DE635100C - Verfahren zur Erzeugung von harten Schichten aus Metallcarbiden durch Behandeln von metallischen oder mit metallischen Schichten versehenen Gegenstaenden - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung von harten Schichten aus Metallcarbiden durch Behandeln von metallischen oder mit metallischen Schichten versehenen GegenstaendenInfo
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Description
Es ist bekannt, Werkstücke dadurch zu härten, daß man sie mit festem Kohlenstoff
oder kohlenstoffabspaltenden Mitteln, auch Gasen, gegebenenfalls unter Druck behandelt
und gleichzeitig auf Glühtemperaturen von 700 bis 10000 C erwärmt (Zementation).
Die Erwärmung geschieht dabei entweder unmittelbar oder mittelbar z. B. durch Hochfrequenzheizung.
Man hat auch schon kohlenstoffabspaltende Mittel auf die erhitzte Oberfläche des Werkstückes geschleudert, um
eine Zementation herbeizuführen.
Bei allen diesen bekannten Verfahren wird der zu zementierende Gegenstand längere Zeit
durch und durch auf hohe Glühtemperaturen erhitzt und erleidet dadurch nachteilige Änderungen
des Gefüges im Innern.
Bei der Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Erzeugung von harten Schichten aus Metallcarbiden durch Behandeln von metallischen oder mit metallischen Schichten
versehenen Gegenständen, die zum mindesten in ihren Außenschichten ein oder mehrere
carbidbildende Elemente enthalten; mit kohlenstoffhaltigen Gasen, Dämpfen oder
Flüssigkeiten, welches sich dadurch auszeichnet, daß die in einem abgeschlossenen drucksicheren
Gefäß mit den zu behandelnden Gegenständen in Berührung gebrachten kohlenstoffhaltigen
Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten auf thermischem Wege zerlegt werden,
ohne daß hierbei die Gegenstände im ganzen auf solche Temperaturen erwärmt werden,
bei welchen wesentliche Gefügeänderungen eintreten. Zur Herstellung von hitze- und
säurebeständigen sowie verschleißfesten Schutzschichten kann dabei vorteilhaft, auf
die Oberfläche des metallischen oder mit metallischen Schichten versehenen Gegen-Standes
eine Schicht der Metalle der Chromgruppe aufgebracht werden, die vor der Carburierung
vorteilhaft im Vakuum erhitzt wird.
Die aufgebrachte Metallschicht kann dabei ganz oder teilweise carburiert werden.
Die Erfindung bietet dem Bekannten gegenüber den Vorteil, daß die Erwärmung des
Gegenstandes in der Druckkammer durch die Dissoziations wärme der sich spaltenden kohlenstoffhaltigen
Gase nur kurzzeitig an der Oberfläche stattfindet, so daß das Gefüge im
Innern unverändert bleibt.
Als carbidbildende Elemente (Stoffe) kommen insbesondere Chrom, Eisen, Silicium,
Bor, Cer, Titan, Zirkon, Vanadium, Tantal, Wolfram, Molybdän, Uran in Betracht, die
allein oder in beliebigen Mischungen in den zu behandelnden Schichten anwesend sein
können. Sind verschiedene Elemente vorhanden, so müssen diese nicht in denselben
Schichten liegen, sondern können auch in verschiedenen untereixtanderliegenden Schichten
größerer oder geringerer Stärke, jedenfalls aber im Tiefenwirkungsbereich der gebildeten
Thermionen liegen. Eine solche Tiefenwirkung hängt ebensowohl vom Grade- der
Dissozierung als auch von dem Druck ab, der bei der Dissozierung entsteht, außerdem auch
von der Durchdringungsfähigkeit der Schichten selbst, die wiederum von Stoff zu Stoff
verschieden ist.
Nach dem Verfahren der Erfindung können Gegenstände behandelt werden, deren Schichten
aus einem oder mehreren Elementen in Mischung oder Legierung oder chemischer Verbindung bestehen, von denen eines oder
mehrere der Carbidbildung fähig sind.
Weiterhin können auch Gegenstände behandelt werden, deren zu carburierende
Schicht mit dem übrigen Körper verwachsen ist oder die besonders auf ihn aufgetragen ist
so und dabei aus gleichem oder aber verschiedenem Stoff besteht. Jede Art der Auftragung
und Verbindung der Schicht mit dem Gegenstand kann hierbei verwendet werden, die ausreichend
fest ist, um bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Gegenstandes weder eine
mechanische noch, wenn der Gegenstand chemisch beansprucht wird, eine chemische Loslösung zuzulassen.
Auch Gegenstände, die im Schmelzfluß oder durch Sinterung ganz oder teilweise
erzeugt sind,' gleichgültig, ob sie darauffolgend irgendeiner mechanischen Bearbeitung
unterworfen wurden oder nicht, können nach dem Verfahren behandelt werden.
