EP0971047B1 - Boriermittel - Google Patents

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EP0971047B1
EP0971047B1 EP99111057A EP99111057A EP0971047B1 EP 0971047 B1 EP0971047 B1 EP 0971047B1 EP 99111057 A EP99111057 A EP 99111057A EP 99111057 A EP99111057 A EP 99111057A EP 0971047 B1 EP0971047 B1 EP 0971047B1
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EP
European Patent Office
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weight
boriding
boron
boriding agent
agent according
Prior art date
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EP99111057A
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English (en)
French (fr)
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EP0971047A1 (de
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Ulrich Dr. Baudis
Stefan Dr. Wigger
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Durferrit GmbH Thermotechnik
Original Assignee
Durferrit GmbH Thermotechnik
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Filing date
Publication date
Application filed by Durferrit GmbH Thermotechnik filed Critical Durferrit GmbH Thermotechnik
Publication of EP0971047A1 publication Critical patent/EP0971047A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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 Borierstoff for the production of Boride coatings on metallic materials. This serves in particular for the production of single-phase, hard and adherent Borid füren on iron materials to increase wear resistance and improve the Corrosion resistance of corresponding workpieces.
  • Boring for wear protection of iron, steel and refractory metals is a well-known process.
  • dense, uniform layers of the respective boride for example the borides FeB, Fe 2 B are formed on iron.
  • the borides have considerably changed properties compared to the pure metals Most Boride very hard, corrosion resistant and therefore extremely wear-resistant. Due to their generation by diffusion and solid state reaction, the boride layers are firmly bonded to the base material.
  • boron-treated steels are sometimes superior to steels treated by nitriding or carburizing.
  • Bie boration is usually used at temperatures between 800 and 1100 ° C and in particular between 850 and 950 ° C. carried out.
  • the achievable layer thicknesses of Boride layers are in the range between 30 and 300 microns.
  • Suitable activating substances are chlorides or Fluoride-donating compounds such as alkali and Alkaline earth chlorides or fluorides. Especially common as activators are fluoroborates such as in particular Potassium tetrafluoroborate.
  • Typical extenders are Alumina, silica and silicon carbide. Boriering agents of this type are for example in DE-PS 17 96 216 described. A typical composition which has proven itself to date as Borierstoff contains about 5 wt.% Boron carbide, 5 wt.% Potassium tetrafluoroborate and 90% by weight silicon carbide.
  • Borierstoff of the type mentioned are usually used as powder mixtures. she but also as granules (for example DE-OS 21 27 096) or be formulated as pastes (e.g., DE-OS 26 33 137). In the event of granules and pastes contain the compositions 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.
  • boride layers of more than 50 ⁇ m it is also very easy to form a FeB boundary layer, which should be avoided as far as possible for the stated reason.
  • the invention therefore an object of the invention to develop a Borierstoff, with the use of ferrous materials virtually exclusively single-phase, Fe 2 Benthaltende Borid harshen can be generated. Furthermore, the content of water-soluble fluorides should be lowered in this Borierstoff and associated with normal use, a reduced fluorine emission.
  • the invention relates to a boriding 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 iron materials.
  • the boriding agent according to the invention contains as activating substance a combination of 1 to 5% by weight of potassium tetrafluoroborate (KBF 4 ) and 10 to 40% by weight of calcium fluoride (CaF 2 ), the quantities referring to the total amount of boriding agent.
  • the boriding agent according to the invention preferably comprises as activator substance 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.
  • the boriding agent according to the invention may contain the customary boron-emitting substances, such as amorphous or crystalline ferroboron and in particular boron carbide (B 4 C). Preferably, it contains from 2 to 10% by weight of boron carbide.
  • the boriding agent according to the invention contains the usual extenders in the remainder, in particular silicon carbide (SiC).
  • the boriding agent according to the invention preferably contains boron-emitting substance 2 to 10 wt.% Boron carbide, as activating substance 1 to 5 wt.% Potassium tetrafluoroborate and 10 to 40% by weight of calcium fluoride and as extender in the balance of silicon carbide.
  • a particularly preferred composition consists of 3 to 5 wt.% Boron carbide, 2 to 4 wt.% Potassium tetrafluoroborate, 10 to 30 wt.% Calcium fluoride and 61 to 85 Wt.% 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 boriding agent according to the invention typically comes in the form of a powder mixture for use.
  • a powder mixture for use of such a powder mixture are only the powdered starting materials, if necessary after Milling, intimately mixed.
  • the particle size of such Powder mixtures are typically in the range 10 to 250 microns.
  • the inventive Borierstoff formulate in the form of granules.
  • the corresponding powder mixture for example pasted with water and optionally a binder and then made a granulate in a known manner become.
  • the particle size is typical in the range 0.1 to 2.5 mm.
  • the boring agent as To formulate paste. This can be done by adding Water and possibly minor amounts of Auxiliaries, such as Binder, from the corresponding Powder mixture are produced.
  • the boriding agent according to the invention can be used very advantageously for the production of boride layers on metallic workpieces.
  • a reduced KBF 4 content is furthermore advantageous in the intended use of the composition since correspondingly lower fluorine gas emissions occur.
  • a particular advantage of the boriding agent according to the invention is that it is possible to easily produce single-phase, Fe 2 B-containing boride layers on workpieces made of iron materials.
  • the surface of the workpieces is covered with the boriding agent and then treated at temperatures between 800 and 1100 ° C until a boride layer of the desired thickness has formed ,
  • packing the parts in a known manner in closed iron boxes in a powder mixture or granules of boriding agent according to the invention, so that the surfaces of the parts are completely covered.
  • the surface of the parts can also be painted with a boriding agent paste. This is advantageous when a partially borated surface is desired.
  • the boriding 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 of a thickness of 30 to 150 ⁇ m can be obtained.
  • a 42CrMo4 component was borated at 920 ° C for 30 minutes in a prior art boriding agent of 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 boriding agent, the Borierstoff difficult to grind between the fingers to powder.
  • the boride layer had a layer thickness of 45-50 ⁇ m, with FeB tips up to 16 ⁇ m deep. Fluorine gas emissions of about 4 g / kg boric acid were measured.
  • a component of 42CrMo4 was borated at 920 ° C. for 30 minutes in a boriding agent according to the invention having 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 boriding agent, the boriding agent moderately easy to grind between the fingers to powder.
  • the boride layer had a thickness of about 50 microns and was completely FeB-free.
  • the layer structure was significantly more uniform than in the layer from Example 1. Fluoro gas emissions of about 4 g / kg boric acid were measured.
  • a component of 42CrMo4 was borated at 920 ° C. for 30 minutes in a boriding agent according to the invention having 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 easily removed from the boriding agent Remove the boric acid slightly between your fingers Grate powder.
  • the boride layer had a thickness of 50-55 ⁇ m, was completely FeB-free and had a very good uniform, compact construction.
  • the fluorine emissions amounted to only 2 g / kg Borierstoff.
  • a 42CrMo4 component was borated at 920 ° C. for 30 minutes in a boring agent having 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 boriding agent, the Borierstoff quite easily grind between the fingers to powder.
  • the boride layer had a thickness of 40-50 ⁇ m.
  • a component of 42CroMo4 was borated for 30 minutes 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.

