CH630416A5

CH630416A5 - Borierungsmittel zum borieren von massenteilen aus eisen und nichteisenmetallen.

Info

Publication number: CH630416A5
Application number: CH914477A
Authority: CH
Inventors: Helmut Dr Kunst; Christian Scondo
Original assignee: Degussa
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1982-06-15
Also published as: AT361023B; JPS6018747B2; SE426076B; GB1526899A; ATA535977A; DE2633137C2; AR212278A1; FR2359216B1; IT1083020B; BR7704718A; JPS5314637A; SE7708472L; FR2359216A1; ZA773783B; DE2633137A1; US4126488A

Description

Die Erfindung betrifft ein pastenförmiges Borierungsmittel zum Borieren von Massenteilen aus Eisen und Nichteisenmetallen, enthaltend borabgebende Substanzen, Aktivatoren, Füllstoff und Wasser als Bindemittel.

Das Borieren von Eisenwerkstoffen und Nichteisenmetallen als Verfahren zur Erzeugung verschleisshemmender Schichten ist seit längerer Zeit bekannt. Von den in der Literatur beschriebenen Verfahren hat sich bisher nur das Pulver-borieren in nennenswertem Umfang in der Praxis durchsetzen können. Dabei wird das zu behandelnde Werkstück in eine Mischung verschiedener Substanzen eingepackt und einer Temperaturbehandlung unterzogen. Als Boriermittel findet meist ein Gemisch Verwendung, das aus Borcarbid als borabgebender Substanz, aus Siliciumcarbid oder einem anderen Füllstoff zur Einstellung der Aktivität und aus Kali-umborfluorid als Aktivator besteht. Dieses Gemisch enthält darüber hinaus z.T. noch amorphen Kohlenstoff und andere Zusätze, die die Aktivität steigern sollen. Es wird als Pulver oder Granulat angewandt. Die Temperaturbehandlung wird nahezu ausschliesslich in Kammer-, Muffel- oder Topföfen vorgenommen.

Obwohl mit dieser Verfahrensweise einwandfreie Borid-schichten erzeugt werden, haften ihr einige schwerwiegende Nachteile an. Das Einpacken der Werkstücke in das Boriermittel und das Auspacken ist nur von Hand möglich. Der Anwendungsbereich des Verfahrens wird dadurch von vornherein auf die Behandlung von Einzelstücken oder Kleinserien beschränkt. Aber auch bei grösseren oder kompliziert geformten Einzelstücken wird das Verfahren in der Praxis nur ungern angewandt, da der Verbrauch an Boriermittel in diesen Fällen sehr hoch liegt. Schliesslich ist das partielle Borieren, d.h. die Behandlung einzelner Werkstückpartien, nur unter erheblichen Schwierigkeiten oder gar nicht möglich.

Aus diesen Gründen hat es daher nicht an Versuchen gefehlt, das Boriermittel mit einem geeigneten Bindemittel in eine streich-, spritz- oder tauchfähige Konsistenz zu bringen. Dabei wird die pulvrige Boriermischung mit Wasser versetzt (z.B. DT-OS 2147 755), wobei durch die löslichen salzartigen Komponenten des Boriermittels eine gewisse Bindung bewirkt wird. Auch wird die Verwendung organischer Bindemittel, wie z.B. von Acrylharzen, gelöst in Aceton, empfohlen (DT-OS 2361017).

Bei Anwendung von Pasten ist die Behandlung unter Schutzgas (z.B. Wasserstoff, Formiergas) oder im Vakuum vorteilhaft. Die Boridschichten werden dadurch gleichmäs-siger hinsichtlich ihrer Struktur und ihrer Dicke.

Die beschriebenen Borierpasten haben bisher keinen nennenswerten Eingang in die Praxis gefunden, da sie den gestellten Anforderung nicht vollständig genügen. So ist von Nachteil, dass die bisher vorgeschlagenen Pasten zur Entmischung neigen, d.h. die spezifisch schwereren Bestandteile, wie Borcarbid und Siliciumcarbid, setzen sich nach unten ab. Ausserdem spielt speziell bei den mit organischen Binde- und Lösungsmitteln hergestellten Pasten die Brandgefahr eine wesentliche Rolle. Schliesslich ist es bei komplizierter geformten Werkstücken schwierig, die Pastenreste einwandfrei zu entfernen. Auch die Anwendung von Ultraschall führt hier nicht in allen Fällen zu befriedigenden Ergebnissen.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Paste zum Borieren von Massenteilen aus Eisen und Nichteisenmetallen zu finden, die durch Streichen, Spritzen oder Tauchen aufgebracht werden kann und die die oben angeführten Nachteile nicht aufweist. Sie sollte insbesondere lagerstabil, nicht brennbar und leicht von den Werkstücken entfernbar sein. Ferner sollte diese Paste dazu benutzt werden können, ein kontinuierliches Verfahren zur Borierung grösserer Serien von Kleinteilen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch eine Paste, enthaltend borabgebende Substanzen, Füllstoffe, Aktivatoren und Wasser als Bindemittel, wobei erfindungsgemäss die Paste zusätzlich 2 bis 8 Gew.% pyrogene, d.h. durch Flammelektrolyse hergestellte Kieselsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht der Paste, enthält.

