DE970456C

DE970456C - Verfahren zur Herstellung von UEberzuegen aus hochschmelzenden Nitriden auf Metallen

Info

Publication number: DE970456C
Application number: DEM16236A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Ruppert
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1952-11-11
Filing date: 1952-11-11
Publication date: 1958-09-18

Description

Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus hochschmelzenden Nitriden auf Metallen Die Herstellung von Überzügen hochschmelzender Nitride, beispielsweise Titannitrid, erfolgt nach verschiedenen Verfahren, beispielsweise durch Abscheiden aus einer Stickstoff-Wasserstoff-Mischung, die mixt Titantetrachloriddämpfen beladen ist. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, zur Herstellung von Überzügen aus hochschmelzenden Nitr iden, insbesondere Nitriden der Elemente der III. bis V. Gruppe des Periodischen Systems, auf Metallen bzw. Metallegierungen, die auf das Halogenid des betreffenden Elements reduzierend wirken und deren Halogenide selbst unter dem Schmelzpunkt des Metalls gut flüchtig sind, ein zweistufiges Verfahren zu verwenden, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Titannitridüberzügen auf Eisen. Das Verfahren besteht darin, daß die Abscheidung der Nitridüberzüge in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe das Nitrid aus einer mindestens ein Halogenid des betreffenden Elementes enthaltenden Stickstoffatmosphäre abgeschieden wird und in der zweiten Stufe das Nitrid aus einer mindestens ein Halogenid des betreffenden Elementes enthaltenden Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphäre auf die in der ersten Stufe vorbelegte Metalloberfläche abgeschieden wird. An Stelle der Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphäre kann auch eine Ammoniakatmosphäre oder eine Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre oder eine Ammoniak-Stickstoff-Atmosphäre oder eine Ammoniak-Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre verwendet werden. Die Nitridabscheidung erfolgt hierbei im Falle der Herstellung von Titannitridüberzügen vorzugsweise mit Hilfe von gereinigtem, farblosem Titantetrachlorid. Die erste Stufe des Verfahrens wird vorzugsweise bei solchen Temperaturen durchgeführt, bei denen die Reaktion zur Nitridbildung noch nicht stark rückläufig ist, und die zweite Stufe bei Temperaturen über 400° C.
Die Herstellung der Nitridüberzüge erfolgt bei diesen bekannten Verfahren also jeweils aus einer mindestens ein Halogenid des als Nitrid abzuscheidenden Metalls und Stickstoff und/oder Ammoniak enthaltenden Atmosphäre.
Es wurde nun gefunden, daß sich die Ausbildung der Nitridüberzüge dadurch beschleunigen und verbessern läßt, daß man die Behandlung an einem Metall vornimmt, das mindestens an der Oberfläche mit Stickstoff angereichert ist. Eine solche Anreicherung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das vorzugsweise vorher gründlich gereinigte Werkstück in bekannter Weise nitriert wird, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten, Stickstoff in atomarer Form enthaltenden oder liefernden Gases. Als solches wird vorzugsweise Ammoniak verwendet. Durch Variation von Glühzeit und Glühtemperatur bei der Nitrierung kann der Grad der Stickstoffeinlagerung in das Grundmetall variiert werden, wodurch auch die Schichtdicken der in bestimmten Zeiten aufzubringenden Überzüge der hochschmelzenden Nitride beeinflußt wird.
Man kann nach der Nitrierung; also beispielsweise nach dem Glühen des Werkstückes in Ammoniak, ohne Unterbrechung die Belegung des Werkstückes mit einem hochschmelzenden Nitrid anschließen, indem man beispielsweise die erste Behandlungsstufe des -eingangs geschilderten zweistufigen Verfahrens anschließt und bei Metallen oder Metallegierungen, die auf das Halogenid des als Nitrid abzuscheidenden Metalls reduzierend wirken und deren Halogenide selbst unter dem Schmelzpunkt des Metalls gut flüchtig sind, das hochschmelzende Nitrid aus einer mindestens ein Halogenid des als Nitrid abzuscheidenden Elementes enthaltenden Stickstoffatmosphäre abscheidet.
Bei dem zweistufigen Verfahren wirkt sich. eine vorherige Reinigung und Glühung in Wasserstoffatmosphäre vor der zweistufigen Aufbringung des, Überzuges aus hochschmelzenden Nitriden günstig aus. Eine solche Behandlung entfällt nach der erfin.dungsgemäßen Nitrierung, kann jedoch vor derselben durchgeführt werden.
Die günstige Wirkung der Vornitrierung scheint auf einer Erhöhung der Konzentration an reaktionsfähigem Stickstoff an der Metalloberfläche zu beruhen, denn es wurde festgestellt, daß nach Aufbringung des Überzuges aus Titannitrid auf Eisen die Stickstoffanreicherung im Grundmaterial verschwunden ist. Die Bildung des Titannitridüberzuges führte in der gleichen Behandlungszeit zu einem Überzug von vier- bis fünffacher Dicke im Vergleich zu den Überzügen, die ohne Vornitrierung erhalten wurden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus hochschmelzenden Nitriden, insbesondere Nitriden der Elemente der III. bis V. Gruppe des Periodischen Systems, aus einer mindestens ein Halogenid des als Nitrid abzuscheidenden Metalls in Stickstoff und/oder Ammoniak enthaltender Atmosphäre auf Metallen bzw. Metallegierungen, beispielsweise solchen, die auf das Halogenid des betreffenden Elementes reduzierend wirken und deren Halogenide selbst unter dem Schmelzpunkt des Metalls gut flüchtig sind, insbesondere von Titannitridüberzügen auf Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Aufbringung -des Überzuges aus hochschmelzenden Nitriden das zu belegende Material zumindest an der Oberfläche mit Stickstoff angereichert wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffanreicherung durch Nitrierung mit einem Gas erfolgt, das Stickstoff oder eine Stickstoffverbindung enthält.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Überzug zu versehende Grundmaterial mit Ammoniak nitriert wird.
4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung hochschmelzender Nitride in einem zweistufigen Verfahren erfolgt, wobei in der ersten Stufe das Nitrid aus einer mindestens ein Halogenid des betreffenden Elementes enthaltenden Stickstoffatmosphäre abgeschieden wird und in der zweiten Stufe das Nitrid aus einer mindestens ein Halogenid des betreffenden Elementes enthaltenden Stickstoff-Wasserstoff bzw. Ammoniak-oder Ammoniak-Wasserstoff- und/oder -Stick- i stoff-Atmosphäre auf die in der ersten Stufe vorbelegte Metalloberfläche aufgedampft wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 600 374; britische Patentschrift Nr. 588:239.