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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 Chloridoder 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 Eisenwerkstoffen einphasige Eisenboridschichten zu erzeugen (siehe z.B. EP 0 387 536 B1).
Da die beiden Boride 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.
In CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 95, no. 26,28. Dezember 1981 (1981-12-28) Columbus, Ohio, US; abstract no. 223836, KRUKOVICH, M. G. ET AL: ,Composition for boronizing steel articles' XP002121003 & SU 834 241 A (BELORUSSIAN POLY-TECHNIC INSTITUTE, USSR) 30. Mai 1981 (1981-05-30) ist ein Boriermittel zur Erzeugung von einphasigen Boridschichten auf Stahl beschrieben, welches aus 40-50 % CaO, 45-50 % Ca-Borid, 3-7 % NaF und 1-3 % KBF4 besteht.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Boriermittel zu entwickeln, mit dem insbesondere auf Eisenwerkstoffen praktisch ausschließlich einphasige, Fe2Benthaltende 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 neben einem Anteil von 2 bis 10 Gew.% an borabgebenden Substanzen als aktivierende Substanz eine Kombination aus, bezogen auf die Gesamtmenge des Boriermittels, 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 10 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 10 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, dass bei einem vollständigen Ersatz von KBF4 durch CaF2 in dem gebräuchlichen Boriermittel nach dem Stand der Technik unter normalen Verfahrensbedingungen keine ausreichende Boridschichten auf den 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 10 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 Hilfsstoffen, 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 Boridschichten 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.% CaF 2
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 neben einem Anteil von 2 bis 10 Gew.% an borabgebenden Substanzen als aktivierende Substanz eine Kombination aus, bezogen auf die Gesamtmenge des Boriermittels, 1 bis 5 Gew.% Kaliumtetrafluoroborat und 10 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 10 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.
EP99111057A 1998-07-09 1999-06-15 Boriermittel Expired - Lifetime EP0971047B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19830654 1998-07-09
DE19830654A DE19830654C2 (de) 1998-07-09 1998-07-09 Boriermittel, seine Verwendung und Verfahren zur Erzeugung einphasiger, Fe¶2¶B-haltiger Boridschichten

Publications (2)

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