DE1621494C - Mittel zum Herstellen eines Schutzüberzuges für Metallgegenstände - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zum Herstellen eines Schutzüberzuges für Metallgegenstände zum Verhindern der bei chemischer Wärmebehandlung, wie Zementierung, Nitrierhärtung od. dgl., eintretenden Diffusion des Stickstoffs, Kohlenstoffs, Sauerstoffs und anderer Elemente in Teile der Oberfläche von Metallgegenständen, das Borverbindungen und solche, Substanzen enthält, die auf der Oberfläche nach der Erwärmung der Metallgegenstände auf die Wärmebehandlungstemperatur eine Schicht bilden, welche durch Kapillarkrafteinwirkung die Schmelze der Borverbindungen binden.

Bei chemischer Wärmebehandlung verschiedener Maschinenteile ist es in manchen Fällen notwendig, bestimmte Partien derselben aus technologischen Gründen unbehandelt zu lassen, d. h. den ursprünglichen strukturellen Charakter des Materials beizubehalten. Deswegen muß man solche Partien vor einem diffusiven Anreichern der Oberflächenschicht mit aggressiven, die charakteristische Struktur der Oberfläche modifizierenden Elementen schützen. Zum Beispiel ist es bei der Zementierung Kohlenstoff, bei der Nitrierhärtung Kohlenstoff und Stickstoff, bei der Oxydation Eisenzunder, welche in die angeführte Schicht diffundieren bzw. sie bedecken. Bei den bisherigen Schutzverfahren werden die entsprechenden Partien vor dem chemischen Wärmebehandlungsprozeß mit einem Buntmetallüberzug versehen, das ist vor der Zementierung galvanisch verkupfert, vor der Nitrierung verzinnt, während die mit Eisenzunderbildung begleiteten Erwärmungsprozesse in den von endo- bzw. exothermischen Entwicklern gelieferten Inertgasmedien durchgeführt werden.

Die letztgenannten Verfahren kann man in der Praxis nur nach Durchführung einer Menge von langwierigen und anspruchsvollen Operationen ausführen. Die gewählten Partien, die mit dem entsprechenden Element, wie z. B. Kohlenstoff oder Stickstoff, diffusiv gesättigt werden sollen, sind zuvor gegen Verkupferung bzw. Verzinnung mit einem Schutzbelag von Elain, Bienenwachs, Paraffin od. dgl. zu versehen und zu schützen, welcher nach dem Galvanisierprozeß entweder mechanisch auf trockenem Wege beseitigt oder mit Heißwasser abgewaschen werden muß. Der Verkupferungsprozeß wird außerdem mit der Bildung verschiedener, im Galvanisierbad enthaltener Zyanprodukte begleitet, die nur mit Schwierigkeiten unschädlich gemacht werden können.

Bei der Verzinnung dagegen tritt in bestimmten Fällen die Bildung intermetallischer Zinn-Eisen-Komplexe ein, die wegen ihrer Brüchigkeit die mechanischen Eigenschaften der zu behandelnden Maschinenteile ungünstig beeinflussen können. Eine Verwendung von Inertgasmedien als Schutzmittel gegen Oxydation ist mit Rücksicht auf die relativ hohen Preise der Entwickler kostspielig und in manchen Fällen sogar unrentabel.

Andere bekannte Schutzüberzüge gegen Diffusion der genannten Elemente in die Oberfläche von Metallgegenständen bei chemischer Wärmebehandlung bestehen aus Wasserglas und anorganischen schwerschmelzbaren Substanzen oder aus Glaspulver mit Schmelzmittelzusatz. In diese Gruppe gehört z. B. ein Schutzüberzug, der 55% Kaolin, 35% Wasserglas und 10% Wasser enthält. Die aufgetragene Schicht desselben neigt zum Bersten und ist schälbar, so daß sie nur einen mittelmäßigen Schutz bietet.

In der Zeitschrift »La Pratique des Industries Mecaniques« (1956 Nr. 6, S. 215) wurde ein Schutzüberzug beschrieben, welcher aus 200 g Glaspulver, 170 g Natriumsilikat (Na.>SiO₃), 4 g Ammonium-

hydroxid (NH₄OH) und 30 g Wasser besteht.

