EP1865088B1 - Verfahren zum Härten von Edelstahl und Salzschmelze zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
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- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C8/54—Carbo-nitriding
- C23C8/56—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
Definitions
- the invention relates to a method for hardening stainless steel and a molten salt for carrying out the method.
- stainless steel Due to its excellent corrosion resistance, stainless steel is used in chemical apparatus engineering, in food technology, in the petrochemical industry, in the offshore sector, in shipbuilding and aircraft construction, in architecture, in building construction and equipment construction and in many other industrial sectors.
- the steel is generally not sufficiently resistant to corrosion to be considered stainless steel.
- the content of metallic chromium in the steel is thus an important criterion for the Corrosion resistance, as in P. Gümpel et al. Stainless Steels, Expert Verlag, Volume 349, Renningen Malmsheim 1998 is executed.
- a major disadvantage of most common stainless steels such as 1.4301, 1.4441, 1.4541 or 1.4575 is that these steels are quite soft and thus susceptible to scratching the surface by hard particles such as dust or sand.
- Most stainless steels - except for the very special martensitic stainless steels - are not hardenable by physical methods such as annealing and quenching. The low surface hardness often hinders the use of stainless steel.
- Another disadvantage of most stainless steels is their strong tendency to seize, i. for welding the surface of two mutually sliding surfaces due to adhesion.
- thermochemical treatment e.g. By nitriding or nitrocarburizing in gas (under ammonia atmosphere), in plasma (under nitrogen / argon) or in molten salt (in molten cyanates), the surface of stainless steel can be enriched with nitrogen to form iron and chromium nitrides.
- the resulting layers form out of the material, so they are - unlike galvanic or physical layers - not applied from the outside and therefore extremely adherent.
- hard layers of 5 to 50 ⁇ m thickness are formed. The hardness of such nitrided or nitrocarburized layers on stainless steel reaches over 1000 units on the Vickers hardness scale due to the high hardness of the resulting iron and chromium nitrides.
- nitrided or nitrocarburized layers on stainless steel The problem with the practical use of such nitrided or nitrocarburized layers on stainless steel is that although these layers are hard, they lose their corrosion resistance.
- the reason for this is the relatively high treatment temperature, which is around 580 ° C during nitriding or nitrocarburizing.
- the diffusing elements form nitrogen and carbon with the chromium-stable chromium nitride (CrN) or chromium carbides (Cr 7 C 3 ) in the area of the component surface.
- the corrosion resistance-free free chromium is removed from the stainless steel matrix to a depth of about 50 ⁇ m below the surface and converted into chromium nitride or chromium carbide.
- the surface of the component becomes hard due to the formation of iron and chromium nitride, but it is susceptible to corrosion. In use, such layers are rapidly worn away due to corrosion.
- a hard and at the same time corrosion-resistant layer can be thermochemically produced by the so-called Kolsterizing® on stainless steel.
- This process is for example in Kolster by® - corrosion-resistant surface hardening of austenitic stainless steel - Information Sheet of Bodycote Hardiffbv, Parimariboweg 45, NL-7333 Apeldoorn, info@hardiff.de and M. Wägner Increasing the wear resistance of stainless steels. Steel STEEL No. 2 (2004) 40-43 mentioned.
- the conditions of the process are described neither in the patent literature nor in the generally accessible scientific literature.
- treated components have a hard, wear-resistant layer between 10 and 20 microns thick, the corrosion resistance of the base material remains.
- Kolsterised® components must not be heated above 400 ° C, otherwise they will lose their corrosion resistance.
- the workpiece to be cured is first surface activated by treatment with an acid and then treated in a heated fluidized bed containing active nitrogen and preferably also active carbon capable of diffusing into the workpiece.
- a method for carburizing austenitic metal is described. According to this method, the metal is kept in a fluorine-containing or fluoride-containing guest atmosphere under heating prior to carburizing. The carburizing of the metal is then carried out at a temperature of at most 680 ° C.
- US-A-19996269 discloses a melt for curing iron parts comprising the following components: 50 parts of barium chloride, 25 parts of sodium chloride, 25 parts of potassium chloride, 5-10 parts of sodium cyanide and 3-5% of a mixture of 1 part of strontium chloride and 7 parts of barium chloride.
- JP-A-52123345 discloses a melt for nitriding iron at 690 ° C comprising the following components: 15% potassium chloride, 15% sodium chloride, 80% barium chloride, sodium titanate and potassium hexacyanoferrate.
- the invention has for its object to provide a cost-effective rational method by means of which a hardening of stainless steel is made possible, in which the corrosion resistance of the stainless steel is maintained as much as possible.
- the molten salt according to the invention comprises the following components: 30-60% by weight Potassium chloride (KCL) 20-40% by weight Lithium chloride (LiCl) 15-30% by weight an activator substance consisting of barium chloride (BaCl 2 ) and / or strontium chloride (SrCl 2 ) and / or magnesium chloride (MgCl 2 ) and / or calcium chloride (CaCl 2 ) 0.2-25% by weight a carbon donating substance consisting of a free cyanide and / or a complex cyanide.
- KCL Potassium chloride
- LiCl Lithium chloride
- BaCl 2 barium chloride
- SrCl 2 strontium chloride
- MgCl 2 magnesium chloride
- CaCl 2 calcium chloride
- the present invention avoids high equipment and energy costs and makes use of a light, easy for less qualified personnel easily executable procedure.
- the invention further enhances the tendency of the stainless steel to eat, i. For cold welding and thus the adhesive wear significantly reduced.
- the hardness of the surface of the stainless steel is increased from 200 - 300 Vickers to values up to 1000 Vickers, which results in a high scratch resistance.
- the use of the molten salt according to the invention makes it possible to harden stainless steel while maintaining its corrosion resistance.
- the method according to the invention is based on the following principle
- these processes using the molten salt of the invention are used as a reactive medium and as a heat transfer agent.
- the molten salt according to the invention contains constituents from which diffusible carbon and / or nitrogen can be liberated and suitable activator substances which cause the release of diffusible nitrogen and / or carbon at low temperatures. It is essential that the treatment temperatures in the molten salt below 450 ° C and are particularly advantageous to lower than the formation temperature of chromium carbide (420 - 440 ° C) or chromium nitride (350 - 370 ° C) to the formation of nitrides and To avoid carbides in the steel matrix completely or as far as possible.
