MXPA99006327A - Agente borificante - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un agente borante para producir capas de boruro sobre piezas metálicas, que en lo esencial consiste de substancias donadoras de boro, substancias activantes y el resto de un material extensor inerte resistente al fuego y que estácaracterizado porque como substancia activante se utiliza una combinación de 1 a 5%en peso de tetrafluoroborato de potasio y 5 a 40%en peso de fluoruro de calcio en relación a la cantidad total del agente borificante. Con este agente borificante se pueden producir capas de boruro que contengan Fe2B de una fase sobre piezas de hierro. El agente produce reducidas emisiones de flúor o fluoruros.

Description

AGENTE BORIFICANTE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un agente borificante par producir capas de boruro sobre materiales metálicos . Esas sirve en especial para producir capas de boruro de una fase, mas dura y resistentes a la adhesión, sobre materiales de hierro par aumentar la resistencia al desgaste y para mejorar l resistencia a la corrosión de las piezas de trabaj correspondientes . -" La borificación para proteger contra el desgaste a hierro el acero y los metales refractarios es un procedimient conocido desde hace mucho tiempo. Por la difusión del element boro en la superficie de la pieza de trabajo tratada y l reacción con el material básico, se forman capas uniforme densas del boruro en cuestión, sobre hierro por ejemplo lo boruros FeB , Fe2B. Los boruros presentan frente a los metale puros propiedades muy variadas, en especial la mayoría de lo boruros son muy duros, resistentes a la corrosión y por lo tant resistentes al desgaste. Debido a su obtención por medio d difusión y reacción con el solido, las capas de boruro está unidas fuertemente con el material básico. Debido a s resistencia al desgaste los aceros borados pueden recubri por ejemplo aceros tratados por nitrificación carburació . Por lo tanto en el pasado se desarrollaron vario Ref. : 30667 agentes y variantes técnicas de procedimiento con los cuale se podían producir capas de boruro en especial sobre e acero. En la practica se utiliza la borificación cas exclusivamente en agentes borificantes solidos. Para esto s empacan las partes a tratar en cajas de acero en mezclas d polvo, que en lo esencial consiente de substancias donadoras d boro, substancias activantes y el resto de materiales extensore inertes resistentes al fuego. Las cajas cerradas se calcina durantre un período de tiempo, durante el cual en una reacción d solido directo o por medio del transporte del boro a través d la ^s^ gaseosa, se forman capas de boruro deseadas sobe la partes . La borificación se realiza habitualmente temperaturas entre 800 y 1100° C y en especial entre 850 y 950°C Los grosores de capa obtenibles de las capas de boruro s encuentran en el rango de entre 30 y 300 µm. En el agente borificante, como substancia donadoras de boro, entran en consideración el boro amorfo cristalino, ferroboro, carburo de boro y bórax (tetraborato d sodio) . Como substancias activantes son adecuadas compuesto donadores de cloruro o fluoruro como cloruros o fluoruro alcalinos o alcalinotérreos. Especialmente son útiles com activadores los boratos de flúor como en especia tetrafluorborato de potasio. Los materiales extensor típicos so oxido de aluminio, dióxido de silicio y carburo de silicio, Agentes borificantes de este tipo son descritos por ejemplo e DE-PS 1796216. Una composición típica de un agente borificant conocido hasta hoy contiene aproximadamente 5% en peso d carburo de boro, 5% en peso de tetrafluoroborato de potasio 90 en peso de carburo de silicio. Agentes borificantes de tipo mencionado se utilizan normalmente como mezclas e polvo. Pero también pueden estar formulados com granulados (por ejemplo DE-OS 21 27 096) o como pastas (po ejemp o DE-OS 26 33 137) . En caso de granulados y pasta contienen las composiciones además cantidades menores d ligantes o de agua. Además se desarrollaron también procedimientos qu trabajaban con agentes borificantes de forma gaseosa com diborano, halogenuros de boro o en formas de sales fundidas com carburo de boro y bórax como materiales donadores de boro. Esto procedimientos nombrados al ultimo no pudieron utilizarse debid a lo venenoso de los compuestos y las desventajas de procedimiento como alto gasto de control para obtener un efect de borificación constante. Nuevos intentos, de obtener capas d boruro con el procedimiento de plasma, no son adecuados par todas las aplicaciones debido a las influencias de las cargas d las formas geométricas complejas. Además el gasto en aparatos e bastante alto. Por esto los agentes borificantes solidos, qu también pueden utilizarse parcialmente en forma pastosa, debid a las ventajas de su fácil aplicación y buenas capas de boruro, han obtenido su lugar preponderante en la borificación d superficies . El procedimiento de borificación habitual con lo agentes borificantes solidos conocidos tienen sin embargo l desventaja de que el procedimiento es técnicamente mu complicado, para obtener con ellos capas de boruro de hierro d una sola fase en especial sobre materiales de hierro (ver po ejemplo EP 0 387 536 Bl) . _ Debido a que ambos boruros Fe2B y FeB posee diferentes propiedades y las capas de varias fases poseen e su mayoría mas propiedades malas que las de una fase, se dese lograr al borificar, capas de una sola fase. Asi la fase FeB rica en boro en especial es en l esencial mas quebradiza que la fase de Fe2B, lo que tiene u efecto negativo sobe la resistencia al desgaste de las pare borificante. En el caso de capas de boruro mayores a 50 µ se llega fácilmente a la formación de una capa de borde d FeB, que por la razón mencionada debe evitarse en l posible. Además en el caso de agente borificantes conocidos debido a su contenido de fluoruro se obtienen emisiones de flúo dignas de mencionar, algunas en forma de gas de flúor, las otras en forma de fluoruro soluble en agua al lavar las partes o al desechar el agente borificante consumido.