Soll nicht ein homogener Körper in seinen Außenschichten gemäß der Erfindung carburiert
werden, dann können die carbidbildenden Elemente mittels geeigneten Auftragoder
Verbrndungsverfahrens aufgebracht, insbesondere
warm oder kalt aufgetragen, aufgespritzt, aufgepreßt oder aufgewalzt werden. Sie können auf chemischem oder elektrolyti-
* schem Wege, 2. B. durch Schmelznußelektrolyse, abgeschieden werden. Auch durch Diffusion
oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise, insbesondere durch ein Plattierungsverfahren,
könneri die Schichten aufgebracht sein. Sie können schließlich auch aüfgesintert
oder aufgeschmolzen werden. - Die zu carburierende Schicht kann auch beispielsweise auf Porzellan oder einen sonstigen
keramischen Stoff, ebenso auf Marmor oder ein-sonstiges naturgewachsenes Gestein
aufgebracht sein. Aber auch Sinterlegierungen und Preßmassen, wie z. B. Kunststein- und
Kunstharzmassen, können als Unterlage dienen.
Gemäß der Erfindung werden also die zu behandelnden Schichten der Einwirkung von
durch thermische Dissozierung aus gasförmigen oder flüssigen kohlenstoffhaltigen Verbindungen
abgespaltenen Kohlenstoff ausgesetzt. Die thermische Dissozierung kann durch Explosion, durch Stoßionisation durch elektrischen
Zündfunken oder durch Erhitzung erfolgen. Auch die Erhitzung wird vorzugsweise elektrisch (Widerstandserhitzung) vorgenommen
werden. Die Spaltung oder Abscheidung wird vorteilhaft in neutraler Atmosphäre vorgenommen.
Besonders vorteilhaft ist es, den zu behandelnden Gegenstand in ein Gefäß einzubringen,,
das soweit als möglich luftleer gemacht ist und in das sodann die zu spaltende flüssige
oder gasförmige Kohlenstoffverbindung (oder Verbindungen) eingelassen oder in dem
diese darm erzeugt wird. Durch Arbeiten im Vakuum sollen zunächst die zu behandelnden
Schichten von okkludierten Gasen befreit werden. Diese Entgasung kann durch Erwärmung
des Metallkörpers durch Hochfrequenz ebenso wie durch Behandlung des Gegenstandes
mit hochgespanntem Wechselstrom beschleunigt werden. Vorteilhaft geht die Entgasung
im Vakuum der Einleitung der carburierenden Gase voraus.
Die Aufspaltung oder Abscheidung des Kohlenstoffs kann im übrigen in jeder geeigneten
Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, Acetylengas zur Carburierung zu ver- go
wenden, das im geschlossenen Raum zur Explosion gebracht wird, wobei sich Kohlenstoff
abscheidet. Da die Explosion einen exothermen Vorgang darstellt und von bedeutender
Druckerhöhung begleitet ist, wird sowohl der zu carburierende Körper, zumindest in den »
Oberflächenschichten, ausreichend erwärmt als auch die gebildeten Gasionen (Kohlenstoffionen)
in die zu carburierenden Schichten eingedrückt, so daß Carbide auf gewünschte Tiefe entstehen. Natürlich kann diese Be-■
handlung beliebig wiederholt werden.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, korrosionsfeste und erosionsfeste Oberflächenschichten
zu erzeugen. Durch entsprechende Auswahl' des oder der carbidbildenden Elemente
kann, die Oberfläche auch sehr verschleißfest und hart gemacht werden. Durch
geeignete Mischung der Elemente können Verschleißfestigkeit und Härte beliebig verändert
und insbesondere kann die Mischkristallbildung bei der Carburierung unterstützt werden. Je größer die Besetzung der
Oberfläche mit carbidbildenden Elementen ist, desto größer wird die Härte der Oberfläche.
Je größer der Zusatz nicht carbidbildender Elemente zwischen diesen letzteren in
den zu behandelnden Schichten ist, desto geringer wird die Härte, während die Zähigkeit
vergrößert wird. Durch geeignete Wahl oder Mischung der Elemente kann die Oberfläche
insbesondere warmfest gemacht und eine mit
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der .Unterlage haltfest verbundene Oberfläche geschaffen werden.
Durch die Erfindung werden lange Wärme- und Hitzebehandlungen des Gegenstandes
vermieden, da die Carburierung in kürzester Zeit, wenn man will, sogar schlagartig, vor
sich geht. Dann kann man nach erfolgter Explosion (thermischer ■ Dissozierung) den
Gegenstand längere oder kürzere Zeit der
ίο Einwirkung der Thermionen aussetzen und
durch Nachschub kohlenstoff abspaltender oder abscheidender Gase und Wiederholung der
thermischen Dissozierung für fortgesetzte Einwirkung der naszierenden Kohlenstoffionen
auf den zu behandelnden Gegenstand sorgen, ebenso wie man nach einmaliger Einwirkung
die Behandlung alsbald unterbrechen kann. Auf jeden Fall wird hierbei die Carburierung
in viel kürzerer Zeit durchgeführt, als dies beim Zementieren durch Einsetzen
oder aus einer am erhitzten Gegenstand vorbeistreichenden kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre
sonst möglich wäre.