- the concentration of the active carbon or nitrogen donating substances in the form of complex or free cyanides in the molten salt of the invention is very high compared with the concentration of corresponding substances (ammonia, methane, carbon monoxide) in gas atmospheres or in a plasma.
- the relatively long treatment times required for the method according to the invention are based on the fact that the diffusion rate of C and N is a function of the temperature and decreases significantly at temperatures below 450 ° C. At the low temperatures necessary to avoid chromium carbide and chromium nitride formation, long diffusion times of 12 to 60 hours must be used.
- Austenitic stainless steels or so-called duplex steels (ferritic-austenitic steels) are against such long heat treatment times very insensitive and change their other mechanical properties or the structure as good as not.
- the molten salt consists of a salt mixture of potassium chloride, barium chloride and lithium chloride.
- a melt of strontium chloride, potassium chloride and lithium chloride can be used.
- magnesium chloride and / or calcium chloride instead of barium chloride or strontium chloride.
- the melting points of the eutectic mixtures of these salts are from 320 ° C to 350 ° C.
- the salt should be dried for at least 12 to 24 hours at 120-140 ° C before the addition and freed from the water of crystallization, since it contains 3 mol equivalents of water of crystallization in the form supplied.
- the red potassium hexacyanoferrate (III) that is, K 3 Fe (CN) 6 , which contains no water of crystallization, can be added to the melt.
- the amount of complex cyanide added is in the range of 2 to 10% by weight.
- complex metal cyanides can also be used as carbon donors.
- these are tetracyanoxide or tetracyanozinc compounds, for example Na 2 Ni (CN) 4 or Na 2 Zn (CN) 4 .
- complex nontoxic iron cyanides or metal cyanides and sodium and / or potassium cyanide can be added in free form, in an amount of 0.1 to 25 wt.%, Preferably between 3 and 10 wt.%.
- the results are similar to the use of complex cyanides, and mixtures of complex and free cyanides can also be used.
- molten salts with complex cyanides is that it does not handle toxic substances because hexacyanoferrate is non-toxic per se.
- the decay is very slow.
- the carbon formed during the decomposition diffuses into the austenitic stainless steel to be hardened and remains there at temperatures below 420 ° C. in solid, saturated or supersaturated solution.
- Austenite has a high solubility for carbon, a lower one for nitrogen.
- Part of the resulting nitrogen also diffuses into the stainless steel surface. If the treatment temperature is below 350 - 370 ° C, so does the nitrogen - like the carbon - in solid solution, the temperature is between 370 ° C and 420 ° C, so the nitrogen forms with the alloying element chromium chromium nitride and thus potentially reduce the corrosion resistance of stainless steel on the surface. However, even in this temperature range, a formation of chromium carbide is still avoided, so that the alloy matrix of the stainless steel, despite the Chromnitridön given in this temperature range still little chromium is removed, so that reducing the corrosion resistance of the stainless steel may still be acceptable.
- Cyanide ions which resulted from the decomposition of the complex metal salt, are oxidized to cyanate ions by atmospheric oxygen, which is omnipresent in the melt. These can decompose to form carbon monoxide and nitrogen. Cyanations are usually the source of diffusible nitrogen. However, cyanide ions can also be further oxidized to carbonate ions, resulting in carbon monoxide. Carbon monoxide can continue to react with carbon dioxide by releasing diffusible carbon.
- cyanide can react with barium ions of the activator substance contained as barium chloride in the molten salt to barium cyanide Ba (CN) 2 , which turns into barium cyanamide BaNCN. This releases carbon, which can diffuse into the components.
- the barium cyanamide further reacts with atmospheric oxygen to form barium carbonate and nitrogen which is released. Similar reactions are to be expected with strontium, calcium and magnesium, if strontium chloride, calcium chloride or magnesium chloride is used as the activator substance.
- strontium, calcium and magnesium if strontium chloride, calcium chloride or magnesium chloride is used as the activator substance.
- the alkaline earth metals in the form of their halides thus form in the process according to the invention activator substances which bring about the release of diffusible nitrogen and carbon in the temperature range of the process according to the invention. Without the participation of at least one alkaline earth element of the series magnesium, calcium, strontium and barium, the diffusion of the necessary carbon into the stainless steel surface is not possible.
- the other alkali metals Na, K, Rb and Cs do not show this effect.
- An analytical control of the molten salts according to the invention can be carried out as follows:
- the change in the concentration of the active Ingredients can be monitored by potentiometric titration.
- K 4 Fe (CN) 6 can be titrated with cerium (IV) sulfate solution.
- Free cyanide can be determined very well with nickel (II) sulfate. Consumed cyanide or complex cyanide is added accordingly.
- an inert gas such as argon, nitrogen or carbon dioxide may be introduced therein.
- the molten salt can be operated in a closed retort using nitrogen, argon or carbon dioxide as a protective gas.
- a crucible made of heat-resistant steel e.g. from the material 1.4828, 42 kg dry potassium chloride, 34 kg dry lithium chloride and 20 kg barium chloride siccum weighed and mixed loosely. All salts must have a residual moisture content of less than 0.3% by weight.
- the mixture is heated to 400 ° C and gives a water-clear melt.
- 4 kg of potassium hexacyanoferrate (II) are slowly added, which had previously been dried for 12 h at 140 ° C in a muffle furnace.
- the potassium hexacyanoferrate (II) is introduced, a very small amount of carbon deposits on the crucible wall and on the surface of the melt. This carbon is skimmed off with a sifting spoon.
- a water-clear melt is present, which is brought to an operating temperature of 400 ° C.
- V2A stain is a mixture of 100 ml of water and conc. 100 ml of hydrochloric acid. (HCI, 30%) and 0.3% "bird's reagent".
- Vogel's reagent is a mixture of 60% 2-methoxy-2-propanol (H3C-O-CH2Oh-CH3) 5% thiourea (H2N-CS-NH2) 5% nonylphenol ethoxylate residue ethanol.
- the cross section is photographically in FIG. 1 shown in a 500-fold magnification.
- the surface hardness of this layer is determined to be 642 - 715 HV (0.5) or 1100 - 1210 HV (0.025).
- the element distribution within the layer can be determined by glow discharge spectroscopy (GDOES) and is exemplified in FIG. 2 shown.
