EP0971047A1 - Boriermittel - Google Patents

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EP0971047A1
EP0971047A1 EP99111057A EP99111057A EP0971047A1 EP 0971047 A1 EP0971047 A1 EP 0971047A1 EP 99111057 A EP99111057 A EP 99111057A EP 99111057 A EP99111057 A EP 99111057A EP 0971047 A1 EP0971047 A1 EP 0971047A1
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EP
European Patent Office
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weight
borating agent
boron
agent according
calcium fluoride
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EP99111057A
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English (en)
French (fr)
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EP0971047B1 (de
Inventor
Ulrich Dr. Baudis
Stefan Dr. Wigger
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Durferrit GmbH Thermotechnik
Original Assignee
Houghton Durferrit GmbH
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Publication date
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Publication of EP0971047B1 publication Critical patent/EP0971047B1/de
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    • 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
    • C23C8/68—Boronising
    • C23C8/70—Boronising of ferrous surfaces

Definitions

  • the invention relates to a borating agent for the production of Boride layers on metallic materials. This serves especially for the generation of single-phase, hard and adhesive boride layers on ferrous materials to increase the wear resistance and to improve the Corrosion resistance of corresponding workpieces.
  • Boronizing for wear protection of iron, steel and refractory metals has been a well-known process. Diffusion of the element boron into the surface of the treated workpiece and reaction with the base material creates dense, uniform layers of the respective boride, on iron, for example, the borides FeB, Fe 2 B.
  • the borides have significantly changed properties compared to the pure metals, in particular they are Most borides are very hard, corrosion-resistant and therefore extremely wear-resistant. Due to their generation by diffusion and solid-state reaction, the boride layers are firmly connected to the base material. With regard to their wear resistance, borated steels, for example, are sometimes superior to steels treated by nitriding or carburizing.
  • boroning is used almost exclusively in solid borating agents applied. In doing so, they become treated parts in iron boxes in powder mixtures packed, which essentially consist of boron-releasing substances, activating substances and the rest of refractory, inert extenders exist.
  • the closed boxes are annealed for a while, in direct Solid state reaction or by transporting the boron over the Gas phase on the parts the desired boride layers be formed.
  • Boration is usually carried out at temperatures between 800 and 1100 ° C and especially between 850 and 950 ° C carried out.
  • the achievable layer thicknesses of the Boride layers are in the range between 30 and 300 ⁇ m.
  • amorphous substances come as boron-releasing substances and crystalline boron, ferroboron, boron carbide and borax in Question.
  • Chloride or are suitable as activating substances Fluoride-releasing compounds such as alkali and Alkaline earth metal chlorides or fluorides. Particularly common fluoroborates such as in particular are activators Potassium tetrafluoroborate.
  • Typical extenders are Aluminum oxide, silicon dioxide and silicon carbide. Borating agents of this type are, for example, in DE-PS 17 96 216 described. A typical composition which has proven itself as a borating agent to this day about 5% by weight boron carbide, 5% by weight potassium tetrafluoroborate and 90% by weight silicon carbide.
  • Borating agent of the type mentioned are usually used as powder mixtures. she can also be used as granules (e.g. DE-OS 21 27 096) or be formulated as pastes (e.g. DE-OS 26 33 137). In the event of the compositions contain granules and pastes still minor amounts of binders or water.
  • the boron-rich FeB phase is much more brittle than the Fe 2 B phase, which has a negative effect on the wear resistance of the borated components.
  • an FeB boundary layer is also very easily formed, which should be avoided as far as possible for the reason mentioned.
  • the invention was therefore based on the object of developing a borating agent with which, in particular on iron materials, practically exclusively single-phase, Fe 2 B-containing boride layers can be produced. Furthermore, the content of water-soluble fluorides in this borating agent should be reduced and, when used as intended, there should be a reduced fluorine emission.
  • a borating agent that essentially from boron-releasing substances, activating substances and the rest consists of refractory, inert extender and which is characterized in that it acts as an activator
  • Substance a combination of, based on the total amount of the borating agent, 1 to 5% by weight of potassium tetrafluoroborate and Contains 5 to 40 wt.% Calcium fluoride.
