Eigenschaften von Werkstoffen mit Verschleiß-Schutzschichten Untersuchungen mit der Mikrosonde

Zusammenfassung

Die chemische Zusammensetzung der bei einem speziellen Auftragsprozeß sich bildenden Verschleiß-Schutzschicht ist eine Systemeigenschaft des Beschichtungssystems, welche sich aus Beschichtungsmedium (z.B. Pulver, Gas) und dem Werkstoff zusammensetzt. Die Abhängigkeit der Zusammensetzung und der Morphologie der Verschleiß-Schutzschicht von dem Grundwerkstoff wird an einer Reihe von Stählen (C45W3, 42CrMo4, 100Cr6, 31CrMoV9, S 6–5-2, X40CrMoV151, X155CrVMol21, X20Crl3, X10CrNiTil8 9) am Beispiel von Chromcarbid, Titancarbid, Borid-, Wolframcarbid- und Nitrocarburierschichten mit Hilfe der Elektronenmikrosonde untersucht.

Bei den bei hoher Temperatur hergestellten Schichten (TiC, Chromcarbid) sind deutliche Multikomponentendiffusions-prozesse sichtbar: die wichtigste diffundierende Komponente ist neben Fe, das z.B. bei den TiC-Schichten Fe-angereicherte Zonen ausbildet, das Legierungselement Cr, welches in die TiC-Schicht diffundiert und vom Legierungsgehalt des Grundwerkstoffs abhängige Konzentrationsprofile bildet.

In Cr-Carbidschichten (M₇C₃ , M = Metall) sind Legierungsbestandteile des Grundwerkstoffes enthalten: In Übereinstimmung mit dem Fe-Cr-C-Phasendiagramm besitzt M₇C₃ eine hohe Löslichkeit für Fe. Bei den untersuchten Cr-Carbidschichten wurde bis zu 50 at % Fe gefunden. Borid- und Nitrocarburierschichten zeigen keine nachweisbare Umverteilung zwischen Schicht und Grundwerkstoff, d.h. die integrale Zusammensetzung der Metallanteile der Schichten entspricht der Zusammensetzung des Stahles. In den bei tiefer Temperatur (400°C) aufgebrachten W₂C-Schichten wurden keine Bestandteile des Basiswerkstoffes gefunden. Die Zusammensetzung dieser Schicht ist also unabhängig vom Basiswerkstoff.

Die Stähle beeinflussen nicht nur die Schichtzusammensetzung, sondern auch das Dickenwachstum bzw. die Morphologie der Schicht. Bei TiC ergab sich ein Zusammenhang zwischen

Schichtwachstum und C-Aktivität des Stahles. Bei den Nitrocarburierschichten wird die Ausbildung der Verbindungsschicht und der Diffusionszone beeinflußt. Bei den Boridschichten verstärkt sich die FeB-Bildung mit zunehmendem Legierungsgehalt.