- GDOES glow discharge spectroscopy
- FIG. 2 is the penetration depth of the elements N, C, Fe, Cr 2 , Ni, Mo shown in the surface of the cured with the molten salt workpiece, that is, the mass concentrations of these elements in percent, depending on the depth in the workpiece in microns.
- FIG. 3 shows the hardness curve as a function of the depth (in ⁇ m) for this workpiece.
- the hardness profile was measured by the Vickers method under a test load of 0.010 kp (10 grams).
- the hardness of the workpiece is significantly increased.
- the result of this treatment is a 10-25 ⁇ m thick diffusion layer on the surface of the treated components and samples. which can be made visible metallographically by a cross-section and etching with the etchant V2A-stain.
- the result of this treatment is an approx. 10 ⁇ m thick diffusion layer on the surface of the treated components and samples, which can be made visible metallographically by cross-sectioning and etching with the etchant V2A-stain.
- the hardness of this layer is determined to be 620 HV (0.5).
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Edelstahl und eine Salzschmelze zur Durchführung des Verfahrens.
- Edelstahl wird aufgrund seiner ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit im chemischen Apparatebau, in der Lebensmitteltechnologie, in der petrochemischen Industrie, im Offshorebereich, im Schiffs- und Flugzeugbau, in der Architektur, im Hausbau und Gerätebau und in vielen weiteren Industriebereichen verwendet.
- Von korrosionsbeständigem Edelstahl spricht man, wenn einem Eisenwerkstoff mindestens 13 Gew. % Chrom zulegiert sind. In den meisten Fällen ist zusätzlich noch Nickel, Titan und Molybdän in der Eisenlegierung enthalten, wie beispielsweise in Stahl Merkblatt 821 Edelstahl Rostfrei - Eigenschaften Informationsstelle Edelstahl, PF 102205, 40013 Düsseldorf www.edelstahlrostfrei.de und in P. Gümpel et al. Rostfreie Stähle, Expert Verlag, Band 349, Renningen Malmsheim 1998 ausgeführt ist. Typische austenitische Edelstähle sind die Legierungen der Stähle 1.4301 oder 1.4571 mit folgenden Zusammensetzungen:
- 1.4301 : C 0,05 Si 0,5 Mn 1,4 Cr 18,5 Ni 9,5 Gew. %
- 1.4571 : C 0,03 Si 0,5 Mn1,7 Cr 17,0 Ni 11,2 Mo 2,2 Ti 0,1 Gew. %
- Beträgt der Chromgehalt weniger als 13 Gew. %, so ist der Stahl im Allgemeinen nicht ausreichend korrosionsbeständig um als Edelstahl zu gelten. Der Gehalt an metallischem Chrom im Stahl ist somit ein wichtiges Kriterium für die Korrosionsbeständigkeit, wie in P. Gümpel et al. Rostfreie Stähle, Expert Verlag, Band 349, Renningen Malmsheim 1998 ausgeführt ist.
- Ein großer Nachteil der meisten gebräuchlichen Edelstähle wie 1.4301, 1.4441, 1.4541 oder 1.4575 besteht darin, dass diese Stähle ziemlich weich sind und somit anfällig gegen Verkratzen der Oberfläche durch harte Partikel wie Staub oder Sand sind. Die meisten Edelstähle - abgesehen von den sehr speziellen martensitischen Edelstählen - sind nicht durch physikalische Methoden wie Glühen und Abschrecken härtbar. Die geringe Oberflächenhärte steht der Verwendung des Edelstahls häufig im Wege. Ein weiterer Nachteil der meisten Edelstähle ist ihre starke Neigung zum Fressen, d.h. zum Verschweißen der Oberfläche zweier gegeneinander gleitender Flächen aufgrund von Adhäsion.
- Durch thermochemische Behandlung - z.B. durch Nitrieren oder Nitrocarburieren im Gas (unter Ammoniakatmosphäre), im Plasma (unter Stickstoff / Argon) oder in der Salzschmelze (in geschmolzenen Cyanaten) kann die Oberfläche von Edelstahl mit Stickstoff angereichert werden, wobei sich Eisen- und Chromnitride bilden. Die dabei entstehenden Schichten bilden sich aus dem Werkstoff heraus, sie sind also - anders als bei galvanischen oder physikalischen Schichten - nicht von außen aufgetragen und deshalb extrem haftfest. Je nach Behandlungsdauer bilden sich harte Schichten von 5 bis 50 µm Dicke. Die Härte solcher nitrierter oder nitrocarburierter Schichten auf Edelstahl erreicht wegen der hohen Härte der dabei entstandenen Eisen- und Chromnitride Werte über 1000 Einheiten auf der Härteskala nach Vickers.
- Das Problem beim praktischen Einsatz solcher nitrierter oder nitrocarburierter Schichten auf Edelstahl besteht darin, dass diese Schichten zwar hart sind, jedoch ihre Korrosionsbeständigkeit verlieren. Die Ursache dafür ist die relativ hohe Behandlungstemperatur, die beim Nitrieren oder Nitrocarburieren im Bereich um 580°C liegt. Bei dieser Temperatur bilden die eindiffundierenden Elemente Stickstoff und Kohlenstoff mit dem Chrom stabile Chromnitride (CrN) bzw. Chromcarbide (Cr7C3) im Bereich der Bauteiloberfläche. Auf diese Weise wird das für die Korrosionsbeständigkeit unabdingbare freie Chrom aus der Edelstahlmatrix bis in eine Tiefe von ungefähr 50 µm unter der Oberfläche entfernt und in Chromnitrid oder Chromcarbid umgewandelt. Die Bauteiloberfläche wird aufgrund der Bildung von Eisen- und Chromnitrid zwar hart, aber korrosionsanfällig. Im Gebrauch werden solche Schichten aufgrund von Korrosion rasch abgenutzt bzw. abgetragen.
- Um dieses Problem zu vermeiden, existieren folgende Verfahrensweisen.
- Es ist bekannt, dass die Oberflächenhärte auf Edelstahl durch galvanische Beschichtungen, z.B. durch Vernickeln, oder physikalische Beschichtungen, z.B. mittels PVD-Beschichtung (Physical Vapor Deposition) verbessert werden kann. Dabei wird jedoch ein artfremder Stoff auf die Oberfläche des Stahls aufgebracht. Die mit dem verschleißenden oder korrosiven Medium in Kontakt stehende Oberfläche ist nicht mehr die Stahloberfläche selbst. Es ergeben sich Probleme der Haftung und der Korrosionsbeständigkeit. Diese Verfahren sind daher zur Verbesserung der Härte und des Verschleissverhaltens von Edelstahl nicht sehr verbreitet.
