DE883385C

DE883385C - Verfahren zum Umkleiden von aus Eisen oder Stahl bestehenden Gegenstaenden mit Zinnbronze

Info

Publication number: DE883385C
Application number: DEV1268D
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Burkhardt
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1942-06-04
Filing date: 1942-06-04
Publication date: 1953-07-16

Description

Verfahren zum Umkleiden von aus Eisen oder Stahl bestehenden Gegenständen mit Zinnbronze Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Umkleiden von Metallgegenständen, insbesondere solchen aus Eisen oder Stahl, mit Zinnbronze.
Es ist bekannt, auf Verschleiß durch Gleitung und Reibung beanspruchte Metallgegenstände, insbesondere solche aus Eisen oder Stahl, wie Lager,. Zahnräder, Schneckenräder, Spindeln, Gleitbahnen u. dgl., an den dem Verschleiß ausgesetzten Flächen mit Zinnbronze zu umkleiden. Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Umkleidungen, wie die Guß- oder Preßplattierung, haben außer dein Nachteil einer besonders bei verwickelten Formen schwierigen Durchführung noch den, daß sie ein Erschmelzen der Bronze und eine meist größere spanabhebende Bearbeitung verlangen, wodurch immer ein gewisser Verlust an Zinn entsteht. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, auf galvanischem Wege Bronzeumkleidungen dadurch zu erzeugen, daß galvanisch nacheinander aufgetragene Schichten von Zinn und Kupfer durch eine Wärmebehandlung mittels Diffusion zur Zinnbronze legiert werden scö11en, doch haften diesem Verfahren wegen der starken Neigung der verschiedenen galvanischen Schichten, bei der - Erwärmung Blasen zu bilden, und der Neigung der Zinnschichten, abzuschmelzen, große Schwierigkeiten an.
Alle diese Nachteile werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vermieden, nach welchem auch auf Gegenstände mit einer Form, die verschiedenartig ausgebildete äufeinanderfolgende Längs- bzw. Querschnitte aufweist, sich in einfacher Weise und mit geringstem Aufwand an Zinn Umkleidungen aus Zinnbronze aufbringen lassen.
Bekannt ist ferner das Aufbringen eines Zinnüberzuges auf einen eisernen oder stählernen Grundkörper. Auf diese Zinnauflage wird bei Temperaturen von unter 65o° Kupfer aufgebracht. Die so erzeugten Zinn-Kupfer-Legierungen weisen einen unerwünscht hohen Zinngehalt auf. Es gelingt auf diese Weise ferner nicht; eine massive Bronzeschicht zu erzeugen, die hohen Beanspruchungen standzuhalten vermag und eine ausreichend große Lebensdauer aufweist. Bei der Durchführung der bekannten Verfahren bestand außerdem die Gefahr, däß eine Schädigung des Grundkörpermetalls infolge der Wärmebehandlung eintritt, die bei Temperaturen vor sich gehen maß, die weit über dem Schmelzpunkt des niedriger schmelzenden Metalls liegen.
Um die Schwierigkeiten zu beheben, werden die zu umkleidenden Flächen zuerst in irgendeiner bekannten Weise mit einer Umkleidung aus Kupfer versehen, und danach wird die Kupferumkleidung der Einwirkung eines Gasgemisches aus Dämpfen von Zinnverbindungen und reduzierenden Gasen bei höheren Temperaturen unterworfen. Es findet hierbei an der Kupferoberfläche eine Reduktion der Zinnverbindungen zu metallischem Zinn statt, welches in die Kupferschicht unter Bildung von Zinnbronze eindiffundiert. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist darauf zu achten, daß die Zufuhr der Zinnverbindungen auf -die Reaktionstemperatur so abgestimmt wird; daß die .Bildung einer schmelzflüssigen Phase vermieden ist.
