DE1060217B

DE1060217B - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung der Oberflaeche von Koerpern metallischer oder anderer Natur mittels einer elektrischen Glimmentladung

Info

Publication number: DE1060217B
Application number: DEE13254A
Authority: DE
Inventors: Hans Bucek
Original assignee: Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus
Current assignee: Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus
Priority date: 1955-11-22
Filing date: 1956-11-20
Publication date: 1959-06-25
Also published as: CH349284A; GB852070A; US2927231A; FR1210232A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 060

ANME LDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

DBP 1060217 kl. 48 b 11/20

INTERNAT. KL. C 23 C 20. NOVEMBER 1956

25. JUNI 1959

10. DEZEMBER 1959

stimmt Oberein mit Auslegeschrift

1060 217 (E 13254 VIII c / 4» b)

' Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Körpern mittels einer elektrischen Glimmentladung, durch.welche die zu behandelnde Oberfläche auf eine v.orbestimmte Temperatur gebracht wird. " . .

Bei derartigen Verfahren wird m.eist angestrebt, mit möglichst geringem Energieaufwand die betreffenden Flächen auf die vorgeschriebene Temperatur zu bringen und während der Prozeßdauer auf dieser Temperatur zu halten, da vom Energieverbrauch gewohnlich die Kosten der Behandlung stark abhängen, besonders bei langdauernden Prozessen. Dementsprechend werden bei solchen Verfahren im allgemeinen alle Maßnahmen getroffen, die eine Verringerung der Wärmeverluste durch Ableitung, Strahlung und Konvektion bewirken. Vor allem wird eine ausreichende Isolierung der Behandlungsgerät vorgenommen und. die Wärmeverluste der behandelten Körper möglichst reduziert.

Bei einer großen Zahl solcher an Flächen bestimmter Temperatur s-tattfindender Prozesse wäre einerseits eine Intensivierung der Wirkungen und andererseits eine Verkürzung der Prozeßdauer sehr erwünscht. Jedoch kann dies durch Steigerung des Energieumsatzes nicht bewirkt werden, da die vorgeschriebene Temperatur der am Prozeß beteiligten Flächen nicht überschritten werden darf. Dementsprechend ist die Technik auf diesem Gebiet bestrebt, andere We'ge zur Steigerung der Wirksamkeit derartiger Prozesse ausfindig zu machen.

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Zu der oben angegebenen Klasse von Prozessen gehört auch beispielsweise die Oberflächenbehandlung von metallischen Werkstücken (Nitrierung, Carburierung, Reinigen, Aufrauhen, Oxycfiefen,!Reduzieren, usw.). Auch metallurgische und chemische Prozesse (Schmelzen, Dehydrieren usw.) wurden bereits unter Verwendung elektrischer Glimmentladungen mit gutem Erfolg durchgeführt. Derart durchgeführte thermische Verfahren besitzen außer den jeweils von Fall zu Fall wechselnden technologischen und qualitativen Vorteilen bezüglich der erzielten Produkte ganz allgemein den Vorzug- einer guten Wirtschaftlichkeit.

Da es sich bei den vorliegenden Verfahren um solche mit einer vorbestimmten Temperatur an den am Prozeß beteiligten Flächen handelt, muß sich der Energieumsatz in der Glimmentladung natürlich nach dem Wärmebedarf der betreffenden Körper und Stoffe richten, der seinerseits vor allem durch Ableitungsund Abstrahlungsverluste sowie eventuell durch den Energieverbrauch der* "chemischen Reaktionen bedingt ist. Beispielsweise ist bei der Nitrierung von Stahlkörpern mittels einer Glimmentladung ein Energieumsatz von etwa 1,5 Watt pro cm² behandelter Oberfläche erforderlich, um die günstigste Temperatur Verfahren und Vorrichtung

zur Behandlung der Oberfläche

von Körpern metallischer oder anderer

Natur mittels einer elektrischen

Glimmentladung

Patentiert für:

Elektrophysikalische Anstalt

Bernhard Berghaus,

Vaduz (Liechtenstein)

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 22. November 1955

Hans Bucek, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

des Stahlkörpers von 500 bis 550° C aufrechtzuerhalten.