- Eine harte und gleichzeitig korrosionsbeständige Schicht kann man durch das so genannte Kolsterisieren® auf Edelstahl thermochemisch erzeugen. Dieses Verfahren ist beispielsweise in Kolsterisieren® - korrosionsfestes Oberflächenhärten von austenitischem rostfreiem Stahl - Informationsblatt der Bodycote Hardiffbv, Parimariboweg 45, NL-7333 Apeldoorn, info@hardiff.de sowie M. Wägner Steigerung der Verschleißfestigkeit nichtrostender aust. Stähle STAHL Nr. 2 (2004) 40-43 erwähnt. Die Bedingungen des Prozesses sind weder in der Patentliteratur noch in der allgemein zugänglichen wissenschaftlichen Literatur beschrieben. So behandelte Bauteile weisen eine harte, verschleissfeste Schicht zwischen 10 und 20 µm Dicke auf, die Korrosionsbeständigkeit des Grundwerkstoffs bleibt erhalten. Kolsterisierte® Bauteile dürfen nicht über 400°C erhitzt werden, da sie sonst ihre Korrosionsbeständigkeit verlieren.
- Durch Plasmanitrieren, welches beispielsweise in H.-J. Spies et al. Mat.-Wiss. u. Werkstofftechnik 30 (1999) 457-464, Y. Sun, T. Bell et al. The Response of Austenitic Stainless Steel to Low Temp. Plasma Nitriding Heat Treatment of Metals Nr. 1 (1999) 9-16 beschrieben ist, oder durch Unterdruckaufkohlung, welches beispielsweise in D. Günther, F. Hoffmann, M. Jung, P. Mayr Oberflächenhärtung von austenitischen Stählen unter Beibehaltung der Korrosionsbeständigkeit Härterei-Techn. Mitt. 56 (2001) 74-83 beschrieben ist, kann bei niedrigen Temperaturen eine übersättigte Lösung von Stickstoff und/oder Kohlenstoff in der Oberfläche von Bauteilen aus Edelstahl erzeugt werden, die die gewünschten Eigenschaften, d.h. höhere Härte bei unveränderter Korrosionsfestigkeit, aufweist.
- Beide Verfahren erfordern jedoch einen hohen apparativen Aufwand und hohe Investitions- und Energiekosten, zur Bedienung der Anlagen ist besonders geschultes, meist sogar wissenschaftlich ausgebildetes Personal erforderlich.
- Aus der
DE 35 01 409 A1 ist ein Verfahren zum Einsatzhärten von rostfreiem Stahl bekannt. Bei diesem Verfahren wird das zu härtende Werkstück zunächst durch Behandlung mit einer Säure oberflächenaktiviert und dann in einem erhitzten Fließbett behandelt, das aktiven Stickstoff und vorzugsweise auch aktiven Kohlenstoff enthält, die in der Lage sind in das Werkstück zu diffundieren. - Aus der
DE 695 10 719 T2 ist ein Verfahren zum Aufkohlen von austenitischem Metall beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird das Metall in einer fluor- oder flouridhaltigen Gastatmosphäre unter Erhitzung vor dem Aufkohlen gehalten. Das Aufkohlen des Metalls erfolgt dann bei einer Temperatur von maximal 680°C. -
US-A-19996269 -
JP-A-52123345 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein kostengünstiges rationelles Verfahren bereitzustellen, mittels dessen ein Härten von Edelstahl ermöglicht wird, bei welchem die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls möglichst weitgehend erhalten bleibt.
- Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Härten von aus Edelstahl bestehenden Werkstücken durch Eindiffundieren der Elemente Kohlenstoff und/oder Stickstoff in die Werkstückoberflächen, in dem die Werkstücke in eine Salzschmelze eingetaucht werden und dieser bei Temperaturen unterhalb von 450°C für einen Zeitraum von 15 Minuten bis 240 Stunden ausgesetzt werden.
- Die erfindungsgemäße Salzschmelze umfasst dabei folgende Komponenten:
30 - 60 Gew. % Kaliumchlorid (KCL) 20 - 40 Gew. % Lithiumchlorid (LiCl) 15 - 30 Gew. % einer Aktivatorsubstanz bestehend aus Bariumchlorid (BaCl2) und/oder Strontiumchlorid (SrCl2) und/oder Magnesiumchlorid (MgCl2) und/oder Calciumchlorid (CaCl2) 0,2 - 25 Gew. % einer kohlenstoffspendenden Substanz bestehend aus einem freien Cyanid und/oder einem komplexen Cyanid. - Die vorliegende Erfindung vermeidet hohen apparativen und energetischen Aufwand und bedient sich einer leichten, auch für weniger qualifiziertes Personal leicht ausführbaren Verfahrensweise.
- Durch die Erfindung wird weiterhin die Neigung des Edelstahls zum Fressen, d.h. zum Kaltverschweissen und damit auch der adhäsive Verschleiss wesentlich reduziert. Die Härte der Oberfläche des Edelstahls wird von 200 - 300 Vickers auf Werte bis zu 1000 Vickers gesteigert, wodurch eine hohe Kratzfestigkeit entsteht.
- Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Salzschmelze wird ein Härten von Edelstahl unter Erhaltung dessen Korrosionsbeständigkeit ermöglicht.
- Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt dabei folgendes Prinzip zugrunde
- Edelstahl liegt typischerweise in der Form eines austenitischen Stahls vor, d.h. die Eisenmatrix hat die Struktur des Austenits, ein kubisch flächenzentriertes Gitter. In diesem Gitter können sich nichtmetallische Elemente wie Stickstoff und Kohlenstoff in fester Lösung aufhalten. Gelingt es, Kohlenstoff oder Stickstoff oder beide Elemente in die Oberfläche eines austenitischen Edelstahls einzubringen und dort in fester gesättigter oder sogar übersättigter Lösung zu halten, so treten zwei Effekte ein:
- (a) Wenn Kohlenstoff unterhalb der Bildungstemperatur des Chromcarbids (420 - 440°C) und Stickstoff unterhalb der Bildungstemperatur von Chromnitrid (350 - 370°C) eindiffundiert, bilden sich keine Carbide oder Nitride des Chroms. Demzufolge wird der Legierungsmatrix im Bereich der Diffusionsschicht kein Chrom entzogen und die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls bleibt erhalten.