Als Zinnverbindungen kommen in erster Linie solche in Betracht, welche bei Temperaturen unter rooö° in merklicher Menge verdampfen und sich reduzieren lassen: Das sind vor allem die Halogenverbindungen des Zinns wie die Chloride und Bromide. Es können auch Mischungen aus verschiedenen Zinnverbindungen verwendet werden. Ani besten eignet sich das Zinnchlorür.
Als reduzierendes Gas ist für das Verfahren am besten der Wasserstoff geeignet. Das reduzierende Gas maß mindestens in einer solchen Menge zur Anwendung gelangen, daß es die zur Bronzebildung erforderliche Menge Zinn aus den Zinnverbindungen zu reduzieren vermag: Vorteilhaft ist es; die Konzentration der Dämpfe aus Zinnverbindungen durch einen größeren Anteil an reduzierendem Gas oder durch eine Verdünnung des Gasgemisches mit nichtoxydierenden .Gasen, wie Stickstoff oder Chlorwasserstoff, herabzusetzen.
Durch die Anwendung von -Gasgemischen mit geringen Konzentrationen an Zinnverbindungen j wird eine gleichmäßige Aufnahme des Zinns von allen zu behandelnden Flächen erreicht. Diese wird auch durch eine stärkere Bewegung des Gasgemisches, durch Anwendung bekannter Einrichtungen für Gasumwälzung in Ofenräumen oder durch Bewegen der zu behandelnden Gegenstände in Durchlauföfen gefördert.
Gute Ergebnisse sind erzielt worden, -wenn die Konzentration der Zinnverbindungen im Gasgemisch nach der angewandten Reaktionstemperatur eingestellt wird, wobei um so niedrigere Konzentrationen angewendet werden, je niedriger die Reaktionstemperatur ist. Dadurch wird erreicht, daß das durch Reduktion auf den zu behandelnden Flächen gebildete Zinn sich nicht in größeren, eine Schmelze bildenden Mengen ansammelt, sondern in dem Maße durch Diffusion vom Kupfer aufgenommen wird, in dem es sich bildet. Auf diese Weise wird eine Schädigung der Oberfläche bei der Überführung des Kupfers in Zinnbronze vermieden.
Die Reaktionstemperaturen sind nach unten durch die Reduktionsgeschwindigkeit der angewandten Zinnverbindungen und durch die Difusionsgeschwindigkeit des Zinns in Kupfer, nach oben durch den Schmelzpunkt der jeweils zu erzeugenden Zinnbronzeumkleidung begrenzt. Es kommen danach Temperaturen von etwa 500 bis 95o° C in Betracht. Bevorzugt werden Temperaturen zwischen 65o und 135o° C.
Die Dauer der Einwirkung des die Zinnverbindungen enthaltenden Gasgemisches auf die zu behandelnden Flächen richtet sich nach der Höhe der angewandten Reaktionstemperatur und der Konzentration an Zinnverbindung und der Menge des an den zu behandelnden Flächen vorbeigeführten Gasgemisches sowie der Dicke und dem Zinngehalt der zu erzeugenden Bronzeumkleidung. Sie kann von wenigen Minuten bis zu einigen Stunden betragen.
Die Umkleidung mit Kupfer wird zweckmäßig auf galvanischem Wege vorgenommen, wobei in bekannter Weise Stellen, welche nicht bedeckt werden sollen, durch Lackieren oder in anderer Weise abgeschlossen werden können. Die galvanischen Kupferniederschläge eignen sich besonders für den vorliegenden Zweck, da sie das Zinn besser aufzunehmen vermögen als auf anderem Wege erzeugtes Kupfer. Einfachere Formen, wie Rohre, einfache Profile und Bleche, können mit Vorteil auch durch ein anderes Plättierverfahren, wie durch Preß- oder Walzplattierung, oder durch Aufspritzen in bekannter Weise mit einer Kupferumkleidung versehen werden. Bei Anwendung der galvanischen Verkupferung empfiehlt es sich;. die verkupferten Gegenstände vor der Behandlung mit den Dämpfen aus Zinnverbindungen durch Glühen bei höheren, unter dem Schmelzpunkt des Kupfers liegenden Temperaturen mit dem Grundmetall in bekannter Weise fester zu verbinden.
Zur Behandlung mit dem Gasgemisch aus Dämpfen von Zinnverbindungen und reduzierenden Gasen werden die mit einer Kupferauflage ver-

