel kann eine beliebige Flüssigkeit
sein, die mit dem Aluminiumpulver nicht reagiert, und sie kann beispielsweise aus
einem trocknenden oder nichttrocknenden 01 oder aus einem Lack bestehen,
welcher einen festen Stoff natürlichen oder synthetischen Ursprungs in einem geeigneten
Lösungsmittel gelöst enthält. Ein derartig geeigneter Lack besteht aus einer Lösung
von Polystyren in Toluol. Während des Diffusionsverfahrens kann gewünschtenfalls
in dem Ofen eine inerte oder reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten werden. Die
Temperatur, bei der die Diffusion durchgeführt wird, kann 5oo bis iooo° betragen,
und die Erhitzungsdauer kann zwischen i und 5 Stunden und mehr liegen, je nachdem
welche Tiefe der Diffusionsschicht erwünscht ist, je nach der Natur des Grundmetalls
oder der Legierung und je nach der Natur der eintretenden metallurgischen Umwandlung.
Gewöhnlich ist der Erhitzungsprozeß, insbesondere wenn er bei höheren Temperaturen
durchgeführt wird, in i bis 2 Stunden beendet, wenn jedoch verhältnismäßig starke
Diffusionsschichten bei niederen Temperaturen erzeugt werden sollen, sind Erhitzungsdauern
von 4 bis 5 Stunden erforderlich, während in solchen Fällen, wo das Grundmetall
oder die Legierung sich nicht leicht mit dem Aluminium legiert, starke Diffusionsschichten
eine Verlängerung des Erhitzungsverfahrens auf beträchtlich mehr als 5 Stunden erfordern.
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Beispielsweise sind in der folgenden Tabelle I zwei Stoffgemische
gemäß der Erfindung angegeben, welche geeignete Mengen eines. Bindemittels und Lösungsmittels
angeben, die den Stoffgemischen zugefügt werden, wenn sie in einem flüssigen Medium
suspendiert werden sollen. In Tabelle II sind die Stärken der Diffusionsschichten
angegeben, welche durch diese Stoffgemische auf einer Kupferchromlegierung erzeugt
werden.
| Tabelle I |
| Stoffgemisch Stoffgemisch |
| A B |
| in Gewichts- in Gewichts- |
| teilen teilen |
| Aluminiumpulver .. 45 40 |
| Aluminiumoxyd ..... o io |
| Flußmittel A . . . . . . . . 5 4 |
| Polystyren.......... 5 23 |
| Toluol ............ 45 23 |
| Tabelle II |
| Erhitzungs- Tempe- Stärke der |
| zeit ratur Schicht |
| Stoff- |
| zusammen- |
| setzung A 2 Stunden 800° 0,07 mm |
| i Stunde 6oo° o,oi mm |
| Stoff- |
| zusammen- |
| setzung B 2 Stunden 6oo° 0,05 mm |
| 2 Stunden 800° 0,076 mm. |
Sämtliche Diffusionsschichten, deren Stärken in Tabelle 2 angegeben sind, sind von
guter Qualität und gleichmäßiger Stärke, und es ist einleuchtend, daß im allgemeinen
die Gleichmäßigkeit der Stärke und die Qualität der Schichten, welche durch die
Erfindung hergestellt werden, sich sehr gut in Vergleich stellen lassen mit den
Stärken und der Qualität von Schichten, die bisher erhalten worden sind.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren kann in befriedigender
Weise zur Erzeugung von Diffusionsschichten auf Kupfer, 70/3o Messing, 9o/io und
95/5 Bronze, die als Everdur bekannten Kupfer-Silicium-Mangan-Legierungen angewandt
werden und ganz allgemein auf Legierungen der Kupferbasis,
aber
auch auf Stahl und Nickel. Wenn das Verfahren zur Behandlung von Kupfer angewandt
wird, kann die Erfindung vorteilhaft zur Herstellung von Herdteilen, Pyrometerrohren,
Glühkästen, Verbrennungsrohren kupfernen Stromabnehmerstangen für elektrische Ofen
und zum Schutz von Lötkolben gegen die korrosive Wirkung von Flußmitteln angewandt
werden, d. h. für alle solche Zwecke, bei denen es darauf ankommt, daß die Grundeigenschaften
von Kupfer vereinigt werden mit einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit
gegen das Abblättern bei Oxydation und mit einer verbesserten Oberflächenhärte.
Wo die Grundeigenschaften von anderen Metallen oder Legierungen erwünscht sind,
beispielsweise der oben angegebenen Metalle und Legierungen, können diese Grundeigenschaften
durch Anwendung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens verbessert
werden und hierdurch gleichzeitig eine bessere Korrosionsbeständigkeit, Widerstandsfähigkeit
gegen das Abblättern bei Oxydation und eine verbesserte Oberflächenhärte erzielt
werden.
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Es ist bekannt, daß in der britischen Patentschrift 539 545 ein Stoffgemisch
beschrieben ist, das zur Schmelzverbindung von Magnesium und Magnesiumgrundlegierungen
dient. Dieses Stoffgemisch besteht aus Teilchen von Magnesium oder einer Magnesiumgrundlegierung
und einem Flußmittel, welches als wesentlichen Bestandteil ein Kaliumhalogenid in
einer Menge zwischen 65 und 35°/0, mindestens ein Halogenid aus der Gruppe der Erdalkalimetalle
in einer Gesamtmenge zwischen 5 und 35°/o enthält, und die weiterhin im wesentlichen
frei von Natriumverbindungen ist oder diese Natriumverbindungen in einer Menge von
nicht mehr als 2°/o enthält. Dabei sind dort Flußmittelzusammensetzungen beschrieben,
welche sowohl Chloride als auch ein Fluorid enthalten.