- (b) Die eindiffundierten Elemente dehnen das austenitische Gitter und führen zu einer starken Druckspannung im Bereich der Diffusionszone. Dies wiederum führt zu einer beträchtlichen Härtesteigerung. In der wissenschaftlichen Literatur spricht man von expandiertem Austenit oder einer so bezeichneten S - Phase, die eine Härte bis 1000 auf der Vickers Skala annehmen kann. Der Begriff der S-Phase ist beispielsweise in Y. Sun, T. Bell et al. The Response of Austenitic Stainless Steel to Low Temp. Plasma Nitriding Heat Treatment of Metals Nr. 1 (1999) 9-16 erläutert.
- In der vorliegenden Erfindung werden diese Vorgänge unter Verwendung der erfindungsgemäßen Salzschmelze als reaktives Medium und als Wärmeüberträger genutzt.
- Die erfindungsgemäße Salzschmelze enthält Bestandteile, aus denen diffusionsfähiger Kohlenstoff und / oder Stickstoff frei gesetzt werden kann und geeignete Aktivatorsubstanzen, die die Freisetzung von diffusionsfähigem Stickstoff und / oder Kohlenstoff bei niedrigen Temperaturen bewirken. Wesentlich hierbei ist, dass die Behandlungstemperaturen in der Salzschmelze unterhalb von 450°C liegen und besonders vorteilhaft auf Werte unterhalb der Bildungstemperatur von Chromcarbid (420 - 440°C) oder Chromnitrid (350 - 370°C) abgesenkt werden um die Bildung von Nitriden und Carbiden in der Stahlmatrix vollständig oder möglichst weitgehend zu vermeiden.
- Die Konzentration der aktiven kohlenstoff- oder stickstoffabgebenden Stoffe in Form von komplexen oder freien Cyaniden ist in der erfindungsgemäßen Salzschmelze sehr hoch verglichen mit der Konzentration entsprechender Stoffe (Ammoniak, Methan, Kohlenoxid) in Gasatmosphären oder in einem Plasma. Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen relativ langen Behandlungsdauern beruhen darauf, dass die Diffusionsgeschwindigkeit von C und N eine Funktion der Temperatur ist und bei Temperaturen unter 450°C signifikant sinkt. Bei den notwendigen niedrigen Temperaturen zur Vermeidung der Chromcarbid- und Chromnitridbildung müssen lange Diffusionszeiten von 12 bis 60 h angewendet werden. Austenitische rostfreie Stähle oder sog. Duplex-Stähle (ferritisch - austenitische Stähle) sind gegen solch lange Wärmebehandlungsdauern sehr unempfindlich und verändern ihre sonstigen mechanischen Eigenschaften oder das Gefüge so gut wie nicht.
- Die Salzschmelze besteht aus einem Salzgemisch aus Kaliumchlorid, Bariumchlorid und Lithiumchlorid. Alternativ kann eine Schmelze aus Strontiumchlorid, Kaliumchlorid und Lithiumchlorid eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann anstelle von Bariumchlorid oder Strontiumchlorid auch Magnesiumchlorid und/oder Calciumchlorid eingesetzt werden. Die Schmelzpunkte der eutektischen Gemische dieser Salze liegen bei 320°C bis 350°C. Diesen Salzen wird als kohlenstoffabgebende Substanz das gelbe Kaliumhexacyanoferrat (II), das heißt K4Fe(CN)6 in einer Menge 0,2 bis 25 Gew. %, insbesondere von 1 bis 25 Gew. % zugegeben. Das Salz sollte vor der Zugabe mind. 12 - 24 h bei 120-140°C getrocknet und vom Kristallwasser befreit werden, da es in der Lieferform 3 Mol-Äquivalente Kristallwasser enthält. Alternativ kann der Schmelze das rote Kaliumhexacyanoferrat (III), das heißt K3Fe(CN)6 zugegeben werden, das kein Kristallwasser enthält. Vorzugsweise liegt die Menge des zugegebenen komplexen Cyanids im Bereich von 2 bis 10 Gew. %.
- Alternativ oder zusätzlich zu den genannten komplexen Eisencyaniden können auch andere komplexe Metallcyanide als kohlenstoffspendende Substanzen verwendet werden. Beispiele hierfür sind Tetracyanonickel- oder Tetracyanozink-Verbindungen wie z.B. Na2Ni (CN)4 oder Na2Zn (CN)4.
- Anstelle der komplexen ungiftigen Eisencyanide oder Metallcyanide kann auch Natrium- und/oder Kaliumcyanid in freier Form zugegeben werden, in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew. %, vorzugsweise zwischen 3 und 10 Gew. %. Die Ergebnisse sind ähnlich wie bei Verwendung von komplexen Cyaniden, auch Gemische aus komplexen und freien Cyaniden können eingesetzt werden.
- Der Vorteil der Salzschmelzen mit komplexen Cyaniden liegt darin, dass nicht mit giftigen Stoffen umgegangen wird, da Hexacyanoferrat per se ungiftig ist.
- Der Vorteil der freien Cyanide ist der geringere Preis, wenn eine Abwasserentgiftungsanlage für Cyanide vorhanden ist, bietet diese Verfahrensweise Vorteile.
- Im Folgenden wird anhand einer Salzschmelze mit Eisencyaniden als kohlenstoffspendenden Substanzen exemplarisch der Ablauf der Einduffusion von Kohlenstoff und Stickstoff aus der Salzschmelze in den Edelstahl und die hierbei von den Aktivatorsubstanzen übernommene Funktion erläutert. Die Betriebstemperatur der Salzschmelze wird in diesem Beispiel auf 350 bis 420°C gesetzt. Bei dieser Temperatur zerfallen die komplexen Eisencyanide gemäß folgender Beziehungen:
K4Fe(CN)6 => Fe + 2 C + 4 KCN + N2
K3Fe(CN)6 => Fe + 3 C + 3 KCN + 3/2 N2
- Der Zerfall ist jedoch sehr langsam. Der bei dem Zerfall entstehende Kohlenstoff diffundiert in den zu härtenden, austenitischen Edelstahl ein und bleibt dort bei Temperaturen unterhalb von 420°C in fester, gesättigter oder übersättigter Lösung. Austenit hat ein hohes Lösungsvermögen für Kohlenstoff, ein geringeres für Stickstoff.