Darum kann man gemäß der Erfindung metallhaltige Gegenstände und Legierungen
auch in den Eigenschaften ihrer Randschichten wesentlich verändern, ohne sie im übrigen,
insbesondere in ihrer Struktur, zu ändern. So kann man gemäß der Erfindung hitzebeständige
und zunderfeste carbidhaltige Oberflächen und Überzüge, letztere sogar oft ohne künstliche Zwischenschicht, aufbringen.
Die Erfindung soll in der Hauptsache einen
verbesserten Schutz für Metalle oder Metalloberflächen ergeben, indem man in oder auf
diesen eine Deckschicht, einen Belag oder einen Überzug, erzeugt, die hart, dicht und
korrosionsfest ist. Die Deckschicht kann auch besonders hohen Widerstand gegen Verschleiß
oder andere mechanische Abnutzung bei erhöhter oder gewöhnlicher Temperatur darbieten.
Die Deckschicht kann einen beliebig dünnen Belag oder eine beliebig dicke Schicht
darstellen.
Des weiteren kann die Deckschicht gemäß der Erfindung ebenso hart als auch von· hoher
Hitzebeständigkeit sein, ohne daß sie abblättert oder abspringt.
Im besonderen erzeugt die Erfindung eine carbidische Deckschicht mit den soeben festgestellten
Eigenschaften, die im Gegensatz zu bisher hergestellten carbidischen Oberflächen,
so z. B. von einsatzgehärteten Eisengegenständen, glatt, regelmäßig, frei von mikroskopisehen
Rissen und vollkommen gleichmäßig dick ist. Die Dicke kann dabei nach Wunsch bemessen werden.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Deckschicht erzeugt, die eine Mehrzahl von
Schichten von verschiedenen metallischen Legierungen und Gemengen enthält, die so
angeordnet sind, daß etwaige Unterschiede zwischen den Ausdehnungskoeffizienten aneinandergrenzender
Schichten so herabgemindert sind, daß jede Gefahr des Splitterns oder x4±>trennens einer der Schichten vermieden
ist. Eine solche Deckschicht schützt den bedeckten Gegenstand auch bei großen und
plötzlichen Temperaturschwankungen, ohne abzuspringen.
Die Erfindung sei nun an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Ein Gegenstand
aus Stahl sei vorher mit Chrom galvanisiert worden, und dieser Chromniederschlag soll nun
ganz oder teilweise in eine carbidische Deckschicht umgewandelt werden. In der mehr
schematischen Zeichnung sind
Abb. ι ein Schnitt durch ein zunächst galvanisch
überzogenes Stück Stahl,
Abb. 2 eine Ansicht einer Deckschicht, die durch Kohlung (Carburierung) im Sinne der
Erfindung auf dem Grundstoff (Stahl) entwickelt wurde,
Abb. 3 eine ähnliche Ansicht, die eine Umwandlung der Deckschicht durch weitere Kohlung
der inr der Fig. 2 gezeigten Schicht gemäß der Erfindung zeigt,
Abb. 4 ein teilweiser Schnitt und teilweise Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung
einer Ausführungsform der Erfindung,
Abb. S eine schematische Skizze gewisser Einzelteile der Fig. 4 und verschiedener elektrischer
Schaltungen und Zubehörteile zur Ausführung eiaer Kohlung durch selbsttätig
wiederholtes schrittweises Kohlen,
Abb. 6 ein senkrechter Schnitt, hauptsächlich längs der Linie 6-6 in Abb. 5, der weitere
Einzelheiten zeigt,
Abb. 7 eine der Abb. 4 ähnliche Ansicht einer anderen Vorrichtung um die Deckschicht
an einer, inneren Oberfläche, anstatt einer äußeren zu erzeugen.
In der Abb. 1 trägt ein Stahlstück 10 auf
einer zu schützenden Oberfläche eine Chromplattierung 11. Diese Plattierung wird vorteilhaft
einem Reinigungsprozeß unterworfen, um etwa eingeschlossene Gase zu entfernen; am besten wird der plattierte Gegenstand im
Vakuum etwa 30 Minuten lang auf etwa 300° C erhitzt. Die Plattierung kann in jeder tio
geeigneten Weise vollzogen sein, z. B. durch Galvanisieren. Die Dicke der Chromschicht
kann nach den Erfordernissen gewählt werden; sie soll jedenfalls einen dichten zusammenhängenden
Niederschlag auf Stahl bilden.
Bei der galvanischen Verchromung entsteht an der Kathode eine starke Wasserstoffentwicklung
und demzufolge ein Einschluß von etwas Wasserstoff in das niedergeschlagene Chrom. Überdies sind regelmäßig mikroskopische
Risse und Spalten in der Chromplattierung vorhanden. Aus diesem Grunde
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nimmt man gewöhnlich zuerst eine (galvanische) Vernicklung, Verkupferung o. dgl.
vor und bringt auf dieser erst die Chromplattierung an, wenn der so plattierte Gegenstand
gegen Rost oder Korrosion geschützt werden soll. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
ist, daß eine solche Grundlage aus Nickel, Kupfer o. dgl. für eine Chromplattierung
oder Deckschicht wegfallen kann, da ίο alle Spalten und Risse während der Erzeugung
der Schutzschicht gemäß der Erfindung gleichsam mit Kohlenstoff gefüllt werden und
die Schutzschicht vollständig undurchdringlich gemacht wird.