  • the invention relates to a borating agent as characterized above for producing boride layers on metallic workpieces, in particular for producing single-phase, Fe 2 B-containing boride layers on workpieces made of ferrous materials.
  • a conventional borating agent to which calcium fluoride is added as a further activating substance in addition to the usual activator substances, can be used to specifically influence and control the type of boride formation in the workpiece surface.
  • practically FeB-free, single-phase Fe 2 B layers can be produced without further ado.
  • the borating agent according to the invention accordingly contains a combination of 1 to 5% by weight of potassium tetrafluoroborate (KBF 4 ) and 5 to 40% by weight of calcium fluoride (CaF 2 ) as the activating substance, the amounts given relating to the total amount of the borating agent.
  • the borating agent according to the invention preferably contains a combination of 2 to 4% by weight, in particular about 2.5% by weight of potassium tetrafluoroborate and 10 to 30% by weight, in particular about 25% by weight of calcium fluoride as activator substance.
  • the boroning agent according to the invention can contain the usual boron-releasing substances, such as amorphous or crystalline ferroboron and in particular boron carbide (B 4 C). It preferably contains 2 to 10% by weight boron carbide.
  • the borating agent according to the invention contains the rest the usual extenders, in particular silicon carbide (SiC).
  • the borating agent according to the invention preferably contains as boron-releasing substance 2 to 10 wt.%, boron carbide, as activating substance 1 to 5 wt.% Potassium tetrafluoroborate and 5 to 40 wt.% Calcium fluoride and as an extender in Balance silicon carbide.
  • a particularly preferred composition consists of 3 to 5% by weight boron carbide, 2 to 4% by weight potassium tetrafluoroborate, 10 up to 30% by weight calcium fluoride and 61 to 85% by weight Silicon carbide.
  • a typical composition consists of 4% by weight B 4 C, 2.5% by weight KBF 4 , 25% by weight CaF 2 and 68.5% by weight SiC.
  • the borating agent according to the invention typically comes in Form of a powder mixture for use.
  • a powder mixture for the production such a powder mixture are only the powdery starting substances, if necessary Grinding, intimately mixed.
  • the particle size of such Powder mixtures typically range from 10 to 250 ⁇ m.
  • the invention Formulate borating agent in the form of granules.
  • the corresponding powder mixture can be used, for example pasted with water and optionally a binder and then produced a granulate in a known manner become.
  • the particle size is typical in the range 0.1 to 2.5 mm.
  • the borating agent as To formulate paste. This can be done by adding Water and possibly minor amounts of Help open, e.g. Binder, from the corresponding Powder mixture can be produced.
  • the borating agent according to the invention can be used very advantageously for producing boride layers on metallic workpieces. Because the content of KBF 4 can be reduced compared to known compositions by partial replacement with the water-insoluble CaF 2 , the agent according to the invention is significantly less critical with regard to fluoride emissions, which in particular means the disposal of waste water after washing the borated components and of depleted borating agent concerns. A reduced KBF 4 content is also advantageous when the agent is used as intended, since correspondingly lower fluorine gas emissions occur.
  • a particular process advantage of the borating agent according to the invention is that single-phase, Fe 2 B-containing boron layers can be easily and easily produced on workpieces made of ferrous materials.
  • the surface of the workpieces is covered with the borating agent and this is then treated at temperatures between 800 and 1100 ° C. until a boride layer of the desired thickness has formed .
  • the parts are packed in a known manner in closed iron boxes into a powder mixture or granules of the borating agent according to the invention, so that the surfaces of the parts are completely covered.
  • the surface of the parts can also be coated with a borating agent paste. This is advantageous when a partially borated surface is desired.
  • Boronation is preferably carried out at temperatures between 850 and 950 ° C. over a period of 20 minutes to 2 hours.
  • single-phase Fe 2 B layers with a thickness of 30 to 150 ⁇ m can be obtained.
  • Example 1 (comparative example ):
  • a component made of 42CrMo4 was borated for 30 min at 920 ° C in a borating agent according to the prior art with the following composition: 4% by weight B 4 C 5% by weight KBF 4 91% by weight SiC.
  • the component was moderately easy to remove from the borating agent remove the borating agent with difficulty between the fingers grate into powder.