- Auch ein Teil des entstehenden Stickstoffs diffundiert in die Edelstahloberfläche ein. Ist die Behandlungstemperatur unterhalb von 350 - 370°C, so bleibt auch der Stickstoff - wie der Kohlenstoff - in fester Lösung, liegt die Temperatur zwischen 370°C und 420°C, so bildet der Stickstoff mit dem Legierungselement Chrom Chromnitrid und kann dadurch potentiell die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls an der Oberfläche vermindern. Jedoch wird auch in diesem Temperaturbereich eine Bildung von Chromcarbid noch vermieden, so dass der Legierungsmatrix des Edelstahls trotz der in diesem Temperaturbereich gegebenen Chromnitridbildung noch wenig Chrom entzogen wird, so dass die Reduzierung der Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls noch akzeptabel sein kann. Um die Korrosionsbeständigkeit in diesem Temperaturbereich weiter zu verbessern, ist die Eindiffusion von Stickstoff zu vermeiden und nur Kohlenstoff in fester Lösung in die Bauteiloberfläche zu bringen, wobei dann Temperaturen bis zu 440°C angewendet werden können. Bei Temperaturen unterhalb von 370°C können dagegen Stickstoff und Kohlenstoff gemeinsam in fester Lösung einzudiffundieren, ohne dass sich Chromnitrid oder Chromcarbid bildet.
- In der Salzschmelze sind weiterhin folgende Reaktionen möglich:
2 KCN + O2 => 2 KOCN
4 KOCN => K2CO3 + 2 KCN + CO + 2 <N>
2 KCN + 2 O2 => K2CO3 + CO + N2
2 CO + Fe => Fe3C + CO2
- Cyanidionen, die aus dem Zerfall des komplexen Metallsalzes entstanden sind, werden durch Luftsauerstoff, der in der Schmelze allgegenwärtig ist, zu Cyanationen oxidiert. Diese können unter Bildung von Kohlenmonoxid und Stickstoff zerfallen. Cyanationen sind meistens die Quelle diffusionsfähigen Stickstoffs. Cyanidionen können aber auch weiter oxidiert werden zu Carbonationen, wobei Kohlenmonoxid entsteht. Kohlenmonoxid kann unter Abgabe von diffusionsfähigem Kohlenstoff weiter zu Kohlendioxid reagieren.
- Daneben kann Cyanid mit Bariumionen der als Bariumchlorid in der Salzschmelze enthaltenen Aktivatorsubstanz zu Bariumcyanid Ba(CN)2 reagieren, das sich in Bariumcyanamid BaNCN umwandelt. Dabei wird Kohlenstoff frei, der in die Bauteile diffundieren kann.
BaCl2 + 2 KCN => Ba(CN)2 + 2 KCl
Ba(CN)2 => BaNCN + <C>
BaNCN + 3/2 O2 => BaCO3 + N2
- Das Bariumcyanamid reagiert weiter mit Luftsauerstoff zu Bariumcarbonat und Stickstoff, der freigesetzt wird. Ähnliche Reaktionen sind mit Strontium, Calcium und Magnesium zu erwarten, falls als Aktivatorsubstanz Strontiumchlorid, Calciumchlorid beziehungsweise Magnesiumchlorid verwendet wird. Die Erdalkalimetalle in Form ihrer Halogenide bilden somit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Aktivatorsubstanzen, die die Freisetzung von diffusionsfähigem Stickstoff und Kohlenstoff in dem Temperaturbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirken. Ohne Beteiligung wenigstens eines Erdalkalielements der Reihe Magnesium, Calcium, Strontium und Barium ist die Eindiffusion des notwendigen Kohlenstoffs in die Edelstahloberfläche nicht möglich. Eine ähnliche Rolle spielt das Element Lithium, das in ähnlicher Weise wie die Erdalakalimetalle ebenfalls als Aktivator für die Diffusion von Kohlenstoff wirkt:
2 LiCl + 2 KCN => 2 LiCN + 2 KCl
2 LiCN => Li2NCN + <C>
Li2NCN + 3/2 O2 => Li2CO3 + N2
- Die übrigen Alkalimetalle Na, K, Rb und Cs zeigen diese Wirkung nicht.
- Die angeführten Reaktionen erklären den Mechanismus der Übertragung von Kohlenstoff und Stickstoff auf die behandelten Bauteile aus Edelstahl in eutektischen Salzschmelzen aus Erdalaklichloriden und Lithiumsalzen. Sie erklären auch das Auftreten kleiner Mengen von Cyanat- und Carbonationen nach einer gewissen Betriebsdauer der Schmelzen aufgrund der Oxidationsvorgänge.
- Eine analytische Kontrolle der erfindungsgemäßen Salzschmelzen kann wie folgt durchgeführt werden: Die Änderung der Konzentration der wirksamen Bestandteile (komplexe Cyanide oder freies Cyanid) kann durch potentiometrische Titration überwacht werden. Im Falle des K4Fe(CN)6 kann mit Cer(IV) Sulfat-Lösung titriert werden. Freies Cyanid kann mit Nickel(II)Sulfat sehr gut bestimmt werden. Verbrauchtes Cyanid oder komplexes Cyanid wird dementsprechend ergänzt.
- Zur Verdrängung von Luft und zur Verhinderung der Oxidation des freien und/oder komplexen Cyanids in der erfindungsgemäßen Salzschmelze kann in dieser ein inertes Gas wie zum Beispiel Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid eingeleitet werden. Besonders vorteilhaft kann zur Verdrängung von Luft und zur Verhinderung der Oxidation des freien und komplexen Cyanids die Salzschmelze in einer abgeschlossenen Retorte unter Verwendung von Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid als Schutzgas betrieben werden.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und Darstellungen erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1:
- Darstellung eines Querschnitts einer mit einer erfindungsgemäβen Salzschmelze gehärteten Probe aus Edelstahl 1.4571.
- Figur 2:
- Element-Tiefenprofilanalyse für einen mit einer erfindungsgemäßen Salzschmelze gehärteten Edelstahl 1.4541.
- Figur 3:
- Härteverlauf in Abhängigkeit der Eindringtiefe im Oberflächenbereich eines mit einer erfindungsgemäßen Salzschmelze behandelten Edelstahls 1.4541.