La invención se propuso por lo tanto la tarea d desarrollar una gente borificante, con el cual puedan logrars en especial sobre materiales de hierro, casi exclusivament capas de boruro que contengan Fe-B de una sola fase . Además e este agente borificante debe reducirse el contenido de fluoruros solubles en agua y con un uso de acuerdo con las determinaciones se obtienen una emisiones de flúor reducidas. Sorprendentemente se encontró que esos requisitos so cumplidos por un agente borificante que en lo esencial consiste de substancias donadoras de boro, substancias activantes y el resto de materiales extensor inertes resistentes al fuego, que está caracterizado porque como substancia activante contiene una combinación de 1 a 5% en peso de tetrafluorborato de potasio y 5 a 40% en peso de fluoruro de calcio, en relación a la cantidad total del agente borificante . El objeto de la invención es un agente borificante como se caracterizo anteriormente, para obtener capas de boruro sobre piezas metálicas, en especial para obtener capas de boruro de una fase que contengan Fe2B sobre piezas de materiales de hierro. Se ha mostrado que con un agente borificante preparado de la manera convencional, además de las substancias activadoras habituales se utiliza fluoruro de calcio como otra substancia activadora, pueden lograrse un influjo y un control deseados en vista del tipo de formación de boruro en la superficie de la pieza. Aquí pueden obtenerse en especial en piezas de materiales de hierro capas de Fe2B de una fase prácticamente libre de FeB directamente sin medidas técnicas costosas adicionales . El agente borificante de acuerdo con la invención contiene como substancia activante una combinación de 1 a 5% en peso de tetrafluoroborato de potasio (KBF y 5 a 40% en peso de fluoruro de calcio (CaF2) , las cantidades dadas se refieren a la cantidad total del agente borificante. Preferentemente el agente borifrcante de acuerdo con la invención contiene como substancia activadora una combinación de 2 a 4% en peso, en especial aproximadamente 2.5%& en peso de tetrafluoroborato de potasio y 10 a 30% en peso, en especial aproximadamente 25% en peso de fluoruro de calcio . Los estudios han mostrado que al substituir completamente BF4 por CaF2 en el agente borificante habitual de acuerdo con el estado de la técnica bajo condiciones de procedimiento normales no se forman capas de boruro suficientes sobre las superficies de la pieza. Lo mismo se obtiene cuando para reducir la emisión de flúor se reduce principalmente el contenido de KBF4 del agente borificante . En el agente borificante de acuerdo con la invención pueden estar contenidas las substancias donadoras de boro habituales, como ferroboro y en especial carburo de boro (B4C) . Preferentemente contiene de 2 hasta 10% en peso de carburo de boro. Además el agente borificante de acuerdo con la invención el resto de un material extensor habitual, como por ejemplo carburo de silicio (SiC) . Preferentemente el agente borificante de acuerdo con la invención contiene como substancia donadora de boro 2 a 10% en peso de carburo de boro, como substancia activante 1 a 5% en peso de tetrafluorborato de potasio y 5 a 40% en peso de fluoruro de calcio y el resto de carburo de silicio como material extensor. Una composición especialmente preferida consiste de 3 a 5% en peso de carburo de boro, 2 a 4% en peso de tetrafluoroborato de potasio, 10 a 30% en peso de fluoruro de calcio y 61 a 85% en peso de carburo de silicio. Una composición típica consiste de 4% en peso de B4C, 2.5% en peso de KBF4, 25% en peso CaF2 y 68.5% en peso de SiC. El agente borificante de acuerdo con la invención se utiliza típicamente en forma de una mezcla en polvo. Para la preparación de una mezcla de polvos de este tipo se utilizan principalmente substancias de partida en polvo, en caso de requerirse después de molerse, y mezclarse intensamente. El tamaño de partícula de ese tipo de mezclas de polvo se encuentra típicamente en el rango de 10 a 250 µm. También puede se ventajoso el