Es wurde bereits vermutet, daß mit einem höheren Energieumsatz der Glimmentladung die Prozeßdauer oder die Qualität der Produkte günstig beeinflußt werden könnte. Da aber die vorbestimmte Temperatur der am Prozeß beteiligten Flächen nicht überschritten werden darf, wurde als eine Möglichkeit hierfür eine impulsartige Arbeitsweise vorgeschlagen. Wird der betreffende Prozeß periodisch abwechselnd mit hohem und niedrigem Energieumsatz durchgeführt, so ist in den Hochleistungsintervallen natürlich auf Kosten der Zwischenintervalle eine entsprechende Energiesteigerung möglich, ohne daß der zeitliche Mittelwert der Energie- und Wärmezufuhr den durch die vorgeschriebene' Temperatur bestimmten Wert überschreitet. Die mit Glimmentladungsimpulsen arbeitenden Verfahren haben tatsächlich die erwarteten Vorteile gebracht, jedoch ist natürlich durch den temperaturbedingten Mittelwert des Energieumsatzes nur eine beschränkte Steigerung der Wirksamkeit erzielbar.

909 666/Ϊ23

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, bei derartigen thermischen Oberflächenprozessen durch Kühlung der Werkstücke vom temperaturbedingten mittleren Energieumsatz unabhängig zu werden.

Hingegen ist das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens von einem Teil der zu behandelnden Oberfläche mittels geeigneter Kühlung eine bestimmte Wärmemenge abgeführt und gleichzeitig die vom Ionenbombardement demselben zugeführte Energie um einen solchen Energiebetrag gesteigert wird, daß die vorbestimmte Temperatur erzielt wird.

Zweckmäßige Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigen die Fig. 1 bis 4.

jf Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rezipienten zur Glimmentladungsbehandlung von Hohlwellen;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einigen Beispielen des Härtetiefenverlaufes bei nitrierten Stahlteilen;

Fig. 3 und 4 zeigen Längsschnitte weiterer Vorrichtungen zur Glimmentlädungsbehandlung von Werkstücken.

Zur Verwirklichung des vorliegenden Verfahrens muß der bei den meisten in industriellem Maßstab durchzuführenden thermischen Prozessen selbstverständliche Grundsatz verlassen werden, daß Wärme-Verluste im Interesse der Wirtschaftlichkeit des betreffenden Verfahrens möglichst klein gehalten werden sollen. Bekanntlich wird z. B. bei den bekannten thermischen Gasnitrierverfahren von Stahlkörpern größter Wert auf gute Wärmeisolierung der Nitrierkammern gelegt, besonders wenn es sich um elektrisch beheizte Kammern handelt. Ebenso wird meist bei den bekannten Glimmentladungsverfahren, beispielsweise bei der Oberflächenbehandlung von Werkstücken in einem Glimmentladungsgefäß im Unterdruck, üblicherweise zur Verminderung von Wärmeverlusten ein oder mehrere hintereinandergeschaltete blanke Blechzylinder als Strahlungsreflektor um das Werkstück angeordnet und eine merkliche Wärmeableitung über die Aufhängungs- und Halterungsmittel möglichst vermieden.

Im Gegensatz zu diesem allgemeinen Grundsatz bei thermischen Prozessen wird beim vorgeschlagenen Verfahren eine möglichst wirksame Wärmeabfuhr von den am Prozeß beteiligten Flächen durchgeführt, also, wenn möglich, eine Kühlung derselben vorgesehen. Um dann eine vorgeschriebene Temperatur der betreffenden Flächen erzielen zu können, muß die Energiezufuhr zu denselben natürlich entsprechend vergrößert werden. Diese Vergrößerung der Wärmezufuhr einerseits und die bessere Wärmeabfuhr andererseits bewirken einen gesteigerten Energieumsatz an jedem Flächenelement der am Prozeß beteiligten Flächen. Gerade dieser Effekt ist erwünscht, wenngleich der Energiezuwachs anscheinend nur zur Erwärmung des Kühlmittels dient und eine Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit zu befürchten ist.