- In einen Tiegel aus hitzefestem Stahl, z.B. aus dem Werkstoff 1.4828, werden 42 kg trockenes Kaliumchlorid, 34 kg trockenes Lithiumchlorid und 20 kg Bariumchlorid siccum eingewogen und locker vermischt. Alle Salze müssen eine Restfeuchte von weniger als 0,3 Gew. % aufweisen. Die Mischung wird auf 400°C aufgeheizt und ergibt eine wasserklare Schmelze. In diese werden 4 kg Kaliumhexacyanoferrat (II) langsam eingetragen, welches vorher 12 h bei 140°C in einem Muffelofen getrocknet worden war. Beim Eintragen des Kaliumhexacyanoferrats (II) scheidet sich eine sehr kleine Menge Kohlenstoff an der Tiegelwand und an der Oberfläche der Schmelze ab. Dieser Kohlenstoff wird mit einem Sieblöffel abgeschöpft. Danach liegt eine wasserklare Schmelze vor, die auf eine Betriebstemperatur von 400°C gebracht wird. In diese Schmelze werden 10 kg Werkstücke aus dem Edelstahl 1.4571 (Werkstoff X6CrNiMoTil7-12,2), an Stahldrähten befestigt, eingetaucht und über einen Zeitraum von 48 h dem Einfluss der Schmelze ausgesetzt.
- Das Resultat dieser Behandlung ist eine 20 -22 µm dicke Diffusionsschicht auf der Oberfläche der behandelten Bauteile und Proben, die metallographisch durch einen Querschliff und anätzen mit dem Ätzmittel V2A-Beize sichtbar gemacht werden kann. V2A Beize ist ein Gemisch aus 100 ml Wasser und 100 ml Salzsäure conc. (HCI, 30 %) und 0,3 % "Vogels Reagenz". Vogels Reagenz ist ein Gemisch aus 60 % 2 - Methoxy- 2 - propanol (H3C-O-CH2Oh-CH3) 5 % Thioharnstoff (H2N-CS-NH2) 5 % Nonyl-phenol-ethoxylat Rest Ethanol. Der Querschnitt ist photographisch in
Figur 1 in einer 500-fachen Vergrößerung dargestellt. Die Oberflächenhärte dieser Schicht wird zu 642 - 715 HV (0,5) beziehungsweise 1100 -1210 HV (0,025) ermittelt. Die Elementverteilung innerhalb der Schicht kann mit der Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) ermittelt werden und ist beispielhaft inFigur 2 dargestellt. InFigur 2 ist die Eindringtiefe der Elemente N, C, Fe, Cr2, Ni, Mo in die Oberfläche des mit der Salzschmelze gehärteten Werkstücks dargestellt, das heißt es sind die Massekonzentrationen dieser Elemente in Prozent in Abhängigkeit der Tiefe im Werkstück in µm aufgetragen. Die inFigur 2 dargestellten Kurvenverläufe von Fe, O, Cr2 und Ni sind jeweils auf Massekonzentrationen von 100 % bezogen, während die Kurvenverläufe von C, Mo auf Massekonzentrationen von 10 % und der Kurvenverlauf von N auf eine Massekonzentration von 25 % bezogen sind. Wie ausFigur 2 ersichtlich beträgt die erreichte Diffusionstiefe für Kohlenstoff etwa 25 - 27 µm, die Diffusionstiefe für Stickstoff ist etwas geringer. Die in der Randzone des Werkstücks festgestellten Mengen an Stickstoff und Kohlenstoff liegen nicht als Nitride oder Carbide vor, sondern größtenteils in der Form von Stickstoff und Kohlenstoff in fester, übersättigter Lösung. -
Figur 3 zeigt für dieses Werkstück den Härteverlauf in Abhängigkeit der Tiefe (in µm). Der Härteverlauf wurde gemessen mit der Vickers Methode unter einer Prüflast von 0,010 kp (10 Gramm). Wie aus dem Vergleich derFiguren 2 und3 ersichtlich, ist in der Randzone des Werkstücks, in welche mittels der Salzschmelze Stickstoff und Kohlenstoff eindiffundiert wurde, die Härte des Werkstücks signifikant erhöht. - In einen Tiegel aus hitzefestem Stahl werden 43 kg trockenes Kaliumchlorid, 30 kg trockenes Lithiumchlorid, 17 kg Strontiumchlorid siccum und 3 kg Bariumchlorid siccum, eingewogen und locker vermischt. Alle Salze müssen eine Restfeuchte von weniger als 0,3 Gew. % aufweisen. Die Mischung wird auf 400°C aufgeheizt und ergibt eine wasserklare Schmelze. In diese wird 7 kg Kaliumhexacyanoferrat (II) langsam eingetragen welches vorher 12 h bei 140°C in einem Muffelofen getrocknet worden war. Danach liegt eine wasserklare Schmelze vor, die auf eine Betriebstemperatur von 370°C abgesenkt wird. In diese Schmelze werden 10 kg Werkstücke aus dem Edelstahl 1.4301, an Stahldrähten befestigt, eingetaucht und über einen Zeitraum von 24 - 48 h dem Einfluss der Schmelze ausgesetzt.
- Das Resultat dieser Behandlung ist je nach Behandlungsdauer eine 10 - 25 µm dicke Diffusionsschicht auf der Oberfläche der behandelten Bauteile und Proben, die metallographisch durch einen Querschliff und Anätzen mit dem Ätzmittel V2A-Beize sichtbar gemacht werden kann.
- In einen Tiegel aus hitzefestem Stahl werden 37 kg trockenes Kaliumchlorid, 26 kg trockenes Lithiumchlorid und 17 kg Strontiumchlorid siccum eingewogen und locker vermischt. Alle Salze müssen eine Restfeuchte von weniger als 0,3 Gew. % aufweisen. Die Mischung wird auf 400°C aufgeheizt und ergibt eine wasserklare Schmelze. In diese werden 10 kg KCN und 10 kg NaCN langsam eingetragen. Die entstandene Schmelze wird auf eine Betriebstemperatur von 400 - 410°C gebracht. In diese Schmelze werden 10 kg Werkstücke aus dem Edelstahl 1.4301, an Stahldrähten befestigt, eingetaucht und über einen Zeitraum von 24 h dem Einfluss der Schmelze ausgesetzt.