Nach der Erfindung wird vorzugsweise eine Chromplattierung, wie in Abb. 1 gezeigt, carburiert
(gekohlt), bis eine Schutzschicht für das Stahlgrundmaterial 10 entwickelt ist, die
eine äußere Chromcarbidoberflächenschicht 12, 20" darunter eine Chromschicht 13 und zu inner st
eine Grundschicht 14 aus einer Legierung von Chrom und Stahl aufweist, wie Abb. 2
zeigt. Die Tiefe (Dicke) der in Carbide umgewandelten Schicht 12 kann gewünscht ein-
«5 gestellt "werden. In Abb. 3 ist gezeigt, wie nicht nur Schichten 12', 13', 14' entsprechend
den Schichten 12, 13, 14 der Abb. 2, sondern
auch eine Zwischenschicht 15 entwickelt werden, welch letztere eine Legierung von Chrom '
und Chromcarbiden zwischen den Schichten 12' und 13' darstellt.
Bei der Durchführung der Erfindung wird vorteilhaft ein Chromüberzug auf irgendein
Grundmetall durch Elektrolyse aufgebracht. Ein Kohlenwasserstoff, entweder gasförmig
(wie z. B. Methan, Äthylen oder Acetylen) oder in einem anderen Zustand (z. B. flüssig,
wie Benzin oder Benzol), wird mit der chromierten oder aus Chrom bestehenden Schicht
in Berührung gebracht. Die Hitze oder Druck oder beide, welche zur Dissozierung der im Kohlenwasserstoff verbundenen Kohlenstoff-
und Wasserstoffatome notwendig sind, werden zusammen mit der bei der Spaltung
auftretenden Wärme gleichzeitig dazu benutzt, um die Carburierung des Chroms auf
gewünschte Tiefe zu bewirken. Vorteilhaft wird die Temperatur so hochgestellt, daß
etwas Chrom schmilzt, ohne daß aber das ganze Chrom geschmolzen oder gar die Struktur
des Grundmaterials (besonders wenn diese kristallin ist) geändert wird. Die Tiefe der
Umwandlung der Chromschicht kann durch Wahl des Drucks mitbestimmt werden. Die Erhaltung einer neutralen oder reduzierenden
Atmosphäre im Augenblick der Anlagerung des Kohlenstoffs an das Chrom geschieht in
diesem Fall durch den frei werdenden Wasserstoff selbst.
Die in der Abb, 4, 5 und 6 dargestellte Vorrichtung stellt einen hermetisch verschlossenen
Behälter dar mit einer Grundplatte 16 und einer Haube 15. In derf geöffneten Behälter
können ein oder mehrere Stücke (17) eingesetzt werden, in diesem Beispiel zwei 6S
Kolben, die auf einer äußeren Chromplattierung eine schützende Deck- oder Oberflächenschicht
oder -struktur erhalten sollen. Durch Schrauben 18 werden die Teile 15 und 16 zu-'
sammengehalten. 19 ist eine Dichtung. Ein Rohr 20 führt zu einer nicht gezeichneten
Vakuumpumpe und eine Leitung 21 zu einem nicht dargestellten Tank, der einen Vorrat
z. B. von Acetylengas unter einem Druck von 30 bis 50 kg cm2 enthält. 22 ist ein Manometer,
23 sind Zündkerzen.
In der Leitung 20 liegt ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 24 mit Ventilstange
24", an der ein Magnetanker 24* sitzt. Wenn
dieser Anker durch zwei darüberliegende Elektromagnetspulen 24C angezogen wird, ist
das Ventil geöffnet, wird der Anker durch zwei darunterliegende Spulen 24^ angezogen,
so ist das Ventil geschlossen.
In der Leitung 21 sitzt ein ähnliches Ventil
25, das durch einen Anker 25* auf der Ventilstange
25" und darüber- und darunterliegende Spulen25° bzw 25^ in gleicherweise gesteuert
wird. Am oberen Ende der Stange 25° sitzt
ein Kontakt 26, der auf einen feststehenden Gegenkontakt 26 auftrifft, wenn sich die
Stange 25** in Schließstellung befindet.
Im Manometergehäuse befinden sich drei Kontaktpaare A und A', B und B', C und C".
Die Kontakte Λί', B', C sind durch dieLeitungen
27, 28, 29 mit einer passenden Strom- ■ ■-quelle verbunden bzw. geerdet. Der Kontakte
ist durch Leitungen 30, 31 mit den beiden Spulen 25C verbunden und geerdet und
durch Leitungen 32 und 33 mit den beiden Spulen 24** verbunden und geerdet. Der Kontakt
B ist durch Leitungen 34, 35 mit den beiden Spulen 25^ verbunden und geerdet und
durch eine Leitung 36 mit dem Kontakt 26 auf Ventilstange 25s. Der feststehende Kontakt
26 ist durch Leitungen 37, 38 mit den Zündkerzen 23 verbunden. Der Kontakt C ist
durch Leitungen 39, 40 an die beiden Spulen 24C angeschlossen.