Es hat sich aber überraschenderweise herausgestellt -7- mindestens in den bisher untersuchten Fällen —, daß der größere Energieumsatz eine entsprechende Verringerung der jeweils erforderlichen PiOzeßdauer zur Folge hat, so daß der Gesamtenergieaufwand hieiv für angenähert gleich bleibt. Dabei ist aber natürlich allein durch den Zeitgewinn ein bedeutender technischer Fortschritt erzielt, abgesehen von der gleichzeitig sich-ergebenden Verbesserung der Ausnutzung der jeweiligen Anlage zur Durchführung des betreffenden Prozesses. Abgesehen vom Zeitgewinn ermöglicht aber vor allem die höhere Behandlungsintensität in allen bisher untersuchten Fällen die Erzeugung qualitativ besserer Produkte.

Das \^rorliegende Verfahren wurde mit einer Vorrichtung gemäß der Fig. 1 experimentell erprobt.

Das auf der Außenseite zu behandelnde Werkstück 1/ das z. B. metallisiert oder nitriert werden soll, ist vom Metallgefäß 2 elektrisch isoliert und· steht als die eine Elektrode einer es konzentrisch umschließenden Gegenelektrode 3 gegenüber. Beide Elektroden sind an isoliert durch die Gefäßwandung führenden Stromeinführungen 4 angeschlossen. Zwischen dem Werkstück 1 und der Gegenelektrode 3 liegt die Spannung der Stromquelle 5, beispielsweise 500 Volt, durch weiche, bei einem Gasdruck'von 1 bis 20 mm Hg im Gefäß, eine elektrische Glimmentladung zwischen diesen Teilen unterschiedlichen Potentials entsteht. Der Energieumsatz dieser Entladung konzentriert sich weitgehend auf den in unmittelbarer Umgebung der Kathode sich bildenden Glimmsaum und Kathodenfallraum. Bei Betrieb mit Gleichstrom muß also der negative Pol der Spannungsquelle 5 am Werkstück 1 liegen. Jedoch kann auch Wechselstrom normaler Frequenz (50 Hz) verwendet werden.

Die Hohlwelle 1 wird hier im Inneren gekühlt durch ein über die Rohrleitung 7 aus Isoliermaterial, z.B. Porzellan, abfließendes Kühlmittel, z. B. öl. Durch das A^entil 8 an der Zuflußleitung 6 aus Isoliermaterial kann der Kühlmittelstrom abgesperrt und geregelt werden. Auch das doppelwandig ausgebildete Entladungsgefäß 2 wird zweckmäßigerweise gekühlt durch ein über den Rohrstutzen 9 zufließendes und aus dem Rohrstutzen 10 abfließendes Kühlmittel. Das Gefäßinnere wird seitens der Vakuumpumpe 11 über die Saugleitung 12 auf einem gewünschten Unterdruck gehalten. Über das Ventil 13 und die Leitung 14 kann das. für den vorliegenden Prozeß vorgesehene Gas in das Gefäßinnere eingeleitet werden. Die Oberflächentemperatur des zu behandelnden Werkstücks 1 wird über ein Loch 15 in der Gegenelektrode 3 und ein Fenster 16 in der Gefäßwandung2 mittels eines Strahlungspyrometers 17 überwacht.

Zweckmäßigerweise wird bei der Inbetriebnahme der Apparatur der Kühlmittelstrom durch die Hohlwelle 1 mittels des Ventils 8 abgesperrt und ein sogenannter Anlaufvorgang durchgeführt. Erst nachdem hierbei am Ende des Anlaufvorgangs der Entladungsendzustand und die vorgeschriebene Temperatur der Hohlwellenoberfläche, angezeigt durch das Meßgerät 17, erreicht sind, wird langsam das Ventil 8 für die Innenkühlung der Hohlwelle 1 geöffnet. Das erfolgende langsame Absinken der Temperatur an der Hohlwellenoberfläche wird am Meßgerät 17 überwacht und in entsprechendem Maße der Energieumsatz in der. Glimmentladung gesteigert, sei es durch Erhöhung des Gasdrucks im Gefäß 2 oder durch Steigerung der Spannungsdifferenz zwischen der Hohlwelle 1 und der Gegenelektrode 3. Der Kühlmittelstrom wird unter stetiger Steigerung des Energieumsatzes zwecks Aufr.echterhaltung der vorgeschriebenen Oberflächentemperatur so lange verstärkt, bis die erwünschte Energiedichte in Watt pro cm² Oberfläche der Hohlwelle 1 erreicht ist. Falls erwünscht, kann natürlich auch eine automatische Programmsteuerung, überwacht und beeinflußt vom Strahlungspyrometer 17, für diese Steigerung der Wärmeabfuhr und Energievergrößerung vorgesehen werden.