formular el agente borificante de acuerdo con la invención en forma de un granulado. Para esto la mezcla en polvo correspondiente puede amasarse por ejemplo con agua y eventualmente un ligante y de allí preparar un granulado de manera conocida. En el granulado se encuentra el tamaño de partícula típicamente en el rango de 0.1 a 2.5 mm. Además puede ser ventajoso para su uso practico el formular el agente borificante en forma de pasta. Esta puede prepararse por medio de la adición de agua y eventualmente cantidades menores de aditivos, como por ejemplo ligantes, a la mezcla en polvo." El agente borificante de acuerdo con la invención puede ser utilizado de manera muy ventajosa para obtener capas de boruro sobre piezas metálicas . Ya que puede reducirse el contenido de KBF4 frente a las composiciones conocidas por medio de la substitución parcial con CaF2 insoluble en agua, el agente de acuerdo con la invención es en relación a las emisiones de fluoruro en lo esencial menos critico, en lo que se refiere el desecho de las aguas utilizadas para lavar la pieza borificada y el agente borificante gastado. Un contenido de KBF4 reducido es ventajoso al usar el agente de acuerdo con las determinaciones, ya que se presentan menores emisiones de flúor en gas . Una ventaja especial del procedimiento del agente borificante de acuerdo con la invención, es que pueden obtenerse capas de boro que contienen Fe2B de una fase directamente y sin problemas sobre piezas de materiales de hierro. En el procedimiento de acuerdo con la invención para obtener capas de boruro de una fase que contengan Fe2B sobre las piezas de materiales de hierro, la superficie de las piezas se cubre con el agente borificante y estas pueden tratarse entonces a temperaturas entre 800 y 1100°C, hasta que se haya formado una capa de boruro con el grosor deseado. Para esto se empacan las piezas de manera conocida en cajas de hierro cerradas en una mezcla de polvo o granulado del agente borificante de acuerdo con la- invención, de tal forma que las superficies de las partes se cubra por completo. A la superficie de las partes también se les puede aplicar una pasta de agente borificante. Esto es ventajoso cuando se desea una superficie parcialmente borificada. Ejemplo 1 (ejemplo comparativo) : Una pieza hecha de 42CrMo4 se borificó durante 30 minutos a 920°C en un agente borificante de acuerdo con el estado de la técnica con la siguiente composición: 4% en peso B4C 5% en peso KBF4 91% en peso SiC. La pieza pudo retirarse relativamente fácil del agente borificante, el agente borificante puede desmenuzarse difícilmente con los dedos para convertirlo en polvo. La capa de boruro tuvo un grosor de capa de 45-50 µm, pudiéndose reconocer picos de FeB de hasta 16 µm de profundidad. Se midieron emisiones de gas de flúor de aproximadamente 4 g/kg de agente borificante. Ejemplo 2 (de acuerdo con la invención) : Una pieza hecha de 42CrMo4 se borificó durante 30 minutos a 920°C en un agente borificante con la siguiente composición: 4% en peso B4C 5% en peso BF4 10% en peso CaF2 81% en peso SiC. La pieza pudo retirarse relativamente fácil del agente borificante, el agente borificante puede desmenuzarse relativamente fácil con los dedos para convertirlo en polvo. La capa de boruro tuvo un grosor de capa de aprox. 50 µm y estaba completamente libre de FeB. La formación de la capa fue claramente mas uniforme que en la capa del ejemplo 1. Se midieron emisiones de gas de flúor de aproximadamente 4 g/kg de agente borificante. Ejemplo 3 (de acuerdo con la invención) : Una pieza hecha de 42CrMo4 se borificó durante 30 minutos a 920°C en un agente borificante con la siguiente composición: 4% en peso B4C 2% en peso KBF4 30% en peso CaF2 64% en peso SiC. La pieza pudo retirarse de forma fácil del agente borificante, el agente borificante puede desmenuzarse fácilmente con los dedos para convertirlo en polvo. La capa de boruro tuvo un grosor de capa de aprox. 