  • the boride layer had one Layer thickness of 45-50 ⁇ m, with FeB peaks up to 16 ⁇ m depth can be seen. Fluorine gas emissions of approx. 4 g / kg of borating agent measured.
  • a component made of 42CrMo4 was borated for 30 min at 920 ° C in a borating agent according to the invention with the following composition: 4% by weight B 4 C 5% by weight KBF 4 10% by weight CaF 2 81% by weight SiC.
  • the component was moderately easy to remove from the borating agent remove the borating agent moderately light between the Grind fingers into powder.
  • the boride layer had one 50 ⁇ m thick and was completely FeB-free.
  • the Layer structure was significantly more uniform than that of the Layer from example 1. There were fluorine gas emissions of approx. 4 g / kg boriding agent measured.
  • a component made of 42CrMo4 was borated for 30 min at 920 ° C in a borating agent according to the invention with the following composition: 4% by weight B 4 C 2% by weight KBF 4 30% by weight CaF 2 64% by weight SiC.
  • the component was easy to remove from the borating agent remove the borating agent slightly between the fingers Grate powder.
  • the boride layer had a thickness of 50-55 ⁇ m, was completely FeB-free and had a lot uniform, compact structure.
  • the fluorine emissions were only 2 g / kg of borating agent.
  • a component made of 42CrMo4 was borated for 30 min at 920 ° C in a borating agent with the following composition: 4% by weight B 4 C 2% by weight KBF 4 94% by weight SiC.
  • the component was moderately easy to remove from the borating agent, and the borating agent could be ground into powder quite easily between the fingers.
  • the boride layer had a thickness of 40-50 ⁇ m.
  • An FeB layer with layer thicknesses of up to 20 ⁇ m was found. With a simple reduction of the KBF 4 , a layer quality that meets the requirements is not achieved.
  • a component made of 42CroMo4 was borated for 30 min at 920 ° C in a mixture of the following composition: 10% by weight B 4 C 30% by weight CaF 2 60% by weight SiC.
  • the component could easily be removed from the powder, however only showed individual boride peaks of max. 16 ⁇ m, there was no closed boride layer. This proves that calcium fluoride is low, but alone insufficient activation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Boriermittel zur Erzeugung von Boridschichten auf metallischen Werkstücken, das im wesentlichen aus borabgebenden Substanzen, aktivierenden Substanzen und im Rest aus feuerfestem, inerten Streckmittel besteht und das dadurch gekennzeichnet, ist daß es als aktivierende Substanz eine Kombination aus, bezogen auf die Gesamtmenge des Boriermittels, 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.% Calciumfluorid enthält. Mit diesem Boriermittel lassen sich auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen einphasige, Fe2B-enthaltende Boridschichten erzeugen. Das Mittel führt zu geringeren Fluor- bzw. Fluoridemissionen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Boriermittel zur Erzeugung von Boridschichten auf metallischen Werkstoffen. Dieses dient insbesondere zur Erzeugung einphasiger, harter und haftfester Boridschichten auf Eisenwerkstoffen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit entsprechender Werkstücke.
Das Borieren zum Verschleißschutz von Eisen, Stahl und Refraktärmetallen ist ein schon lange bekanntes Verfahren. Durch Eindiffusion des Elementes Bor in die Oberfläche des behandelten Werkstückes und Reaktion mit dem Grundwerkstoff entstehen dichte, gleichmäßige Schichten des jeweiligen Borides, auf Eisen z.B. die Boride FeB, Fe2B. Die Boride besitzen gegenüber den reinen Metallen erheblich veränderte Eigenschaften, insbesondere sind die meisten Boride sehr hart, korrosionsbeständig und damit überaus verschleißfest. Aufgrund ihrer Erzeugung durch Diffusion und Festkörperreaktion sind die Boridschichten mit dem Grundwerkstoff fest verbunden. Hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit sind z.B. borierte Stähle teilweise den durch Nitrieren oder Aufkohlen behandelten Stählen überlegen.
Es wurden deshalb in der Vergangenheit eine Vielzahl von Mitteln und technische Verfahrensvarianten entwickelt, mit denen man Boridschichten, insbesondere auf Stahl, herstellen kann.