Ein auf analoge Weise durchgeführter Nitrierprozeß an Stahlkörpern der Zusammensetzung 0,3 C, 0,4 Mn, 2,5 Cr, 0,6Mo ergab bei einer Behandlungs-

temperatur von 520° C während einer Prozeßdauer von 48 Stunden in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre von 10 mm Hg sowie einer Erhöhung der Energiedichte durch die rasche Wärmeabfuhr auf den l,3fachen Wert eine größere Eindringtiefe und dabei eine Verbesserung der Härte um 5 Rockwell gegenüber einer ungekühlten Behandlung gleicher Dauer. Die Überprüfung des Tiefenverlaufs der Oberflächenhärte ergab, daß durch diesen gesteigerten Energiefluß an der Oberfläche des Werkstücks die Härtetiefenkurve merklich beeinflußbar ist. Die Fig. 2 zeigt eine ohne Kühlung und Energiesteigerung erzielte Härtetiefenkurve A und zum Vergleich eine mit dem gleichen Stahl und der obengenannten Behandlung erzielte Härtetiefenkurve B. Durch geeignete Wahl von Gasdruck und Energieumsatz kann der Verlauf der Härtetiefenkurve B beeinflußt und beispielsweise der Kurve C angeglichen werden.

Durch diesen experimentellen Befund ist somit erwiesen, daß bei einer Erhöhung des Energieumsatzes an den behandelten¹ Körperoberflächen trotz unveränderter Beibehaltung der dort herrschenden Oberflächentemperatur eine Beeinflussung der hier durch eindiffundierten Stickstoff' entstandenen veredelten Oberflächenzone erzielbar ist. Einerseits ist die Prozeßdauer zur Erzeugung einer bestimmten Eindringtiefe des eindiffundierten Stoffes verkürzt, .was gegenüber den bisher allgemein üblichen Diffusionsmethoden einen wesentlichen Fortschritt darstellt, denn die Diffusionsgeschwindigkeit bei einer bestimmten Oberflächentemperatur wurde bisher für unbeeinflußbar angesehen. Andererseits ist die Qualität der durch Eindiffusion erzeugten Oberflächenzone gegenüber den ohne Energiesteigerung sich ergebenden Nitrierschichten eine andere, und zwar sowohl in bezug auf Oberflächenhärte als auch im Hinblick auf den Härtetiefenverlauf und die mechanischen Eigenschaften, wie Splitterfestigkeit, Duktilität, Porosität und Volumenänderung.

Während bisher bei derartigen Nitrierverfahren bei einem Stahl mit gegebenen Legierungsbestandteilen eine Beeinflussung des Härtetiefenverlaufes nur durch geeignete Vorbehandlung, durch die Nitriertemperatur und die Behandlungsdauer möglich war, können nach dem vorliegenden Verfahren der Aufbau und die Eigenschaften der entstehenden Oberflächenzone bei Anwendung der optimalen Temperatur durch Wahl des Energieumsatzes an den am Prozeß beteiligten Flächen in gewünschter Weise beeinflußt werden. Natürlich sind bei einer vorgesehenen, nochunbekannten Stahllegierung — wie auch sonst bei metallurgischen Prozessen üblich -— mittels einiger Probestücke die bei verschieden großem Energieumsatz an der Oberfläche und bei verschiedener Oberflächentemperatur sich ergebenden Eigenschaften der Oberflächenzone abhängig von der Behandlungszeit experimentell zu ermitteln, um dann Werkstücke aus diesem Stahl entsprechend veredeln zu können. Aber die erzielten Ergebnisse sind eindeutig reproduzierbar, und eine einmalige Versuchsreihe liefert dann ein Rezept zur Schaffung von Oberflächen mit vorbestimmten Eigenschaften.