Die Manometernadel 22" zeigt normaler- no weise auf Null auf der Skala (Abb. 5). Sie
zeigt den Gasdruck an. An der Zeigerspitze sitzt ein Mitnehmer 41, der eine Bürste 42
aus leitendem "Material trägt, mit der je eines der drei Kontaktpaare A, A', B1 B' bzw. C1 C
überbrückt werden kann, wenn) der Zeiger auf eine entsprechende Stelle der Skala weist. Die
Kontakte haben zweckmäßig bogenförmige Gestalt und sind im Kreise angeordnet. Wenn
das Manometer einen passenden Überdruck zeigt, z. B. 2 Atmosphären, dann möge das
Kontaktpaar B1 B' durch die Bürste 42 über-
brückt sein. Wenn das Manometer auf einen vorher festgesetzten tieferen Druck fällt,
mögen die Kontakte A, A' durch die Bürste überbrückt werden; wenn das Manometer auf
höhere Werte zeigt, 4 bis 20 Atmosphären, mögen die Kontakte C und C überbrückt
werden.
Es sei angenommen, daß der Behälter 15, 16 nach Aufnahme der chromplattierten KoI-ben
17 (Abb. 4) luftdicht geschlossen und hierauf aufgeheizt wurde. Wenn vor den Kolben
17 andere Gegenstände in der Vorrichtung behandelt worden waren, ist das Ventil
25 der Acetylenleitung 21 zu schließen und das Ventil 24 in der Vakuumpumpenleitung
zu öffnen. Ebenso wird die Vakuumpumpe angelassen und am Schluß der Behandlung zweckmäßig abgestellt.
Der Druck im Behälter 15, 16 sei zunächst
gleich äußerem Atmosphärendruck (Null auf der Skala), obwohl das in der Pumpenleitung
20 befindliche1 Ventil offen ist. Infolgedessen nimmt die Bürste 42 die Stellung gemäß
Abb. 5 ein, und alle Stromkreise sind offen.
Mit fortschreitender Evakuierung fällt der Druck in dem Gefäß 15 bis 16, bis eine vorbestimmte
Grenze nahe dem absoluten Vakuum erreicht ist. Jetzt wird das Kontaktpaar A, A'
durch die Bürste 42 überbrückt, die beiden Magnetspulen 24** werden erregt und schließen
das Ventil in der Vakuumleitung 20, während die Spulen 2ζα das Ventil in der Acetylenleitung
21 öffnen. Nun strömt unter gewünschtem hohem Druck (gegebenenfalls über
ein Reduzierventil) Acetylengas in das Gefäß 15, 16, so daß der Druck auf ungefähr 2 Atmosphären
steigt. In diesem Augenblick mögen die Kontakte B, B' durch die Bürste 42
überbrückt werden, und -die beiden Magnetspulen
25^ schließen das Ventil in der Acetyl enleitung 2i. Hierbei werden auch die
Kontakte 26 geschlossen (Abb. 5) und die Zündkerzen 23 an Spannung gelegt, an denen
der Funke überspringt und das Gas in dem Gefäß 15, 16 entzündet. Die nun erfolgende
Explosion dissoziiert den Kohlenstoff und den Wasserstoff des Gases, und die Kohlung' (Carburierung)
der Chromplattierung 17 beginnt. Die plötzliche Druckerhöhung in dem Behälter
ist außerordentlich groß, der Manometerzeiger wird auf einen viel höheren Druck zeigen, und dadurch wird fast augenblicklich
die Bürste 42 von den Kontakten B, B' wieder weggerissen und im Uhrzeigersinn über die
Kontakte C, C geführt; dabei verursachen die zwei Magnetspulen 24C das Öffnen des
Ventils in der Pumpenleitung 20, wodurch der Explosionsdruck gemindert wird und eine
Temperatursenkung fast augenblicklich der Explosion folgt. Die Bürste 42 schlägt so
schnell nach rechts aus, daß es wünschenswert ist, die Kontakte (wie dargestellt) über
einen beträchtlichen Teil des Bürstenweges auf der Skala auszudehnen, um die zwei Magnetspulen
24C mit Sicherheit zu erregen und
das Ventil in der Pumpenleitung 20 zu öffnen.
Nach Öffnen des Ventils in der Leitung 20 werden die Gasrückstände des Behälters 15,
16 durch die Vakuumpumpe abgesogen, der Druck in diesem Behälter fällt und der Manometerzeiger
fällt wieder auf Unterdruck, wo die Kontakte A, A' wieder durch die
Bürste 42 überbrückt werden. Bei diesem Rückgang kann die Bürste 42 den Zündstromkreis
über die Kontakte B, B' aber nicht schließen, weil dieser infolge des wieder geöffneten
Kontaktpaares 26 unterbrochen ist.