In der Praxis wird fast ausschließlich das Borieren in festen Boriermitteln angewendet. Dabei werden die zu behandelten Teile in eisernen Kästen in Pulvermischungen gepackt, die im wesentlichen aus borabgebenden Substanzen, aktivierenden Substanzen und im Rest aus feuerfesten, inerten Streckmitteln bestehen. Die geschlossenen Kästen werden eine zeitlang geglüht, wobei in direkter Festkörperreaktion oder durch Transport des Bors über die Gasphase auf den Teilen die erwünschten Boridschichten gebildet werden.
Bie Borierung wird üblicherweise bei Temperaturen zwischen 800 und 1100°C und insbesondere zwischen 850 und 950°C durchgeführt. Die erzielbaren Schichtdicken der Boridschichten liegen im Bereich zwischen 30 und 300 µm.
In Boriermittel kommen als borabgebende Substanzen amorphes und kristallines Bor, Ferrobor, Borcarbid und Borax in Frage. Als aktivierende Substanzen eignen sich Chlorid- oder Fluorid-abgebende Verbindungen wie Alkali- und Erdalkalichloride bzw. -fluoride. Besonders gebräuchlich als Aktivatoren sind Fluoroborate wie insbesondere Kaliumtetrafluoroborat. Typische Streckmittel sind Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Siliciumcarbid. Boriermittel dieser Art sind beispielsweise in DE-PS 17 96 216 beschrieben. Eine typische Zusammensetzung die sich bis heute als Boriermittel bewährt hat, enthält etwa 5 Gew.% Borcarbid, 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 90 Gew.% Siliciumcarbid. Boriermittel der genannten Art kommen normalerweise als Pulvermischungen zum Einsatz. Sie können aber auch als Granulate (z.B. DE-OS 21 27 096) oder als Pasten (z.B. DE-OS 26 33 137) formuliert sein. Im Falle von Granulaten und Pasten enthalten die Zusammensetzungen noch untergeordnete Mengen an Bindemitteln bzw. an Wasser.
Desweiteren wurden auch Verfahren entwickelt, die mit gasförmigen Boriermitteln wie Diboran, Borhalogeniden oder aber in Salzschmelzen mit Borcarbid und Borax als borabgebenden Stoffen arbeiteten. Diese letztgenannten Verfahren konnten sich wegen der Giftigkeit der Verbindungen und der Verfahrensnachteile, wie dem hohen Kontrollaufwand zum Erhalt einer gleichbleibenden Borierwirkung, nicht durchsetzen. Neue Versuche, mit Plasmaverfahren Boridschichten zu erzeugen, sind aufgrund der Einflüsse von Chargierung und komplexer Geometrieformen nicht für alle Anwendungen geeignet. Außerdem ist der apparative Aufwand recht hoch. Daher haben feste Boriermittel, die teils auch in pastöser Form angewandt werden, aufgrund ihrer Vorteile der einfachen Anwendungen und guter Boridschichten, auch heute ihre Vorrangstellung für das Oberflächenborieren erhalten.
Die gebräuchlichen Borierverfahren mit den bekannten festen Boriermitteln haben jedoch den Nachteil, daß es verfahrenstechnisch sehr schwierig ist, mit ihnen insbesondere auf Eisenwerkstoften einphasige Eisenboridschichten zu erzeugen (siehe z.B. EP 0 387 536 B1).
Da die beiden Bande Fe2B und FeB unterschiedliche Eigenschaften besitzen und mehrphasige Schichten meist schlechtere Eigenschaften aufweisen als einphasige, ist man bemüht, beim Borieren einphasige Schichten zu erzeugen.
So ist insbesondere die borreichere FeB-Phase wesentlich spröder als die Fe2B-Phase, was sich negativ auf die Verschleißfestigkeit der borierten Bauteile auswirkt. Bei Boridschichten über 50 µm kommt es auch sehr leicht zur Bildung einer FeB-Randschicht, was aus dem genannten Grund möglichst zu vermeiden ist.