Schließlich sei noch erwähnt, daß mit dem beschriebenen Verfahren, wie experimentelle Ergebnisse zeigen^ längs der veredelten Stahloberfläche an den am Prozeß beteiligten Flächen eine viel höhere Gleichmäßigkeit der Struktur erzielbar ist, als es bisher möglich war. Beispielsweise sind die Schwankungen der Härtewerte bei derart nitrierten Flächen um mindestens 50% geringer als üblich.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Apparatur zur Durchführung des Verfahrens bei der Oberflächenbehandlung der Innenwandung von Rohren mittels einer Glimmentladung zeigt die Fig. 3 in schematischer Darstellung. Hier ist auf dem Außenmantel des zu behandelnden Rohres 20 eine abnehmbare Kühleinrichtung angebracht, die beispielsweise aus dem Kühlzylinder 21 besteht, dessen Stirnwände 22 und 23 je eine für das Rohr 20 passende Bohrung

ίο besitzen und gegen dieses mit den elastischen Dichtungen 24 bzw. 25 abgedichtet sind. Auf diese Weise entsteht um das Rohr 20 ein Ringraum 26, durch den ein flüssiges oder, gasförmiges Kühlmittel über die Zu- bzw. ■ Ableitung 27 bzw. 28 strömen kann. Die beiden Mündungen des Rohres 20 ragen aus dem Kühlzylinder 21 heraus in je eine domartige Erweiterung hinein, welche durch die gasdicht auf den Stirnwänden 22 und 23 befestigten Verschlußkappen 29 bzw. 30 gebildet werden. Die beiden domartigen Er-' Weiterungen sind durch die Bohrung des Rohres 20 miteinander verbunden und bilden gemeinsam den Glimmentladungsraum. Durch das Rohr 20 erstreckt sich eine hohle Gegenelektrode 31, die mittels der Isolatoren 32 und 33' durch die Verschlußkappen 29 bzw. 30 hindurchgeführt ist. Diese Hohlelektrode 31 ist mit dem einen Pol der Spannungsquelle 34 verbunden, deren anderer Pol mit dem Kühlzylinder 21 und über die Verbindungsleitung 35 mit dem Rohr 20 in Verbindung steht. Über die Leitungen 36 und 37 wird das vorgesehene Behandlungsgas in den Gasentladungsraum eingeleitet bzw. aus demselben herausgepumpt.

Beim Betrieb entsteht zwischen der Innenwandung des Rohres 20 und der Hohlelektrode 31 eine Glimmentladung, die dann, wenn das Rohr 20 wenigstens zeitweise als Kathode arbeitet, dessen Innenwandung aufheizt. Durch die Kühlung des Rohres 20 seitens des Kühlmittels im Raum 26 erfolgt hier die rasche Wärmeabfuhr von der am Prozeß beteiligten Rohr^:

innenwandung, so daß der Energieumsatz der Glimmentladung gesteigert und die Energiebeaufschlagung der Innenwandung erhöht werden kann. Die Hohlelektrode 31 kann ebenfalls durch einen Flüssigkeitsoder Gasstrom von innen aus gekühlt werden. Dies ist beispielsweise bei Wechselstrombetrieb empfehlenswert, um eine zu starke Erhitzung der dann zeitweise als Kathode wirkenden Hohlelektrode zu vermeiden. Aber auch bei Gleichstrombetrieb mit einer als Anode arbeitenden Hohlelektrode kann deren Kühlung ,von Vorteil sein, um die von der Rohrinnenwandung herrührende Wärme abzuführen.