Bei der Beendigung der Linksdrehung der Bürste 42 während des Druckabfalls werden
die Kontakte A1A' wieder überbrückt, und es
wiederholt sich der beschriebene Kreislauf.
Wenn diese Kreisläufe gewünscht oft wiederholt sind, wird der Chromüberzug der
Kolben 17 auf beabsichtigte Tiefe gekohlt (carburiert) sein. Nunmehr wird die Vakuumpumpe
abgestellt. Um eine Kohlung zu erreichen, wie sie z. B. in Abb. 2 dargestellt
wurde, genügen etwa 5 bis 10 Wiederholungen, ein Vorgang, der etwa 1 bis 2 Minuten
erfordert. Um eine Kohlung z. B. nach Abb. 3 zu erzielen, genügen 50 bis 100 Wiederholungen
des Kreislaufes, was etwa 10 bis 15 Minuten
erfordert.
Beim Abstellen der Vakuumpumpe, z. B. von Hand, bleiben die Teile der Vorrichtung
. (Abb. 4, 5 und 6) immer in der für Beginn und Fortsetzung einesi neuen, selbsttätigen Arbeitsganges
erforderlichen Stellung (d. i. mit dem Manometerzeiger 22a auf Null Atmosphären
Überdruck, mit offenem Ventil 24 in der Pumpenleitung und geschlossenem Ventil 25 in der Acetylenleitung). Wird z. B. die
Pumpe abgestellt, so schwenkt die Bürste 42 nach rechts von den Kontakten A1A' hinweg
nach den Kontakten B1 B' unter dem Druck des in die Kammer 15, 16 einströmenden
Acetylene, da das Ventil 25 offen ist. Das Ventil 24 ist aber geschlossen und die Pumpe,
ob sie läuft oder nicht, ohne Einfluß. Daher wird die Bürste 42 ihre Rechtsbewegung fortsetzen,
die Kontakte B1 B' überbrücken, hierdurch das Ventil 25 in der Acetylenleitung
schließen und das Acetylen in dem Behälter 15, 16 zum Explodieren bringen. Danach
wird als Folge der Explosion die Bürste 42 die Kontakte C, C überbrücken, die das Ventil
in der Pumpenleitung öffnen, aber das Ventil 25 in der Acetylenleitung noch geschlossen
lassen. Mit nun offenem Ventil in der Pumpenleitung sinkt der Druck in dem Behälter, iao
und die sich daraus ergebende Linksbewegung der Nadel 22° setzt sich nur so weit fort, bis
Atmosphärendruck im Behälter herrscht; die Bürste 42 wird also nicht bis zu den Kontakten
A, Ä gelangen,, und dadurch wird das
Ventil 24 nicht wieder geschlossen und das Ventil 25 nicht wieder geöffnet.
Die in Abb. 6 gezeigte Vorrichtung arbeitet
wie die eben "beschriebene. Sie soll hauptsächlich zur Kühlung verchromter Oberflächen
im Innern hohler Gegenstände dienen, wie es etwa ein Rohr 43 ist. Das Innere solcher
Gegenstände kann also einen TeiL des Explosionsraumes bilden. Ein solches ausreichend
festes Rohr ruht an seinen beiden Enden auf Dichtungsringen, so daß der Innen<raum
hermetisch abgeschlossen wird, wenn die Verschlußstücke 45 und 46, die auf diesen
Dichtungen sitzen, zusammengepreßt werden, indem man z. B. den Deckel 45 auf einen
Träger 47 montiert, der fest an einer hydraulischen
Presse 48 sitzt, während man den Deckel 46 auf den Preßkolben 49 montiert.
Leitungen 20ß, 2ia entsprechen der Pumpenleitung
20 bzw. der Acetylenleitung 21 in Abb. 4, Zündkerzen 23° entsprechen den Zündkerzen
23 in Abb. 4, ein Manometer 22' entspricht dem Manometer 22." Die Leitungen 2o°, 2iß sind mit Ventilen versehen wie die
Ventile 24 und 25 in Abb. 4, und das Manometer 22' hat entsprechende Kontakte und
eine Schleifbürste am Zeiger. Mit diesem Teile sind elektrische Leitungen verbunden
wie in Abb. 4, S und 6. Die Vorrichtung wird in gleicher Weise wie die zuerst beschriebene
benutzt, in der natürlich gleichfalls Innenflächen carburiert werden könnten.
