DE970741C - Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Stahloberflaechen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Stahloberflächen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von ferrosiliziumhaltigen Oberflächen auf Gegenständen aus Eisen oder Stahl über die Gasphase. Die Vorteile derartig veredelter Oberflächen hinsichtlich Erhöhung des Widerstandes gegen Verzunderung, Korrosion und Verschleiß sind bekannt.
• Es ist bekannt, daß Siliziumtetrachlorid bei höheren Temperaturen mit Eisen nach der Gleichung SiC14+2Fe=Si+2FeC12 (r) reagiert.
• Weiter ist bekannt, daß Silizium, Siliziumkarbid und Ferrosilizium bei höheren Temperaturen mit Chlor oder Chloriden Siliziumtetrachlorid bildet nach folgender Gleichung: Si +2c12=SiC14 (2) Schließlich ist auch bekannt, daß Siliziumtetrachlorid am Eisenkontakt bei höheren Temperaturen durch Wasserstoff zu Silizium reduziert wird gemäß der folgenden Gleichung: SiC14+2H2=Si+4HCl (3) Auf diesen Reaktionen beruhen viele bekannte Verfahren zur Herstellung siliziumhaltiger Überzüge auf Gegenständen aus Eisen oder Stahl, bei denen Siliziumtetrachlorid mit oder ohne Wasserstoff auf glühende Eisen- oder Stahlgegenstände zur Einwirkung gebracht wird.
• Es ist auch vorgeschlagen worden, das erforderliche gasförmige Siliziumtetrachlorid erst während der Behandlung zu erzeugen. Dies wird dadurch erreicht, daß die zu behandelnden Gegenstände aus Eisen oder Stahl in einem Behälter mit Silizium, Ferrosilizium oder Siliziumkarbid umgeben werden und dann nach dem Erhitzen auf Glühtemperatur Chlorgas in den Behälter eingeleitet oder Chloriddämpfe im Behälter entwickelt werden. Hierbei wird das Chlorgas bzw. das Chlor der Chloriddämpfe in Gegenwart überschüssigen Siliziums gemäß der Gleichung (2) zur Erzeugung des gasförmigen Siliziumchlorides verbraucht, so daß neben diesen kein freies Chlor auf die behandelten Oberflächen mit zur Wirkung gelangt.
• Die bei der Einwirkung von Siliziumtetrachlorid auf Eisen oder Stahl stattfindende Reaktion gemäß der Gleichung (i) ist umkehrbar und wird schon durch die Anwesenheit geringer Mengen des entstehenden Ferrochlorides sehr gehemmt. Infolgedessen ist das Siliziumangebot an der Eisenoberfläche gering, und daher sind die Diffusionsgeschwindigkeiten klein. Die Gegenstände müssen deshalb stundenlang bei hohen Temperaturen behandelt werden, damit eine genügende Eindringtiefe des diffundierenden Siliziums erreicht wird. Infolge der langen Glühzeiten sind hier kontinuierliche Durchlaufverfahren unzweckmäßig. Die Nachteile sind langstündige Wärmeverluste der Ofen, abgesehen von den Anheiz- und Abkühlzeiten, umständliche Manipulationen, verhältnismäßig kleine Produktionsleistungen und die Gefahr der Versprödung des Grundmetalls durch Kornwachstum infolge der langen Glühzeiten.
• Bei Anwendung eines Gemisches von Siliziumtetrachlorid und Wasserstoff verlaufen die Reaktionen gemäß den Gleichungen (i) und (3) nebeneinander, wobei durch den Wasserstoff auch noch ein Teil des an der Oberfläche entstehenden Ferrochlorids (Fe C12) sofort wieder zu Eisen reduziert wird. Entweder bildet sich rasch eine aus der Gasphase aufplattierte, meist stark poröse Schicht von Ferrosilizium, die mit dem Grundmetall nicht genügend verbunden ist und erst während sehr langer Glühzeiten durch Diffusion verbessert werden kann, oder der Wasserstoffzusatz wird derart bemessen, daß durch die Reduktion je Zeiteinheit nur so viel elementares Silizium an der Oberfläche abgeschieden wird, als gerade noch eindiffundieren kann.
• Auch dieses Verfahren erfordert lange Behandlungszeiten von mehreren Stunden und hat dieselben Nachteile, wie oben angeführt.
• Wie bereits dargelegt, ist die Reduktion gemäß der Gleichung (i) umkehrbar und wird durch das entstehende Ferrochlorid (Fe C12) stark gehemmt.
• Setzt man jedoch erfindungsgemäß dem Siliziumchloriddampf eine gewisse Menge Chlorgas zu, so wird das sich bildende Ferrochlorid in statu nascendi zu Ferrichlorid (FeC13) chloriert. Die hierdurch nicht mehr umkehrbar gewordene Reaktion verläuft dann ständig nur noch in der gewünschten Richtung: 4SiC14+6Fe+C12>4Si+6FeC13 (4) Die Bildung von Ferrosilizium erfolgt derartig energisch, daß in überraschend kurzen Behandlungszeiten von nur einigen Minuten bei Temperaturen zwischen 95o und 105o° C zufriedenstellende Resultate erzielt werden können. Da die Überzüge von der Oberfläche aus im Grundmetall selbst entstehen, sind sie bestens mit diesem verbunden und infolge der von außen nach innen abnehmenden Konzentration an Silizium fest darin verankert.
• Entsprechend dem chemischen Massenwirkungsgesetz ist hierbei die Dosierung des Chlorzusatzes von ausschlaggebender Bedeutung. Beispielsweise läßt sich mit einem Gasgemisch aus 8o Volumprozent Si C14 und 2o Volumprozent C12 bei Temperaturen zwischen 950 und io5o° C ein Maximum der Reaktionsgeschwindigkeit erreichen, wobei als gasförmiges Reaktionsprodukt ausschließlich Ferrichlorid entsteht.
• Die Vorteile dieses Verfahrens mit Zusatz freien Chlors sind die kurzen Behandlungszeiten und infolgedessen seine Anwendbarkeit in Form eines kontinuierlichen Durchlaufverfahrens mit den bekannten Vorteilen eines solchen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Behandlung von Eisen- oder Stahloberflächen durch Diffusion mittels Siliziumchloriddämpfen, dadurch gekennzeichnet, daß diesen Chloriddämpfen Chlorgas zugemischt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Chlorzusatz dem stöchiometrischen Verhältnis der Reaktionskomponenten entsprechend geregelt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 109 485, 2 142 941, 2 157 902; Houdremont, Handbuch der Sonderstahlkunde, 1942, S. 758; Machu, Metallische Überzüge, 1941, S. 93, 94, 558; Metal Progress, Bd. 33, 1938, S. 368, 369; Heat Treating and Forging, Okt. i935, S. 483, 484; Revue de Metallurgie, Nr. 3, 1950, S. 193 ff.