Die gemäß dem vorliegenden Verfahren vorzusehenden Maßnahmen zur raschen Wärmeabfuhr von den am Prozeß beteiligten Flächen bedingen natürlich keineswegs immer einen Kühlmittelstrom wie in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 3. Insbesondere für kleinere Werkstücke kann auch die Kühlung durch starke Wärmeableitung oder Wärmeabstrahlung genügen. Ein solches Ausführungsbeispiel für die Oberflächenbehandlung der Innenwandung einer Metallhülse 40 zeigt die Fig. 4 in schemati'scher

- Wiedergabe unter Weglassung aller weniger wichtigen Einzelheiten. Zur raschen Wärmeableitung steckt hier die Hülse 40 lh einem massiven Metallblock 41 mit guter Wärmeleitung, etwa aus Kupfer, der eine entsprechende, genau passende Bohrung 42 aufweist. Die Mündung der Hülse 40 ist einem Entladungsraum 43 zugekehrt, der durch eine mit dem Isolierring 44 am Block 41 elektrisch isoliert, aber gasdicht befestigte Haube 45 abgeschlossen ist. In dieser Haube ist

mittels des Isolators 46 ein Elektrodenstab 47 gasdicht angebracht, der in die Hülse 40 hineinragt und außerhalb der Haube 45 mit dem einen Pol einer Spannungsquelle 48, an dem auch der Metallblock 41 liegt, verbunden isti Der andere Pol der Spannungsquelle 48 ist an der Metallhaube 45 angeschlossen.

Wird auf geeignete Weise im Raum 43 eine Unterdruck-Gasatmosphäre von einigen Millimeter Hg erzeugt und eine Gleichspannung von 400 bis 1000 Volt verwendet, so entsteht, wenn die Haube 45 als Anode arbeitet, eine Glimmentladung mit einem dicht an der Innenwand der Hülse 40 und der Außenseite der Stabelektrode 47 befindlichen Glimmsaum, trotzdem sich diese beiden Teile auf gleichem negativem Potential befinden. Durch geeignet gewählten Durchmesser der Stabelektrode 47 und dementsprechenden Gasdruck im Raum 43 läßt sich erreichen, daß sich diese kathodischen Glimmsäume und damit die zugehörigen Kathodenfallräume berühren, was erfahrungsgemäß zu einer bedeutenden Vergrößerung der Energiedichte im Hülseninnenraum führt (sogenannter Hohlkathodeneffekt). Durch die große Masse des Metallblocks 41 wird die an der Innenwandung der Hülse 40 auf diese Weise erzeugte Wärmemenge rasch abgeführt. Normalerweise reicht die infolge der großen Außenfläche des Blocks 41 erzielte starke Abstrahlung und Luftkühlung aus, um einen Temperaturanstieg der Innenwand der Hülse 40 über den vorgeschriebenen Wert hinaus zu verhüten. Andernfalls kann aber natürlich eine zusätzliche Flüssigkeits- oder Gaskühlung des Blocks 41 vorgesehen werden.

Die beschriebene Aufheizung der Hülse 40 mittels des Hohlkathodeneffekts ist" bei dieser Apparatur durch Regulierung "des Gasdrucks im Raum 43 wirksam beeinflußbar und kann auf diese Weise gut beherrscht werden. Der gewünschte Effekt läßt sich sowohl bei einer Gleichspannungsquelle als auch unter Verwendung einer Wechselspannungsquelle erreichen.

Dieser Hohlkathodeneffekt kann auch dazu verwendet werden, an vorbestimmten Flächenbereichen der am Prozeß beteiligten Flächen einen höheren Energieumsatz zu bewirken.

Beim vorliegenden Verfahren bewirkt die gesteigerte Energiedichte der Glimmentladung an der als Kathode arbeitenden Fläche ein intensiveres Ionenbombardement, und zwar kann sowohl die mittlere kinetische Energie als auch die Zahl der pro Zeiteinheit aufprallenden Gasionen größer werden. Außer der hierdurch entstehenden stärkeren Heizung der Metalloberfläche — die durch raschen Wärmeabfluß zum Kühlmittel genau kompensiert wird — ist dabei möglicherweise auch ein tieferes Eindringen in, die äußersten Schichten der Gitterstruktur des Körpers und ein mengenmäßig größeres Angebot an atomarem Gas an der Grenzschicht von Einfluß.