Atisfüllrungsheispiel Der Zahnkranz eines Zahnrades aus Eisen wird galvanisch mit einer Kupferurnkleidting verselicn. Danach wird das Zahnrad in einen geschlcssenen Ofen, durch -welchen Wasserstoff geleitet wird, zur Ausbildung einer festen Verbindung zwischen dein Eisen und Kupfer durch Diffusion 2 Stunden lang auf cgoo° erwärmt. Darauf läßt malt den Ofen auf 7co°' abkühlen und leitet jetzt statt des Wasserstoffes ein aus Wasserstoff und Zinnchlorürdämpfen bestehendes Gasgemisch .l_5 Minuten lang durch den Ofen. Man erhält auf diese Z@'eise eilt Zahnrad, dessen Zahlikranz mit einer C'mhleidung aus Zinnbronze versehen ist.

Claims

PATENTANSPECCHE: i. Verfahren zum Umkleiden von aus I?is:-Il oder Stahl bestehenden Gegenständen finit Zinnbronze, dadurch gekennzeichnet, daß die zti umkleidenden Flächen zuerst in all sich 1)jkannter Weise mit einer Umkleidung aus Kupfer versehen werden und danach in an sich bekannter Weise der Einwirkung eines Gasgemisches aus Dämpfen von "Zinnverbindungen und reduzierenden Gasen bei höherer Temperatur ausgesetzt und gegebenenfalls noch Wärmebehandlung unterworfen werden, wobei die Zufuhr der Zinnverbindungen auf die Reaktionstemperatur so abgestimmt wird, daß die Bildung einer schmelzflüssigen Phase vermieden ist.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferumkleidung auf galvanischem Wege aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferumkleidung durch Walz-, Preß- oder Gußplattierung aufgebracht wird: q..
Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfe aus Zinnverbindungen im gleichen Ofenraum, in welchem die Gegenstände behandelt werden, aus eingebrachten Zinnverbindungen erzeugt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfe aus Zinnverbindungen in einem gesonderten Ofen erzeugt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zinnverbindungen Halogenverbindungen des Zinns, wie Zinnchlorür, verwendet werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierendes Gas Wasserstoff verwendet wird. B.
Verfahren nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des angewandten Gasgemisches an Zinnverbindungen gering ist. g.
Verfahren nach den Ansprüchen i bis 8, dadurch gekennzeichnet; daß dem Gasgemisch noch nichtoxydierende Gase, wie Stickstoff oder Chlorwasserstoff, zugesetzt sind. ro.
Verfahren nach den Ansprüchen i bis g, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch bei Unterdruck zur Anwendung gelangt. i i.
Verfahren nach den Ansprüchen i bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Gasgemisches bei Temperaturen zwischen 500 und 9,5ö°, vorzugsweise zwischen 65o und g5o`o' erfolgt.
12. Verfahren nach den Ansprüchen i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnaufnahme der Kupferumkleidung durch Abstimmung der Konzentration der Zinnverbindungen im Gasgemisch auf die Reaktionstemperatur geregelt wird.
13. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 12, dadurch gekennzeichnet; daß um so geringere Konzentrationen an Zinnverbindungen angewandt werden, je niedriger die angewandte Reaktionstemperatur ist.
14. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 13, dadurch gekennzeichnet; daß die Zinnaufnahme der Kupferumkleidung durch Abstimmung der Konzentration der Zinnverbindungen im Gasgemisch und der Höhe der angewandten Reaktionstemperatur so geregelt wird, daß die Umkleidung einen von außen nach innen ähnehtuenden Zinngehalt erhält.
15. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 1L1. auf die Umkleidung von Metallgegenständen, welche einem Verschleiß durch Gleitung und Reibung unterworfen sind, wie Lager, Kolben, Zahnräder, Schneckenräder, Spindeln, Gleitbahnen u. dgl. Maschinenteilen.