Als borabgebende Substanz kann amorphes Bor oder Borcarbid Verwendung finden. Als Füllstoff, der gleichzeitig dazu dient, die Aktivität der Paste so einzustellen, dass nur monophasige Schichten aus Fe2B entstehen, können Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumcarbid oder ähnliche inerte Substanzen dienen. Schliesslich kann als Aktivator in bekannter Weise Kaliumborfluorid verwendet werden.

Der Anteil an pyrogener Kieselsäure kann innerhalb der angegebenen Grenzen variiert werden, je nach den betrieblichen Erfordernissen. Soll die Paste z.B. durch Tauchen aufgebracht werden, wird man eine dickere Konsistenz wählen, d.h. den Anteil an pyrogener Kieselsäure relativ hoch wählen. Soll die Paste dagegen durch Spritzen auf das Werkstück aufgebracht werden, wird man einen geringeren Anteil an pyrogener Kieselsäure anwenden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von 2 bis 5 Gew.% pyrogener Kieselsäure erwiesen.

Die hier beschriebenen Pasten weisen eine Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Sie sind stabil und neigen nicht zum Absetzen. Ausserdem sind sie nicht brennbar. Ihre Konsistenz ist innerhalb weiter Grenzen variabel. Bei Abkühlung von Boriertemperatur am Ende der Behandlung fällt bzw. blättert die Paste überraschenderweise nahezu vollständig von den Werkstücken ab. Verbleiben bei komplizierter geformten Werkstücken noch Reste, können diese einwandfrei mit warmen Wasser, bei Behandlung grösserer Serien ggf. in einer Waschmaschine, entfernt werden. Die Grundforderung, dass bei Anwendung der Pasten gut ausgebildete, gleichmässige Boridschichten entstehen, wird in idealer Weise erfüllt.

Die Anwendung dieser Pasten macht die Verwendung eines Schutzgases, z.B. Stickstoff oder Formiergas, erforderlich. In Anbetracht der wesentlichen Einsparungen an dem relativ teuren Boriermittel, die durch Anwendung des Pastenverfahrens zu erzielen sind, fällt die Notwendigkeit der Schutzgasanwendung jedoch wirtschaftlich nicht ins Gewicht.

Aufgrund der geschilderten Vorteile der erfindungsge-mässen Paste wird die Schaffung eines kontinuierlichen Borierverfahrens für grössere Serien von Teilen ermöglicht. Durch Kombination eines automatischen Band- oder Ketten-durchlaufofens mit einer ebenfalls automatischen Tauchoder Spritzstation können grosse Serien entsprechender Teile ohne Schwierigkeiten behandelt werden. Ausserdem kann mit der erfindungsgemässen Borierpaste auch eine partielle Borierung vorgenommen werden.

Die Vorteile der erfindungsgemässen Borierpaste werden anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:

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Beispiel 1

Bei Kleinteilen der Abmessung 50x30x20 mm3 aus einem unlegierten Stahl Ck 15, die an einer Stirnfläche starkem Reibverschleiss unterliegen, wurden diese Stirnflächen in eine Paste getaucht, die folgende Zusammensetzung aufwies:

20 Gew.% Borcarbid

40 Gew.% Siliciumcarbid

6,7 Gew.0,1) Kaliumborfluorid

30 Gew.0') Wasser

3,3 Gew.0, ö pyrogene Kieselsäure

Die Herstellung der Paste wurde vorgenommen, indem die pulverförmigen Komponenten Borcarbid, Siliciumcarbid und Kaliumborfluorid zunächst innig gemischt und dann in die wässrige Suspension der Kieselsäure eingerührt wurden. Nach dem Tauchen wurden die Teile ohne Trocknen auf das Band eines automatischen Banddurchlaufofens gelegt, und zwar auf die Fläche, die der mit Paste überzogenen gegenüberlag. Der Ofen wurde mit Stickstoff als Schutzgas betrieben. Die Banddurchlaufgeschwindigkeit war so eingestellt, dass die Teile nach dem Vorwärmen 3 Stunden lang einer Temperatur von 900°C ausgesetzt waren und bis zum Ofenende (Bandende) auf ca. 400°C abgekühlt wurden. Vom Bandende wurden die Teile in einen Kasten abgeworfen, in dem sie erkalteten. Bei den hier vorliegenden, glatten Teilen hafteten keine Pastenreste auf den Bauteilen.