Jedoch sei ausdrücklich erwähnt, daß einige erste Untersuchungen über die Wirkung des erhöhten Wärmedurchgangs bei Strahlungsheizung von Metallgegenständen zur Oberflächenbehandlung eine vorteilhafte Wirkung des größeren Energieflusses durch die am Prozeß beteiligten Flächen hindurch auf die Beschleunigung und Qualität des betreffenden Prozesses ergeben haben. Auch die Beaufschlagung mit starken Wärmeimpulsen ist hierbei von Einfluß.

Das vorliegende Verfahren ist natürlich keineswegs auf die Oberflächenbehandlung von metallischen und anderen Körpern beschränkt, vielmehr können alle an der¹ Oberfläche von festen und flüssigen stofflichen Massen oder Schichten stattfindenden Prozesse dem vorliegenden Verfahren unterworfen werden.

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Claims

PATENTANSPROCH E :

1. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Körpern metallischer oder anderer Natur mittels einer elektrischen Glimmentladung, durch welche die zu behandelnde Oberfläche auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens von einem Teil der zu behandelnden Oberfläche mittels geeigneter Kühlung eine vörbestimmte Wärmemenge abgeführt und gleichzeitig die vom Ionenbombardement demselben zugeführte Energie um einen solchen Energiebetrag gesteigert wird, daß die vorbestimmte Temperatur erzielt wird. ·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Entladungsenergie der Gasdruck im Entladungsgefäß erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Entladungsenergie die Betriebsspannung der Gasentladung gesteigert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Zeiteinheit eindiffundierte Stoffmenge durch den Energiezuwachs erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl des Energiezuwachses und Energieflusses die Tiefenverteilung des eindiffundierten Stoffes beeinflußt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1. für die Nitrierhärtung der Oberfläche von Stahlkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzielung einer nach Härtegrad und Härtetiefenverlauf vorbestimmten Nitrierung erforderliche Prozeßdauer durch Steigerung der Energiedichte verringert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Härtetiefenverlauf durch Wahl der Energiedichte der Glimmentladung beeinflußt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Ausbildung der dem zu behandelnden Körper zugekehrten Flächen anderer Bauteile ein möglichst großer Teil der Wärmeabstrahlung seitens der am Prozeß beteiligten Flächen absorbiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den am Prozeß beteiligten Flächen nur ein vorbestimmter Flächenberei.ch mit erhöhter Energiezufuhr betrieben wird.

10. /Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Beschleunigung der Wärmeabfuhr von den am Prozeß beteiligten Flächen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 für die Oberflächenbehandlung von Körpern in einer Unterdruckatmosphäre in einem Entladungsgefäß mittels einer elektrischen Glimmentladung, wobei die Körper eine Elektrode bilden, gekennzeichnet durch Mittel zur Zuführung . eines . Kühlmittelstromes zu solchen Flächen des Körpers, die nicht am Prozeß beteiligt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein elektrisch nichtleitendes Medium als Kühlmittel und durch isolierend ausgebildete Zuleitungen dieses Mediums zum Körper.

13. \ferfahren nach Anspruch 11 für die Behandlung der Außenseite von Hohlkörpern, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchleitung eines Kühlmittelstromes durch den Hohlraum.

14. Vorrichtung nach Anspruch ll für die Behandlung der Innenseite eines Hohlraums eines Körpers, gekennzeichnet durch Mittel zur Kühlung der Außenseite des Körpers.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14 für die Behandlung der Innenwandung von Rohren, gekennzeichnet durch-eine das Rohr umgebende, abnehmbare Kühleinrichtung.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen koaxial im Rohr angeordneten

Innenleiter, der seinerseits ebenfalls als Rohr ausgebildet und zur Durchleitung eines Kühlmittelstromes eingerichtet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 für die Behandlung der Innenwandung von hülsenartig geformten, relativ kleinen Werkstücken, gekennzeichnet durch einen das Werkstück größtenteils umschließenden, in gutem Wärmekontakt mit dessen Außenflächen stehenden Metallblock mit guter Wärmeleitfähigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 909 558/258 6.59 (909 666/323 12.59)