DE1092271B

DE1092271B - Verfahren zum Gasplattieren von Gegenstaenden mit Hartstoffueberzuegen

Info

Publication number: DE1092271B
Application number: DEM36438A
Authority: DE
Inventors: Dr Arnold Muenster; Dr Guenter Schlamp
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1958-01-17
Filing date: 1958-01-17
Publication date: 1960-11-03

Description

Verfahren zum Gasplattieren von Gegenständen mit Hartstoffüberzügen Es ist bekannt, die Boride der Elemente der III. bis VI. Gruppe des Periodensystems in Form von Oberflächenschichten durch Abscheidung aus der Gasphase herzustellen. Hierbei leitet man über den zu überziehenden Gegenstand bei der Reaktionstemperatur eine Gasmischung aus einem Borhalogenid, einem Halogenid des betreffenden Nietalls und Wasserstoff als Reduktions- und Trägergas.
Benutzt man bei dieser Reaktion als Grundmaterial eine Substanz, deren Oberfläche ganz oder teilweise aus einem oder mehreren Nitriden und/oder Karbiden der Metalle der IV. bis VI. Gruppe des Periodensystems besteht, also z. B. ein WC-Co-Hartmetall, so verläuft zwar die Boridbildun.g störungsfrei, man erhält jedoch keine festhaftende Oberflächenschicht. Es ist außerdem bekannt, mehrschichtige Überzüge aus Hartstoffen aufzubringen, wobei jedoch eine festhaftende Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten nur dann erreicht wird, wenn diese die gleiche Kristallgitterstruktur und ähnliche Gitterkonstanten aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß man eine sehr gut haftende Boridschicht dann erhält, wenn man so verfährt, daß man die Oberfläche vor der eigentlichen Abscheidung der Boridschicht aus der Gasphase einige Zeit bei erhöhter Temperatur in einer Atmosphäre aus Borhalogenid und Wasserstoff behandelt. Das Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft für Überzüge aus den Boriden des Titans und Zirkons anwenden, wobei als Grundmaterial in erster Linie solche Gegenstände in Frage kommen, die entweder eine Oberflächenschicht aus Ti N bzw. Ti C besitzen oder aber aus Hartmetall, z. B. der Zusammensetzung W C-Co bzw. Ti C-W C-Cr, bestehen.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zum Gasplattieren von Gegenständen, deren Oberfläche ganz oder teilweise aus einem oder mehreren Nitriden und/oder Karbiden der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems besteht, wobei auf den Gegenständen ein Boridüberzug der gleichen Metalle aufgebracht wird, das darin besteht, d-aß der zu überziehende Gegenstand vor dem Aufbringen des Boridüberzugs durch Glühen oberhalb 900° C in einer Borhalogenid-Wasserstoff-Atmosphäre an seiner Oberfläche in die Boride der dort befindlichen Metalle umgewandelt wird.
Die Behandlung kann bei der gleichen Temperatur, die zur anschließenden Abscheidung der Boridschicht erforderlich ist, vorgenommen werden. Dies ist besonders vorteilhaft in solchen Fällen, in denen man auf die durch unterschiedliche Temperaturbehandlung des Werkstückes eventuell verursachten Spannungszustände Rücksicht nehmen muß.
Dire durch das beschriebene Verfahren erzielte gute Haftung der Boridschichten wird dadurch bewirkt, daß an der Oberfläche des Grundmaterials durch die Einwirkung der Borhalogenid-Wasserstoff-Mischung eine oberflächliche Transformation der Hartstoffkomponenten in die entsprechenden Boride erfolgt, auf welchen dann infolge der gleichen oder ähnlichen Gitterstruktur der Überzug fest aufwachsen kann. Es empfiehlt sich dabei, der zur Vorbehandlung benutzten Gasmischung mindestens so viel Wasserstoff zuzusetzen, wie zur Reduktion des vorhandenen Borhalogenids notwendig ist, d. h., ein Überschuß von Borhalogenid gegenüber Wasserstoff sollte vermieden werden. Zur Erzielung einer größeren Strömungsgeschwindigkeit kann man hierbei dem Reaktionsgas andere Trägergase, beispielsweise Edelgase und/oder Stickstoff, beimischen. Diese müssen ebenso wie der zu verwendende Wasserstoff gut getrocknet und sauerstofffrei sein.
Für die Haftung der nachfolgend aus der Gasphase abgeschiedenen Boridschicht ist es dabei gleichgültig, ob diese aus der gleichen durch die Vorb,ehandlung zum Borid transformierten Komponente des Grundmaterials oder einer im Grundmaterial nicht vorhandenen Metallkomponente der III. bis VI. Gruppe des Periodensystems besteht.