50-55 µm y estaba completamente libre de FeB y presente una formación compacta muy uniforme. Se midieron emisiones de gas de flúor de aproximadamente 2 g/kg de agente borificante . Ejemplo 4 (ejemplo comparativo) : Una pieza hecha de 42Cr o4 se borificó durante 30 minutos a 920°C en un agente borificante de acuerdo con el estado de la técnica con la siguiente composición: 4% en peso B4C 2% en peso KBF4 94% en peso SiC. La pieza pudo retirarse relativamente fácil del agente borificante, el agente borificante puede desmenuzarse fácilmente con los dedos para convertirlo en polvo. Pudo determinarse una capa de FeB con grosores de hasta 20 µm. Con una sencilla reducción del contenido de KBF4 no se cumplieron los requisitos de una calidad de capa suficiente. Ejemplo 5 (ejemplo comparativo) : Una pieza hecha de 42CrMo4 se bsrificó durante 30 minutos a 920°C en un agente borificante de acuerdo con el estado de la técnica con la siguiente composición: 10% en peso BC 30% en peso CaF2 60% en peso SiC. La pieza pudo retirarse fácilmente del polv presento sin embargo solo algunos picos de boruro de máximo 1 µm, no hubo ninguna capa de boruro cerrada. Esto provocad porque el fluoruro de calcio promueve una activación reducid pero no suficiente por si sola.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejo método conocido por la solicitante para llevar a la práctic la citada invención, es el que resulta claro de la present descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecedente, s reclama como propiedad lo contenido en las siguientes :

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES 1. - Agente borificante para producir capas de boruro sobr piezas metálicas, en esencial consiste de substancias donadora de boro, substancias activantes y el resto de material extenso inerte resistente al fuego, caracterizado porque como substanci activante contiene una combinación de l a 5% en peso d tetrafluoroborato de potasio y 5 a 40% en peso de fluoruro d calcio en relación a la cantidad total del agente borificante.
2. 2.- Agente borificante de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque como substancia donadora de boro contien 2 a 10% en peso de carburo de boro.
3. 3. - Agente borificante de acuerdo con la reivindicación 0 2, caracterizado porque como material extensor contien carburo de silicio.
4. 4. - Agente borificante de acuerdo con las reivindicacione i a 3, caracterizado porque como substancia donadora de bor contiene 2 a 10% en peso de carburo de boro, como substanci activante 1 a 5% en peso de tetrafluoroborato de potasio y 5 40% en peso de fluoruro de calcio y como material extensor l fracción restante de carburo de silicio.
5. 5. - Agente borificante de acuerdo con las reivindicacione 1 a 4, caracterizado porque contiene 3 a 5% en peso de carbur de boro, 2 a 4% en peso de tetrafluoroborato de potasio y 10 30% en peso de fluoruro de calcio y 61 a 85% en peso de carbur de silicio.
6. 6. - Agente borificante de acuerdo con las reivindicacione 1 a 5, caracterizado porque consiste de 4% en peso de carburo d boro, 2.5% en peso de tetrafluoroborato de potasio y 25% en pes de fluoruro de calcio y 68.5% en peso de carburo de silicio.
7. 7. - Agente borificante de acuerdo con las reivindicacione 1 a 6, caracterizado porque puede encontrarse en forma de u polvo, un granulado o una pasta.
8. 8. - Uso de agentes borificantes de acuerdo con la reivindicaciones 1 a 7, para producir capas de boruro qu contienen Fe2B de una sola fase sobre piezas hechas d materiales de hierro.
9. 9. - Procedimiento para producir capas de boruro qu contienen Fe2B de una sola fase sobre piezas hechas d materiales de hierro, caracterizado porque la superficie de l pieza se cubre con un agente borificante de acuerdo con la reivindicaciones 1 a 7 y esta se trata a temperaturas entre 800 y 1100°C, hasta que se hay formado una capa de boruro con e grosor deseado.
10. 10.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque para producir las capas de Fe2B con u grosor de 30 a 150 µm a temperaturas entre 850 y 950°C, s realiza el tratamiento durante un período de tiempo de 20 minutos a 2 horas .