Acetylen ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff, der unter Hitze oder Druck oder infolge
einer Entzündung in seine Komponenten Wasserstoff und Kohlenstoff zerfällt. Diese
*o thermische Dissoziation erfolgt bei 6oo° C
bereits zu 87 %· Bei 75°° C steigt die Dissoziation
auf 97 °/o, sogar unter normalem Druck, wenn das Acetylen z. B. durch ein entsprechend erhitztes Rohr geleitet wird. Bei
4-5 einer Temperatur von 9000 C und einem Überdruck
von nur einer Atmosphäre verläuft die Dissoziation explosiv. Wenn Acetylen mit einem elektrischen Funken oder Glühdraht in
Berührung gelangt, unter normalem Druck bei' konstantem Volumen, so erfolgt die explosive
Dissoziation nur in der Nähe des Drahtes oder des Funkens. Bei höherem
Druck und konstantem Volumen verursacht
die Zündung jedoch· eine vollständige Dissoziation. Eine solche thermischeDissoziation
bei konstantem Volumen wird bei der Erfindung benutzt und trägt wesentlich zur sauberen
Erzeugung von Chromcarbiden bei.
Zunächst überschreitet die Dissoziationstemperatur des explodierten reinen Acetylene
3000° C. Diese Temperatur gewährleistet an .
und für sich die Kohlung des Chroms, d. h. die Bildung eines oder mehrerer Chromcarbide,
die bereits bei viel niedrigeren Temperaturen erfolgt. Ferner wird eine entsprechende
Menge Wasserstoff frei und bleibt gasförmig anwesend. Frei werdender Kohlenstoff wird
auch durch den Wasserstoffdruck in die Poren der Chromschicht gedrückt. Wenn die
beschriebenen Vorgänge wiederholt werden, so wird die Chromoberfläche bei hohen und
höheren Temperaturen auf immer größere Tiefe carburiert. Die folgende Tabelle zeigt
die Ergebnisse, die bei Explosionsversuchen mit reinem Acetylengas (100 °/o C2H2) bei
konstantem Volumen erhalten wurden.
Zünd über |
Druck unmittelbar |
Disso ziations- |
Verhältnis |
druck in Atm. |
nach der Dissoziation |
dauer in V1000 sek |
von Zünd- zu Enddruck |
Atm. | |||
2,23 | 8,77 | 3,93 | |
2,23 | 10,73 | — | 4.81 |
5.50 | 18,58 | 77,8 | 5,31 |
3.73 | 19,53 | — | 5,53 |
5.98 | 41^ | 66,7 | 6,90 |
■ 5.98 | 43,43 | — | 7,26 |
5.98 | 41.53 | 45,9 | 6,94 |
11,23 | 92,73 | 26,1 | 8,24 |
11,23 | 91.73 | 39,2 | 8,00 |
21,13 | 213,70 | 16,6 | 10,13 |
21,13 | 212,60 | 18,2 | 10,13 |
Wenn z. B. auf elektrochemischem Wege hergestellte Chromoberflächen mittels der Di-'amantritzmethode
untersucht werden, werden Härtegrade erreicht, die etwa 960 Brinellgraden entsprechen. Wenn jedoch ein derartiger
Chromüberzug nach der Erfindung in Carbide verwandelt wird, werden mittels der Diamantrkzmethode Härtegrade festgestellt",
die etwa 3800 Brinellgraden entsprechen. Die Härte von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt
von 0,8 °/0 entspricht nur 220 Brinellgraden.
Der Schmelzpunkt von reinem Chrom liegt bei etwa 1615° C, derjenige der Chromcarbide
bei etwa 20000. Ferner werden Chromcarbide nicht durch Salpetersäuren angegriffen,
während sogar Schwefelsäure, wenn auch nur schwer, und Salzsäure sehr schnell Chrom
auflöst.
Obwohl Chrom Alkalien widersteht, schützt ein auf elektrolytischem Wege aufgebrachter
Chromüberzug die plattierte Oberfläche dennoch nicht vollständig, weil der Überzug nicht
porenfrei ist. Weiterhin ist elektrolytisch niedergeschlagenes Chrom übersättigt mit
dem bei der Galvanisierung entstehendem Wasserstoff, der die Zwischenräume zwischen
den Chromkristallen ausfüllt und von diesen eingeschlossen wird. Schwache Temperaturänderungen
verursachen verschiedene Ausdehnung des Chroms und des darin eingeschldssenen
Wasserstoffes, wodurch ein Ablösen der Chromplattierung von der darunterliegenden
Oberfläche unterstützt wird. Durch die Erfindung wird ein elektrolytisch niedergeschlagener
Chromüberzug in Chromcarbide
ίο verwandelt und ein Chromcarbidüberzug erzeugt,
der ein idealer Schutz für ein darunterliegendes Metall ist. Ein derartiger Überzug hat außerordentliche Härte, sehr
hohen Schmelzpunkt und weist eine vollkommen homogene und gleichmäßige Struktur
auf. Die Umwandlung eines auf elektrolytischem Wege hergestellten Chromüberzuges in
Chromcarbid erfolgt in einer bewährten Ausführung der Erfindung nach Erhitzung des
Chromüberzugs auf hohe Temperaturen im Vakuum, wobei der interkristalline Wasserstoff
ausgetrieben wird und die Poren und Risse im Chrom offen läßt, die nunmehr das
tiefe Eindringen des Kohlenstoffes in das Chrom erleichtern. Dieses Erhitzen im Vakuum
wird am besten ausgeführt, nachdem die mit dem Chromüberzug versehenen Gegenstände abgespült und getrocknet wurden.