Ein anderer bekannter Schutzüberzug zum Verhindern der Diffusion des Kohlenstoffs und Stickstoffs enthält 63% Lehm, 25% Natriumsilikat (Na₂SiO₃), 6% Borax (N₂B₄O₇ · 1 OH₂O) und 6%

ίο Natriumkarbonat. Der Nachteil der oben angeführten Schutzbezüge besteht in deren schwieriger Beseitigung nach der chemischen Wärmebehandlung. Ein anderer Nachteil ist die Anwesenheit der Alkalimetallionen (hier Na⁺-Ionen) in Borverbindungen.

Die bei dem Wärmeprozeß eintretende Flüchtigkeit dieser Ionen führt zum Verzögern des Kohlenstoffdiffusionsverlaufes auf den ungeschützten Partien infolge deren Umkehrreaktion mit Kohlendioxid. Der Nachteil der anderen bekannten, eine Mischung aus Borsäure und Bortrioxid enthaltenden Schutzbezüge besteht darin, daß die Borsäure mit dem Grundmetall unter der Bildung der Borate des zwei- und dreiwertigen Eisens reagiert, was zu einem unerwünschten Aufätzen des Grundmaterials führt.

Bortrioxid allein bietet zwar in bestimmtem Maße einen Schutz gegen Kohlenstoff- und Stickstoff diffusion, ist aber ganz unwirksam gegen Oxydation der Oberflächenschicht des Metallgegenstandes und bildet außerdem — ebenfalls wie Borsäure — Materialkorrosion hervorrufende Eisenborate. Diese Oxydationserscheinungen treten auch dann auf, wenn beim Zementieren mit einem Zementpulver gearbeitet wird, das mehr als 2 % Feuchtigkeit enthält. Daher sind beim Arbeiten mit Borsäure und Bortrioxid besondere Maßnahmen der Vorsicht erforderlich.

Bekanntgeworden ist auch ein Schutzüberzug, welcher aus einer in Wasser unlöslichen Blei-Bor-Silikat-Fritte besteht. Durch die Unlöslichkeit in Wasser ist dieser Schutzüberzug nicht ganz leicht zu entfernen. Aber auch das Auftragen dieses Schutzüberzuges ist nicht ganz einfach und muß unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen durchgeführt werden, da beim Erwärmen das Blei — eine giftige Komponente — teilweise flüchtig wird und die Werkstatt-Atmosphäre vergiften kann.

Die oben angeführten Nachteile der bisherigen bekannten Schutzbezüge beseitigt die vorliegende Erfindung. Diese schafft einen bei den Bearbeitungstemperaturen besonders festhaftenden, leicht wieder entfernbaren Überzug, der die mit ihm überzogene Oberfläche wirksam schützt, ohne sie in irgendeiner Form anzugreifen.

Die Erfindung besteht darin, daß das Mittel mindestens ein Borat eines Metalls, wie Kupfer, Aluminium, Zink, Cadmium, Magnesium, Mangan, Nickel, Zinn und Chrom, ausgenommen Alkalimetalle, enthält.

Zweckmäßig ist es, wenn das Mittel als Substanz, die die Schmelze bindende Schicht bildet, hochmolekulareorganische, einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweisende Verbindungen, wie z. B. Nitrozellulose, Kolophonium, Gelatine, Polystyrol, Silikonlack oder organische Aluminiumverbindungen, wie

z. B. Aluminiumnaphthenat, Aluminiumstearat, AIuminiumalkoholat od. dgl., einzeln oder in Mischung enthält.
¹ Vorteilhaft ist es, wenn in der Trägerflüssigkeit