So kann man beispielsweise auf einer durch Glühung einer Ti N-Oberfläche in einer B C13 H2-Atmosphäre bei 1050° C oberflächlich gebildeten Ti B2-Lage sowohl eine Ti B2 Schicht als auch eine ZrB2-Schicht abscheiden. Eine TiB2- bzw. ZrB2-Schicht läßt sich aber beispielsweise ebenfalls festhaftend auch auf einem nach dem beschriebenen Verfahren vorbehandelten Werkstück aus WC-Co-Hartmetall aufbringen. Wenn Boride der III. Gruppe des Periodensystems hier mit einbezogen werden sollen, so ist dabei im wesentlichen an Aluminiumdiborid (_A1 B2) gedacht. Die Herstellung der sehr harten Borid-Oberflächenschichten gemäß der Erfindung auf einer Hartmetall-oder Hartstoffunterlage bzw. auf einem bereits mit einer Hartstoff-Oberflächenschicht eines Nitrids oder Carbids überzogenen Werkstückes ist für solche Fälle vorteilhaft, in denen es darauf ankommt, die günstige Verschleißeigenschaft von Borid-Oberflächenschichten bei eitler spezifisch hohen Druckbeanspruchung nutzbar zu machen. Beispielsweise kann man auf diese Weise einen Ziehdorn für den Rohrzug erhalten, der im Gegensatz zu einem normalen Hartmetalldorn auch bei hohem Verformungsgrad des Ziehgutes keinerlei Neigung zur Verschweißung zeigt. Solche gemäß der Erfindung mit harten Boriden überzogene Werkzeuge besitzen sehr gute Standzeiten und ermöglichen auch die Bearbeitung von blankgeglühtem Material, das nicht gebeizt oder phosphatiert sein muß.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens besteht z. B. für Ziehdüsen bei der Drahtzieherei. Hier können die mechanisch entzunderten Drähte ohne besondere Oberflächenbehandlung, wie z. B. Phosphatieren oder Beizen, unmittelbar über die Boridoberfläche des Ziehkanals gezogen werden, ein Verfahren, das bei normalen Hartmetallwerkzeugen praktisch nicht durchführbar ist.
Die Erfindung sei an folgendem Ausführungsbeispiel erläutert: Ein Zylinderkörper von 24 mm Durchmesser und 25 mm Länge aus WC-Co-Hartmetall wird in einem Quarzrohr von 60 mm lichtem Durchmesser zunächst in strömendem trockenem Wasserstoffgas durch Hochfrequenzheizung auf 920° C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird die Probe 20 Minuten der Einwirkung von B Cl. Dämpfen ausgesetzt. Diese werden unter Verwendung von HZ als Trägergas in den Reaktionsraum geführt, wobei es genügt, bei einer Gesamtströmu.ngsgeschwindigkeit von 8 1 Trägergas pro Stunde 11 Wasserstoff pro Stunde durch B Cl. von 0° C zu leiten. Als Trägergas für das Borchlorid kann wahlweise auch Stickstoff und/oder ein anderes inertes Gas verwendet werden, wenn nur Sorge dafür getragen ist, daß in den 81 Reaktionsgas 1 1 Wasserstoff enthalten ist. Anschließend leitet tnan in das Reaktionsrohr eine Gasmischung zur Abseheidung von Ti B2. Die Zusammensetzung der Reaktionsgasmischung wird dabei durch die Temperatur der zu verdampfenden Chloride und die Strömungsgeschwindigkeiten der zu ihrem Transport benutzten Trägergase festgelegt. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von je 151 Stickstoff pro Stunde und 5 1 Wasserstoff pro Stunde durch Ti C14 von 20° C und 1 1 Wasserstoff pro Stunde durch B CIs von O' C erhält man bei der angegebenen Probegröße nach 30 Minuten Reaktionszeit auf der äußeren Zylinderfläche eine auch nach der Abkühlung festhaftende, zusammenhängende Oberflächenschicht aus Ti B2 von etwa 50 u Dicke.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Gasplattieren von Gegenständen, deren Oberfläche ganz oder teilweise aus einem oder mehreren Nitriden und/oder Karbiden der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems besteht, wobei auf den Gegenständen ein Boridüberzug der gleichen Metalle aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu überziehende Gegenstand vor dem Aufbringen des Boridüberzugs durch Glühen oberhalb 900° C in einer Borhalogenid-Wasserstoff-Atmosphäre an seiner Oberfläche in die Boride der dort befindlichen Metalle umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung des Boridüberzuges unmittelbar anschließend an die Vorbehandlung im gleichen Arbeitsgang ohne Zwischenabkühlung erfolgt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischung zur Vorbehandlung des Werkstückes neben Borhalogenid und Wasserstoff weitere inerte Gase, beispielsweise Edelgase und/oder Stickstoffe, enthalten kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift -7r. 954 301.