Weiterhin kommt es bei den bekannten Boriermitteln aufgrund ihres Fluoridgehaltes zu nennenswerten Fluoremissionen, zum einen in Form von Fluorgas, zum anderen in Form von wasserlöslichem Fluorid beim Waschen der Bauteile bzw. der Entsorgung von erschöpftem Boriermittel.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Boriermittel zu entwickeln, mit dem insbesondere auf Eisenwerkstoffen praktisch ausschließlich einphasige, Fe2B-enthaltende Boridschichten erzeugt werden können. Weiterhin sollte in diesem Boriermittel der Gehalt an wasserlöslichen Fluoriden gesenkt sein und bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine reduzierte Fluoremission einhergehen.
Überraschend wurde nun gefunden, daß diese Anforderungen von einem Boriermittel erfüllt werden, das im wesentlichen aus borabgebenden Substanzen, aktivierenden Substanzen und im Rest aus feuerfestem, inerten Streckmittel besteht und das dadurch gekennzeichnet ist, daß es als aktivierende Substanz eine Kombination aus, bezogen auf die Gesamtmenge des Boriermittels, 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.% Calciumfluorid enthält.
Gegenstand der Erfindung ist ein wie vorstehend charakterisiertes Boriermittel zur Erzeugung von Boridschichten auf metallischen Werkstücken, insbesondere zur Erzeugung von einphasigen, Fe2B-enthaltenden Boridschichten auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen.
Es hat sich gezeigt, daß mit einem an sich konventionell zusammengesetzten Boriermittel, dem neben üblichen Aktivatorsubstanzen Calciumfluorid als weitere aktivierende Substanz zugesetzt wird, eine gezielte Beeinflussung und Steuerung im Hinblick auf die Art der Boridbildung in der Werkstückoberfläche erfolgen kann. Hierbei lassen sich insbesondere bei Werkstücken aus Eisenwerkstoffen ohne sonstige aufwendige verfahrenstechnische Maßnahmen ohne weiteres praktisch FeB-freie, einphasige Fe2B-Schichten erzeugen.
Das erfindungsgemäße Boriermittel enthält demnach als aktivierende Substanz eine Kombination aus 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat (KBF4) und 5 bis 40 Gew.% Calciumfluorid (CaF2), wobei sich die Mengenangaben auf die Gesamtmenge des Boriermittels beziehen. Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Boriermittel als Aktivatorsubstanz eine Kombination aus 2 bis 4 Gew.%, insbesondere etwa 2,5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 10 bis 30 Gew.%, insbesondere etwa 25 Gew.% Calciumfluorid.
Untersuchungen haben gezeigt, bei einem vollständigen Ersatz von KBF4 durch CaF2 in dem gebräuchlichen Boriermittel nach dem Stand der Technik unter normalen Verfahrensbedingungen keine ausreichende Boridschichten auf dem Werkstückoberflächen gebildet werden. Gleiches ergibt sich, wenn zum Zwecke der Reduktion der Fluoremission der Gehalt an KBF4 in dem Boriermittel lediglich verringert wird.
In dem erfindungsgemäßen Boriermittel können die üblichen borabgebenden Substanzen, wie amorphes oder kristallines Ferrobor und insbesondere Borcarbid (B4C), enthalten sein. Vorzugsweise enthält es 2 bis 10 Gew.% Borcarbid.
Weiterhin enthält das erfindungsgemäße Boriermittel im Rest die gängigen Streckmittel, wie insbesondere Siliciumcarbid (SiC).
Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Boriermittel als borabgebende Substanz 2 bis 10 Gew.%, Borcarbid, als aktivierende Substanz 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.% Calciumfluorid und als Streckmittel im Rest Siliciumcarbid.
Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung besteht aus 3 bis 5 Gew.% Borcarbid, 2 bis 4 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat, 10 bis 30 Gew.% Calciumfluorid und 61 bis 85 Gew.% Siliciumcarbid.
Eine typische Zusammensetzung besteht aus 4 Gew.% B4C, 2,5 Gew.% KBF4, 25 Gew.% CaF2 und 68,5 Gew.% SiC.