Claims (3)

des Mittels sich solche, als Bindemittel wirkende organische Substanzen einzeln oder in Mischung gelöst befinden, welche bei der Bearbeitungstemperatur eine die Schmelze des Metallborates.oder eine Mischung der Metallborate durch Kapillarkrafteinwirkung bindende Schicht auf der Metallgegenstandoberfläche bilden. Durch selektive Verwendung verschiedener Metallborate mit einem zwischen 510 und 1250° C schwankenden Schmelzpunkt bzw. deren Kombination kann man die für verschiedene Arten von chemischen Wärmebehandlungen geeigneten Schutzüberzüge erhalten. Eine vollkommene Anhaftung der Boratschmelze an der Metalloberfläche kann man durch Verwendung organischer Aluminiumverbindungen oder hochmolekularer organischer, an Kohlenstoff reicher Verbindungen bzw. ihrer Kombinationen erzielen. Ihrem Charakter entsprechend können diese Substanzen auch die Aufgaben eines eine festhaftende Schicht bildenden Bindemittels zusammen mit pulverisierten Metallboraten nach dem Lösungsmittelabdampfen erfüllen. Ausführungsbeispiele der Erfindung: Die in den nachstehenden konkreten Ausführungsbeispielen angeführten prozentuellen Mengen der erfindungsgemäßen Schutzüberzugskomponenten sind in Gewichtsprozent angegeben. a) 2% Aluminiumalkoholat, 13% Aluminiumstearat, 50% Aluminiumborat und 35% Toluen — für Temperaturen von 500 bis 1350° C; b) 50% Kupferborat, 8% Nitrozellulose und 42% Azeton — für Temperaturen von 200 bis 12500C; c) 47% Aluminiumborat, 10% Polystyrol, 3% Kautschuk und 40% Toluen — für Temperaturen von 500 bis 1250° C; d) 60% Zinkborat, 10% Gelatine und 30% Wässer — für Temperaturen von 500 bis 1250° C; e) 30% Kadmiumborat, 15% Polystyrol, 15% Aluminiumstearat und 40% Toluen — für Temperaturen von 480 bis 110° C; f) 30% Kupferborat, 20% Aluminiumborat, 80% Nitrozellulose und 42% Azeton — für Temperaturen von 500 bis 1250° C; g) 50% Magnesiumborat, 3 bis 28% Silikonlack und Toluen bis 100%. Auf die gereinigten Partien der zur chemischen Wärmebehandlung bestimmten Metallgegenstände, die vor der Diffusion zu schützen sind, wird der erfindungsgemäße Schutzüberzug gespritzt oder mit einem Pinsel aufgetragen. Nach dem Abdampfen der Trägerflüssigkeit kann man die chemische Wärmebehandlung durchführen. ■ Patentansprüche:

1. Mittel zum Herstellen eines Schutzüberzuges für Metallgegenstände zum Verhindern der bei chemischer Wärmebehandlung, wie Zementierung, Nitrierhärtung od. dgl., eintretenden Diffusion des Stickstoffs, Kohlenstoffs, Sauerstoffs und anderer Elemente in Teile der Oberfläche von Metallgegenständen, das Borverbindungen und solche Substanzen enthält, die auf der Oberfläche nach Erwärmung der Metallgegenstände auf die Wärmebehandlungstemperatur eine Schicht bilden, welche durch Kapillarkrafteinwirkung die Schmelze der Borverbindungen bindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel mindestens ein Borat eines Metalls, wie.Kupfer, Aluminium, Zink, Cadmium, Magnesium, Mangan, Nickel, Zinn und Chrom, ausgenommen Alkalimetalle, enthält.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Substanz, die die Schmelze bindende Schicht bildet, hochmolekulare organische, einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweisende Verbindungen, wie z. B. Nitrozellulose, Kolophonium, Gelatine, Polystyrol, Silikonlack oder organische Aluminiumverbindungen, wie

z. B. Aluminiumnaphthenat, Aluminiumstearat, Aluminiumalkoholat od. dgl., einzeln oder in Mischung enthält.

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3. Mittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in seiner Trägerflüssigkeit sich solche als Bindemittel wirkende organische Substanzen einzeln oder in Mischung gelöst befinden, welche bei der Bearbeitungstemperatur eine die Schmelze des Metallborates oder eine Mischung der Metallborate durch Kapillarkrafteinwirkung bindende Schicht auf der Metallgegenstandoberfläche bilden.