Hierzu wird vorteilhaft im Explosionsraum eine Vorwärmeeinrichtung für die zu kohlenden
Oberflächen vorgesehen. Am besten verwendet man dazu einen entsprechend geschützten
elektrischen Heizwiderstand. Bei Anwendung der Erfindung hängt die Anzahl der auszuführenden Explosionen von der Dicke
der Chromschicht und dem gewünschten Kohlungsgrad ab. Wenn die Explosionen genug
oft wiederholt worden sind, schreitet die Umwandlung von Chrom in Chromcarbid fort,
so daß man eine Schutzdeckschicht erhält, die eine Oberflächenschicht von Chromcarbid und
darunter eine Chromschicht enthält, wie z. B. in Abb. 4 gezeigt wurde. Wenn das Chrom
auf eine Eisen- oder Stahloberfläche aufgebracht wurde, wird es auch, wie in Abb. 3 gezeigt,
eine unterste Schicht von Chrom und Eisenlegierungen geben, welche die Chromcarbide
von dem Eisen trennen und doch zugleich eine feste Verbindung zwischen der
Chromschicht und dem Eisen bilden.
Wenn die Oberfläche nur gegen Korrosion geschützt werden soll, werden einige Explosionen
genügen, und in diesem Fall wird auch eine sehr dünne Chromschicht (0,0026 oder 0,00026 mm) ausreichend sein. Wenn man
einen Schutz gegen mechanische Abnutzung und Verschleiß schaffen will, ist es ratsam,
mit einer dickeren Chromschicht fungefähr wenige Hundertstel eines Millimeters dick)
anzufangen und durch eine größere Anzahl von Explosionen eine dickere Chromcarbidschicht
entstehen zu lassen.
Claims (4)
1. Verfahren zur Erzeugung von harten Schichten aus Metallcarbiden durch Behandeln
von metallischen oder mit metallischen Schichten versehenen Gegenständen,
die zum mindesten in ihren Außenschichten ein oder mehrere carbidbildende Elemente
enthalten, mit kohlenstoffhaltigen Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem
abgeschlossenen, drucksiöheren Gefäß mit den zu behandelnden Gegenständen in Berührung
gebrachten kohlenstoffhaltigen Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten auf thermischem Wege zerlegt werden, ohne daß
hierbei die Gegenstände im ganzen auf solche Temperaturen erwärmt werden, bei welchen wesentliche Gefügeänderungen
eintreten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von hitze- und säurebeständigen
sowie verschleißfesten Schutzschichten, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche
des metallischen oder mit metallischen Schichten versehenen Gegenstandes eine Schicht der Metalle der Chromgruppe
aufgebracht wird, die vor der Carburierung vorteilhaft im Vakuum erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Metallschicht
ganz oder teilweise carburiert wird.
4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Evakuierung des Druckgefäßes (15, Abb. 4), die Zufuhr des
Behandlungsmittels zu dem Druckgefäß mit dem Behandlungsgut (17, Abb. 4), die
Zündung des Reaktionsgases, die Ableitung der Reaktionsgase und des sich bei der Reaktion bildenden, etwa überschuss!-
gen Kohlenstoffes, das Evakuieren des Reaktionsraumes sowie die erneute Zuführung
des Behandlungsmittels usw. durch elektrisch oder magnetisch gesteuerte Ein- und Auslaßventile (24, 25,
Abb. 4) in den Zu- bzw. Abführungsleitungen (20, 21, Abb. 4) geschieht, die durch
den im Reaktionsraum jeweils herrschenden Druck über eine durch einen Manometerzeiger
(22a, Abb. 4, S) betätigte Kontaktvorrichtung gesteuert werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS635100X | 1932-06-02 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE635100C true DE635100C (de) | 1936-09-12 |
Family
ID=5454138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DED64101D Expired DE635100C (de) | 1932-06-02 | 1932-08-21 | Verfahren zur Erzeugung von harten Schichten aus Metallcarbiden durch Behandeln von metallischen oder mit metallischen Schichten versehenen Gegenstaenden |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE635100C (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE912699C (de) * | 1942-12-01 | 1954-06-03 | Boehler & Co Ag Geb | Verfahren zum Herstellen einer eindiffundierten Karbid- bzw. Nitridoberflaechenschicht auf Gegenstaenden aus Eisen, Stahl oder anderen Metallen |
DE1142261B (de) * | 1952-07-30 | 1963-01-10 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zur Herstellung von UEberzuegen aus reinen hochschmelzenden Karbiden |
-
1932
- 1932-08-21 DE DED64101D patent/DE635100C/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE912699C (de) * | 1942-12-01 | 1954-06-03 | Boehler & Co Ag Geb | Verfahren zum Herstellen einer eindiffundierten Karbid- bzw. Nitridoberflaechenschicht auf Gegenstaenden aus Eisen, Stahl oder anderen Metallen |
DE1142261B (de) * | 1952-07-30 | 1963-01-10 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zur Herstellung von UEberzuegen aus reinen hochschmelzenden Karbiden |
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