Das erfindungsgemäße Boriermittel kommt typischerweise in Form einer Pulvermischung zum Einsatz. Zur Herstellung einer derartigen Pulvermischung werden lediglich die pulverförmigen Ausgangssubstanzen, erforderlichenfalls nach Vermahlung, innig vermischt. Die Partikelgröße derartiger Pulvermischungen liegt typisch im Bereich 10 bis 250 µm. Es kann auch zweckmäßig sein, das erfindungsgemäße Boriermittel in Form eines Granulates zu formulieren. Hierzu kann die entsprechende Pulvermischung beispielsweise mit Wasser und gegebenenfalls einem Bindemittel angeteigt und daraus dann in bekannter Weise ein Granulat hergestellt werden. Bei einem Granulat liegt die Partikelgröße typisch im Bereich 0,1 bis 2,5 mm. Weiterhin kann es für den praktischen Einsatz vorteilhaft sein, das Boriermittel als Paste zu formulieren. Diese kann etwa durch Zugabe von Wasser und gegebenenfalls untergeordneten Mengen von Hilfastoffen, wie z.B. Bindemittel, aus der entsprechenden Pulvermischung hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Boriermittel kann sehr vorteilhaft zur Erzeugung von Boridschichten auf metallischen Werkstücken verwendet werden. Dadurch, daß gegenüber bekannten Zusammensetzungen der Gehalt an KBF4 durch teilweisen Ersatz mit dem wasserunlöslichen CaF2 verringert werden kann, ist das erfindungsgemäße Mittel in Bezug auf Fluoridemissionen wesentlich unkritischer, was insbesondere die Entsorgung von Abwässern nach dem Waschen der borierten Bauteile und von erschöpftem Boriermittel betrifft. Ein reduzierter KBF4-Gehalt ist weiterhin beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mittels von Vorteil, da entsprechend geringere Fluorgasemissionen auftreten.
Ein besonderer Verfahrensvorteil des erfindungsgemäßen Boriermittels ist, daß sich auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen ohne weiteres und problemlos einphasige, Fe2B-enthaltende Bordschichten erzeugen lassen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von einphasigen, Fe2B-enthaltenden Boridschichten auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen wird die Oberfläche der Werkstücke mit dem Boriermittel bedeckt und diese dann bei Temperaturen zwischen 800 und 1100°C behandelt, bis sich eine Boridschicht der gewünschten Dicke gebildet hat. Hierzu packt man die Teile in bekannter Weise in geschlossene Eisenkästen in eine Pulvermischung oder ein Granulat des erfindungsgemäßen Boriermittels ein, so daß die Oberflächen der Teile vollständig bedeckt sind. Die Oberfläche der Teile kann auch mit einer Boriermittelpaste bestrichen werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn eine teilweise borierte Oberfläche gewünscht wird.
Die Borierung erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 850 und 950°C über einen Zeitraum von 20 Minuten bis 2 Stunden. Hierbei lassen sich einphasige Fe2B-Schichten von einer Dicke von 30 bis 150 µm erhalten.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel):
Ein Bauteil aus 42CrMo4 wurde 30 min bei 920°C in einem Boriermittel nach dem Stand der Technik mit folgender Zusammensetzung boriert:
4 Gew.% B4C
5 Gew.% KBF4
91 Gew.% SiC.
Das Bauteil ließ sich mäßig leicht aus dem Boriermittel entnehmen, das Boriermittel nur schwer zwischen den Fingern zu Pulver zerreiben. Die Boridschicht hatte eine Schichtdicke von 45-50 µm, dabei waren FeB-Spitzen bis 16 µm Tiefe zu erkennen. Es wurden Fluorgas-Emissionen von ca. 4 g/kg Boriermittel gemessen.
Beispiel 2 (erfindungsgemäß):
Ein Bauteil aus 42CrMo4 wurde 30 min bei 920°C in einem erfindungsgemäßen Boriermittel mit folgender Zusammensetzung boriert:
4 Gew.% B4C
5 Gew.% KBF4
10 Gew.% CaF2
81 Gew.% SiC.
Das Bauteil ließ sich mäßig leicht aus dem Boriermittel entnehmen, das Boriermittel mäßig leicht zwischen den Fingern zu Pulver zerreiben. Die Boridschicht hatte eine Dicke von ca. 50 µm und war vollständig FeB-frei. Der Schichtaufbau war deutlich gleichmäßiger als bei der Schicht aus Beispiel 1. Es wurden Fluorgas-Emissionen von ca. 4 g/kg Boriermittel gemessen.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß):
Ein Bauteil aus 42CrMo4 wurde 30 min bei 920°C in einem erfindungsgemäßen Boriermittel mit folgender Zusammensetzung boriert:
4 Gew.% B4C
2 Gew.% KBF4
30 Gew.% CaF2
64 Gew.% SiC.
Das Bauteil ließ sich leicht aus dem Boriermittel entnehmen, das Boriermittel leicht zwischen den Fingern zu Pulver zerreiben. Die Boridschicht hatte eine Dicke von 50-55 µm, war vollständig FeB-frei und hatte einen sehr gleichmäßigen, kompakten Aufbau. Die Fluoremissionen betrugen lediglich 2 g/kg Boriermittel.
Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel):
Ein Bauteil aus 42CrMo4 wurde 30 min bei 920°C in einem Boriermittel mit folgender Zusammensetzung boriert:
4 Gew.% B4C
2 Gew.% KBF4
94 Gew.% SiC.
Das Bauteil ließ sich mäßig leicht aus dem Boriermittel entnehmen, das Boriermittel recht leicht zwischen den Fingern zu Pulver zerreiben. Die Boridschicht hatte eine Dicke von 40-50 µm. Es war eine FeB-Schicht mit Schichtdicken bis 20 µm festzustellen. Bei einer einfachen Reduzierung des KBF4 wird somit keine den Anforderungen genügende Schichtqualität erreicht.
Beispiel 5 (Vergleichbeispiel):
Ein Bauteil aus 42CroMo4 wurde 30 min bei 920°C in einer Mischung folgender Zusammensetzung boriert:
10 Gew.% B4C
30 Gew.% CaF2
60 Gew.% SiC.
Das Bauteil ließ sich einfach aus dem Pulver entnehmen, wies jedoch nur einzelne Boridspitzen von max. 16 µm auf, es war keine geschlossene Boridschicht vorhanden. Dies belegt, daß Calciumfluorid zwar eine geringe, aber allein keine ausreichende Aktivierung bewirkt.

Claims (10)

  1. Boriermittel zur Erzeugung von Boridschichten auf metallischen Werkstücken, im wesentlichen bestehend aus borabgebenden Substanzen, aktivierenden Substanzen und im Rest aus feuerfestem, inerten Streckmittel,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es als aktivierende Substanz eine Kombination aus, bezogen auf die Gesamtmenge des Boriermittels, 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.% Calciumfluorid enthält.
  2. Boriermittel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es als borabgebende Substanz 2 bis 10 Gew.% Borcarbid enthält.
  3. Boriermittel nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es als Streckmittel Siliciumcarbid enthält.
  4. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es als borabgebende Substanz 2 bis 10 Gew.% Borcarbid, als aktivierende Substanz 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 5 bis 40 Gew.% Calciumfluorid und als Streckmittel im Rest Siliciumcarbid enthält.
  5. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es 3 bis 5 Gew.% Borcarbid, 2 bis 4 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat, 10 bis 30 Gew.% Calciumfluorid und 61 bis 85 Gew.% Siliciumcarbid enthält.
  6. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es aus 4 Gew.% Borcarbid, 2,5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat, 25 Gew.% Calciumfluorid und 68,5 Gew.% Siliciumcarbid besteht.
  7. Boriermittel nach den Ansprüchen 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es in Form eines Pulvers, eines Granulates oder einer Paste vorliegt.
  8. Verwendung von Boriermitteln gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, zur Erzeugung von einphasigen, Fe2B-enthaltenden Boridschichten auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen.
  9. Verfahren zur Erzeugung von einphasigen, Fe2B-enthaltenden Boridschichten auf Werkstücken aus Eisenwerkstoffen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man die Oberfläche der Werkstücke mit einem Boriermittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 bedeckt und diese dann bei Temperaturen zwischen 800 und 1100°C behandelt, bis sich eine Boridschicht der gewünschten Dicke gebildet hat.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man zur Erzeugung von Fe2B-Schichten einer Dicke von 30 bis 150 µm bei Temperaturen zwischen 850 und 950°C über einen Zeitraum von 20 Minuten bis 2 Stunden behandelt.
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