Die Borierung entsprach voll den Anforderungen. Auf der behandelten Stirnfläche war eine gut ausgebildete, gleich-mässige Boridschicht von 80 bis 90 um Dicke entstanden. Erwähnenswert ist noch, dass bei dem beschriebenen Verfahren (Borieren nur der Funktionsfläche mit Paste, Durchlaufofen unter Schutzgas) 3,3 g Borierpaste pro Teil verbraucht wurde. Vergleichsweise sind beim konventionellen Pulverborieren (Einbetten des ganzen Teiles in Pulver) ca. 130 g Boriermittel pro Teil erforderlich.

Beispiel 2

PKW Teile aus dem Stahl 34 CrNiMo 6 mit Abmessungen von 55 mm Durchmesser, 30 mm Höhe, einer Mittelbohrung von 13 mm und Verzahnung auf dem Umfang wurden ebenfalls nach diesem Verfahren behandelt. Die Zusammensetzung der Paste war in diesem Falle:

10 Gew.% amorphes Bor 45 Gew.% Aluminiumoxid

6304X6

6,25 Gew.% Kaliumborfluorid 35 Gew.% Wasser 3,75 Gew.% pyrogene Kieselsäure

Die Herstellung der Paste wurde in der gleichen Weise vorgenommen wie in Beispiel 1. Auch das Tauchen in die Borierpaste und die Art der Wärmebehandlung entsprachen dem Beispiel 1, jedoch wurde die Bandgeschwindigkeit so eingestellt, dass eine zweistündige Behandlung bei 950°C resultierte. Am Bandauslauf wurden die Teile nur auf ca. 850°C abgekühlt und dann direkt in ein Salzbad abgeworfen, das eine Temperatur von 200°C aufwies. Damit wurde eine Härtung unmittelbar nach dem Borieren ohne Wiedererwärmung erreicht. Borierpastenreste fanden sich nicht auf den Teilen, sondern nur im Salzbad, aus welchem sie auf dem bekannten Wege durch Entschlammen entfernt werden konnten. Die Dicke der Boridschicht lag bei 75 bis 95 [im, sie war einwandfrei und gleichmässig. Das Kerngefüge der Bauteile entsprach dem nach Warmbadhärtung zu erwartenden Marten-sitgefüge. Der Bedarf an Borierpaste lag bei 16 g/Stück, beim konventionellen Verfahren sind ca. 210 g erforderlich.

Beispiel 3

Schnecken von 1250 mm Länge und einem Durchmesser von 60 mm aus 42 CrMo 4 zum Extrudieren von Kunststoffen, deren Borierung bisher einen erheblichen manuellen Aufwand und einen hohen Verbrauch an Boriermittel bedingte, wurden mit einer Borierpaste folgender Zusammensetzung bestrichen:

25 Gew.% Borcarbid

35 Gew.% Siliciumcarbid

6,5 Gew.% Kaliumborfluorid

31 Gew.% Wasser

2,5 Gew.% pyrogene Kieselsäure

Dabei wurden nur die starkem, abrasivem Verschleiss unterliegenden Partien, wie Schneckenspitze, Schneckenstege und -flanken, nicht aber der Schneckengrund, bestrichen. Die Behandlung erfolgte in einem Kammerofen, in den als Schutzgas Formiergas mit 95% Stickstoff und 5% Wasserstoff eingeleitet wurde. Nach einer fünfstündigen Borierung bei 925°C war eine SchkMdicke von 140 bis 150 [im von guter Qualität entstanden. Mach dem konventionellen Einpackverfahren waren pro Schnecke 8,5 kg Boriermittel erforderlich, bei dem Verfahren dieses Beispiels lediglich 0,95 kg Borierpaste.

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Claims

630416 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Pastenförmiges Borierungsmittel zum Borieren von Massenteilen aus Eisen und Nichteisenmetallen, enthaltend borabgebende Substanzen, Aktivatoren, Füllstoffe und Wasser als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Borierungsmittel zusätzlich 2-8 Gew.% pyrogene Kieselsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mittels, enthält.

2. Borierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 2-5 Gew.% pyrogene Kieselsäure enthält.