DE2633137A1 - Borierungsmittel zum borieren von massenteilen aus eisen und nichteisenmetallen - Google Patents

Borierungsmittel zum borieren von massenteilen aus eisen und nichteisenmetallen

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DE2633137A1 DE19762633137 DE2633137A DE2633137A1 DE 2633137 A1 DE2633137 A1 DE 2633137A1 DE 19762633137 DE19762633137 DE 19762633137 DE 2633137 A DE2633137 A DE 2633137A DE 2633137 A1 DE2633137 A1 DE 2633137A1
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Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER- SCHEIL'EANSTALT VOHMALS ROESSLER 6000 Frankfurt am Main, Weissfrauenstrasse 9
Borierungsmittel zum Borieren von Massenteilen aus Eisen und Nichteisenmetallen
Die Erfindung betrifft ein Borierungsmittel zum Borieren von Massenteilen aus Eisen und Nichteisenmetallen, bestehend aus borabgebenden Substanzen, Aktivatoren, Füllstoff und einem 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 Pulverborieren 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 Silicixamcarbid oder einem anderen Füllstoff zur Einstellung der Aktivität und aus Kaliumborfluorid 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 Topfofen vorgenommen.
Obwohl mit dieser Verfahrensweise einwandfreie Boridschichten 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.
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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 Borierinischung mit Wasser versetzt (z.B. DT-OS 21^7 755), 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 236IOI7)
Bei Anwendung von Pasten ist die Behandlung unter Schutzgas (z.B. Wasserstoff, Formiergas) oder im Vakuum vorteilhaft. Die Boridschichten werden dadurch gleichmässiger hinsichtlich ihrer Struktur und ihrer Dicke.
Die beschriebenen Borierpasten haben bisher keinen nennenswerten Eingang in die Praxis gefunden, da sie den gestellten Anforderungen 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.
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Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass eine Paste aus einer borabgebenden Substanz, einem Füllstoff, einem Aktivator und Wasser als Bindemittel verwendet wird, wobei erfindungsgemäss die Paste zusätzlich 2 bis 8 Gew.$ pyrogene, d.h. durch Flammelektrolyse hergestellte Kieselsäure enthält.
Als borabgebende Substanz kann amorphes Bor oder Borcarbid Verwendting finden. Als Füllstoff, der gleichzeitig dazu dient, die Aktivität der Paste so einzustellen, dass nur monophasige Schichten aus Fe B 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 warmem 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.
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Die Anwendung dieser Pasten macht die Verwendung eines Schutzgases, z.B. Stickstoff oder Formiergas, erforderlich. In Anbetracht der wesentlichen Einsparungen an dem relativ teuren Boriernittel, die durch Anwendung des Pastenverfahrens zu erzielen sind, fällt die Notwendigkeit der Schutzgasanwendung jedoch wirtschaftlich nicht ins Gewicht.
Aufgrund der geschilderten Vorteile der erfindungsgemässen Paste wird die Schaffung eines kontinuierlichen Borierverfahrens für grössere Serien von Teilen ermöglicht. Durch Kombination eines automatischen Band- oder Kettendurchlaufofens mit einer ebenfalls automatischen Tauch- oder 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:
Beispiel 1
Bei Kleinteilen der Abmessung 50x30x20 mm 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
^O Gew.-^o Siliciumcarbid
6,7 Gew.-^o Kaliumborfluorid 30 Gew.-^ Wasser
3,3 Gew.-^ 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
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έ 263313?
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 Banddurchiaufgeschwindigkeit war so eingestellt, dass die Teile nach dem Vorwärmen 3 Stunden 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, gleichmässige 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 S Borierpaste pro Teile 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 "$h CrNiMo 6 mit Abmessungen von 55 inm Durchmesser, 3O mm Höhe, einer iMittelbohrung 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. -^o Aluminiumoxid 6,25 Gew.-^ Kaliumborfluorid
35 Gew.-^ Wasser
3.75 Gew.-fo pyrogene Kieselsäure
Die Herstellung der Paste wurde in der gleichen Weise vorgenommen wie beim 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 95O C resultierte. Am
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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 Viedererwärmung 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 /um> sie war einwandfrei und gleichmässig. Das Kerngefüge der Bauteile entsprach dem nach Warmbadhärtung zu erwartenden Martensitgefüge. 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 6o mm aus Jf2 CrMo h 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
Λ2,5 Gew. -0Jo 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 Schichtdicke von l4o bis 150 ,um von guter Qualität entstanden. Nach dem konventionellen Einpackverfahren waren pro Schnecke 8,5 kg Boriermittel erforderlich, bei dem Verfahren dieses Beispiels lediglich 0,95 kg Borierpaste.
709885/0052
OBlGlNAL SMSFECTED

Claims (2)

Patentansprüche
1.) Borierungsmittel zum Borieren von Massenteilen aus Eisen und Nichteisenmetallen, im wesentlichen bestehend aus
borabgeb,enden Substanzen, Aktivatoren, Füllstoffen und
Wasser als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Borierungsmittel zusätzlich 2 bis 8 Gew.-^o pyrogene
Kieselsäure enthält.
2. Borierungsmittel nach Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, dass es 2 bis 5 Gew.-^o pyrogene Kieselsäure enthält.
2O.7.I976
PAT-Dr.Bre-P
709885/0052
INSPECTED
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