Eisenbasierte Pulvermetallteile finden breite Anwendung, beispielsweise in Automotoren, Getrieben, Motorrädern, Haushaltsgeräten und Elektrowerkzeugen. Diese Teile weisen jedoch aufgrund winziger Poren in der Matrixstruktur in der Regel eine geringe Härte, eingeschränkte Korrosionsbeständigkeit und schlechte Luftdichtheit auf.
Die Dampfbehandlung, auch Dampfschwärzung genannt, ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften Ihrer pulvermetallurgischen Produkte auf Eisenbasis zu verbessern und so ihre Haltbarkeit und Gesamtleistung zu steigern.
Inhalte
Was ist Dampfbehandlung in der Pulvermetallurgie?
Die Dampfbehandlung ist ein Oberflächenbehandlungsverfahren für eisenbasierte Pulvermetallurgieteile, bei der die Teile überhitztem und übersättigtem Wasserdampf ausgesetzt werden. Dadurch bildet sich auf der Oberfläche und in den miteinander verbundenen Poren eine dichte, harte Schicht aus Magnetit (Fe₃O₄). Die Oxidschicht verbindet sich fest mit der Metallbasis und verbessert so Härte, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Dichtleistung.
Dampfbehandlungsprozess
Die Dampfbehandlung ist ein sekundärer Vorgang, der nach Sinterprozess um bestimmte Funktionseigenschaften eines Teils zu verbessern. Dazu können eine verbesserte Maßtoleranz, Korrosionsbeständigkeit oder Oberflächenbeschaffenheit gehören.
- Zunächst werden die gesinterten Eisenteile gereinigt, um Öl und Oberflächenverunreinigungen zu entfernen, und dann in den Dampfbehandlungsofen gelegt.
- Um die Luft aus der Kammer zu entfernen, wird Stickstoff eingeführt.
- Sobald die Ofentemperatur über 100 °C steigt, wird Wasserdampf eingeleitet.
- Anschließend wird die Temperatur auf 500 bis 570 °C erhöht und 1 bis 2 Stunden gehalten, damit sich die Oxidschicht bilden kann.
- Anschließend wird der Ofen auf unter 300 °C abgekühlt. Stickstoff wird erneut eingeführt, um den restlichen Wasserdampf und Wasserstoff auszuspülen, und die behandelten Teile werden dann entfernt.
Bei einer Temperatur von 500–570 °C bildet sich Magnetit gemäß der folgenden Reaktion:
3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂
Bei Temperaturen über 570 °C kann Eisen mit Wasser zu Eisenoxid und Wasserstoff reagieren:
4Fe + 3H₂O → 2Fe₂O₃ + 3H₂
3FeO + H₂O → Fe₃O₄ + H₂
Vorteile der Dampfbehandlung
Verbesserte Korrosionsbeständigkeit
Durch die Dampfbehandlung entsteht eine dichte und stabile Schutzschicht aus Ferroferrioxid, die eisenbasierte Sinterteile wirksam vor Korrosion durch Wasser, Sauerstoff oder andere Chemikalien schützen kann.
Bessere Luftdichtheit
Während des Dampfschwärzungsprozesses dringt Wasserdampf in die offenen Poren des Sinterteils ein und bildet außerdem einen Oxidfilm innerhalb der Porenwand, wodurch die Mikroporen blockiert und das Austreten von Gas oder Flüssigkeit reduziert wird.
Erhöhte Stärke
Durch den Schwärzungsprozess werden die inneren Poren der Sinterteile gefüllt, wodurch auch die Druckfestigkeit verbessert wird.
Verbesserte Härte
Das durch die Dampfbehandlung erzeugte Eisenoxid weist eine hohe Härte auf, die die Härte von pulvermetallurgischen Teilen auf Eisenbasis verbessert und 90 HRB erreichen kann.
Gute Ästhetik
Nach dem Schwärzen können pulvermetallurgisch hergestellte Teile auf Eisenbasis ein gleichmäßiges blauschwarzes Aussehen aufweisen, was die Ästhetik verbessert.
Kostengünstig
Im Vergleich zur Galvanisierung, Wärmebehandlung und anderen Verfahren ist die Dampfschwärzungsanlage einfach, verbraucht wenig Energie und ist frei von Schwermetallverschmutzung.
Typische Anwendungen der Dampfbehandlung
Kühlschrankkompressorteile
Durch die Dampfbehandlung wird die Luftdichtheit der Teile deutlich verbessert, was besonders bei Teilen wie Kühlschränken von Vorteil ist. Kompressorventilplatten, Pleuelstangen und Kolben, die unter Druck arbeiten und eine zuverlässige Abdichtung erfordern.
Stoßdämpferkomponenten
Dampfschwärzen verbessert die Oberfläche von gesinterte Stoßdämpferteile Durch die Erhöhung der Härte, die Versiegelung von Mikroporen und die Verbesserung der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Das Ergebnis sind langlebigere Kolben, die auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig funktionieren.
Motorenteile
Die während der Dampfbehandlung gebildete Oxidschicht schützt gesinterte Motorkomponenten vor Rost in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit und reduziert den Verschleiß durch ständige Bewegung. Typische Anwendungen sind Zahnriemenscheibe, Nockenwellenräder, Wasserpumpenriemenscheiben und VVT-Kettenräder.
Türschlosskomponenten
Die Dampfbehandlung erhöht die Haltbarkeit von gesinterte Schlossteile wie Nocken, Riegel, Stifte und Gehäuse durch Verbesserung der Oberflächenhärte, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit, wodurch eine langfristige Leistung in rauen Umgebungen gewährleistet wird.
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FAQ
Warum weisen einige dampfbehandelte Sinterteile auf Eisenbasis rote Flecken auf?
Bei der Betrachtung eines eisenhaltigen Bauteils kann die Oberfläche rot erscheinen, und manchmal bilden sich große Flocken, die leicht abblättern. Dies liegt an der Bildung von Fe₂O₃ (rotes Eisenoxid). Dies geschieht üblicherweise, wenn die Wasserstoffkonzentration im Ofen zu niedrig ist und die Temperatur 400 °C übersteigt. Dadurch oxidiert Fe₃O₄ weiter zu Fe₂O₃.
Um dies zu verhindern, sollten Sie sicherstellen, dass der Dampfofen über einen guten Gasstrom verfügt, die Reaktion genügend Wasserstoff produziert und eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird, um die Fe₃O₄-Bildung auf dem Teil zu stabilisieren.
Warum weisen einige dampfbehandelte Pulvermetallteile grauweiße Flecken auf der Oberfläche auf?
Dies wird in der Regel durch Kühlschmierstoff- oder Ölrückstände auf der Oberfläche des Sinterteils vor der Dampfbehandlung verursacht. Diese Rückstände bilden einen Film, der die Reaktion des Dampfes mit der Eisenoberfläche verhindert und so die Bildung von Fe₃O₄ behindert. Um dies zu verhindern, sollten Sie das Teil vor der Dampfbehandlung gründlich reinigen, strahlen oder auf ca. 380 °C vorheizen, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen.
Warum entwickeln dampfbehandelte Haferflocken Mikrorisse und werden spröde?
Dies wird durch die übermäßige Bildung von Fe₃O₄ verursacht, das hart, aber spröde ist. Pulvermetallurgische Teile mit geringer Dichte oxidieren während der Dampfbehandlung schnell, was die Härte erhöht, aber die Festigkeit verringert. Um Sprödigkeit zu vermeiden, verkürzen Sie die Dampfbehandlungszeit – bei dünnwandigen Teilen um 5–15 Minuten und bei dickeren Teilen entsprechend.