- Das Resultat dieser Behandlung ist eine ca. 10 µm dicke Diffusionsschicht auf der Oberfläche der behandelten Bauteile und Proben, die metallographisch durch einen Querschliff und anätzen mit dem Ätzmittel V2A-Beize sichtbar gemacht werden kann. Die Härte dieser Schicht wird zu 620 HV (0,5) ermittelt.
- In einen Tiegel aus hitzefestem Stahl werden 42 kg trockenes Kaliumchlorid, 34 kg trockenes Lithiumchlorid, 10 kg Bariumchlorid siccum und 10 kg Strontiumchlorid siccum eingewogen und locker vermischt. Alle Salze müssen eine Restfeuchte von weniger als 0,3 Gew. % aufweisen. Die Mischung wird auf 400°C aufgeheizt und ergibt eine wasserklare Schmelze. In diese wird 4 kg K3Fe(CN)6 langsam eingetragen. Es bildet sich eine wasserklare Schmelze, die auf eine Betriebstemperatur von 400 - 410°C gebracht wird. In diese Schmelze werden 10 kg Werkstücke aus dem Edelstahl 1.4301 und 14541, an Stahldrähten befestigt, eingetaucht und über einen Zeitraum von 24 h dem Einfluss der Schmelze ausgesetzt.
- In einen Tiegel aus hitzefestem Stahl werden 42 kg trockenes Kaliumchlorid, 34 kg trockenes Lithiumchlorid, 10 kg Bariumchlorid siccum und 2 kg Strontiumchlorid siccum eingewogen und locker vermischt. Alle Salze müssen eine Restfeuchte von weniger als 0,3 Gew. % aufweisen. Die Mischung wird auf 400°C aufgeheizt und ergibt eine wasserklare Schmelze. In diese werden 4 kg K3Fe(CN)6 sowie 4 kg KCN und 4 kg NaCN langsam eingetragen. Es bildet sich eine klare Schmelze, die auf eine Betriebstemperatur von 400 - 410°C gebracht wird. In diese Schmelze werden 10 kg Werkstücke aus dem Edelstahl 1.4301 und 1.4541, an Stahldrähten befestigt, eingetaucht und über einen Zeitraum von 24 h dem Einfluss der Schmelze ausgesetzt.
Claims (17)
- Salzschmelze zum Härten von Oberflächen aus Edelstahl, umfassend folgende Komponenten
30 - 60 Gew. % Kaliumchlorid (KCl) 20 - 40 Gew. % Lithiumchlorid (LiCl) 15 - 30 Gew. % eine Aktivatorsubstanz bestehend aus Bariumchlorid (BaCl2) und/oder Strontiumchlorid (SrCl2) und/oder Magnesiumchlorid (MgCl2) und/oder Calciumchlorid (CaCl2) 0,2 - 25 Gew. % eine kohlenstoffspendenden Substanz bestehend aus einem freien Cyanid und/oder einem komplexen Cyanid. - Salzschmelze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Aktivatorsubstanz zusätzlich zu Bariumchlorid und/oder Strontiumchlorid auch Magnesiumchlorid und/oder Calciumchlorid in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew. % enthält.
- Salzschmelze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese als kohlenstoffspendende Substanz Kaliumhexacyanoferrat (II) und/oder Kaliumhexacyanoferrat (III) enthält.
- Salzschmelze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese folgende Komponenten enthält:
42 Gew. % KCL 34 Gew. % LiCl 20 Gew. % BaCl2 als Aktivatorsubstanz 4 Gew. % Kaliumhexacyanoferrat (II) als kohlenstoffspendende Substanz. - Salzschmelze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese folgende Komponenten enthält:
40 Gew. % KCl 33 Gew. % LiCl 2 Gew. % BaCl2 und 20 Gew. % SrCl2 als Aktivatorsubstanzen 5 Gew. % Kaliumhexacyanoferrat(II) als kohlenstoffspendende Substanz. - Salzschmelze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese als kohlenstoffspendende Substanz eine Tetracyanonickelverbindung oder eine Tetracyanozinkverbindung enthält.
- Salzschmelze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese als kohlenstoffspendende Substanz Na2Ni (CN)4 oder Na2Zn(Cn)4 enthält.
- Salzschmelze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als kohlenstoffspendende Substanz freies Cyanid der Alkalimetalle Li, Na und/oder K in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew. % enthält.
- Salzschmelze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese folgende Komponenten enthält:
44 Gew. % KCl 30 Gew. % LiCl 5 Gew. % BaCl2 und 15 % SrCl2 als Aktivatorsubstanzen 3 Gew. % Kaliumhexacyanoferrat (II), 2 Gew. % NaCN und 1 Gew. % KCN als kohlenstoffspendende Substanzen. - Salzschmelze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese folgende Komponenten enthält:
37 Gew. % KCl 26 Gew. % LiCl 17 Gew. % SrCl2 als Aktivatorsubstanz 10 Gew. % NaCN und 10 Gew. % KCN als kohlenstoffspendende Substanzen. - Salzschmelze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese als zusätzliche Komponenten Cyanationen (NCO-) in einer Menge von 0,1 Gew. % bis 10 Gew. % und Carbonationen (CO3)2- in einer Konzentration von 0,1 bis 10 Gew. % enthält.
- Verfahren zum Härten von aus Edelstahl bestehenden Werkstücken durch Eindiffundieren der Elemente Kohlenstoff und/oder Stickstoff in die Werkstückoberflächen, in dem die Werkstücke in eine Salzschmelze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 eingetaucht werden und dieser bei Temperaturen unterhalb von 450°C für einen Zeitraum von 15 Minuten bis 240 Stunden ausgesetzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke der Salzschmelze bei einer Temperatur im Bereich von 350°C bis 410°C ausgesetzt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke für eine Zeitdauer von 48 Stunden einer Salzschmelze mit folgender Zusammensetzung ausgesetzt werden:
42 Gew. % KCl 34 Gew. % LiCl 20 Gew. % BaCl2 4 Gew. % Kaliumhexacyanoferrat (II). - Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdrängung von Luft und zur Verhinderung der Oxidation des freien und komplexen Cyanids ein inertes Gas durch die Salzschmelze geleitet wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als inertes Gas Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdrängung von Luft und zur Verhinderung der Oxidation des freien und komplexen Cyanids die Salzschmelze in einer abgeschlossenen Retorte unter Verwendung von Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid als Schutzgas betrieben wird.
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