Borieren

18.07.2018

Mittels Borieren wird auf eisenhaltigen Werkstoffen eine sehr harte und verschleißfeste Oberfläche aus Eisenborid erzeugt. Die erreichbaren Härten liegen bei Eisenbasislegierungen zwischen 1600 HV und 2000 HV, bei Nickelbasislegierungen auch bis zu 2800 HV. Die Boridschicht zeichnet sich durch eine sehr gute Haftung aus, die durch eine charakteristische unregelmäßige Verzahnung der Boride mit dem Grundwerkstoff hervorgerufen wird.

Das Diffusionsverfahren ist vor allem für Bauteile geeignet, welche starkem abrasivem oder adhäsivem Verschleiß ausgesetzt sind (z.B. hochbeanspruchte Werkzeuge, Getriebeteile, Ventile). Es kann mit nahezu allen Stählen, Gusseisensorten und Sintereisen erfolgen. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass der Anteil an Silizium, Aluminium und Kohlenstoff im Werkstoff gering ist. Diese Elemente sind in einer Boridschicht unlösbar; sie würden unter die Boridschicht verdrängt und bilden eine weiche Zwischenschicht. Weiterhin können aufgrund der hohen Prozesstemperaturen während des Borierens keine gehärteten Werkstücke behandelt werden.

Üblicherweise wird zur Erzeugung einer Boridschicht das Werkstück in ein borhaltiges Pulver bzw. Granulat gelegt oder mit einer Paste bestrichen und anschließend bei Prozesstemperaturen von ca. 800 °C bis 1000 °C behandelt. Unter diesen Bedingungen wachsen die stängelförmigen Boride FeB bzw. Fe₂B teils aus der Oberfläche heraus und bilden eine geschlossene Boridschicht, die mehr als 200 μm dick werden kann. Das Auf- bzw. Auswachsen aus der Oberfläche ist mit einem Volumenzuwachs der behandelten Randzone von bis zu 25 % verbunden, sodass das Werkstück vor der Behandlung im Untermaß gefertigt werden muss. Wie beim Nitrieren kann auch beim Borieren die Schichtdicke  durch die Behandlungszeit gesteuert werden. Allerdings wirkt sich ein erhöhter Legierungsgehalt bei Eisenwerkstoffen nachteilig auf das Schichtdickenwachstum aus.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer Boridschicht ist das Plasmaborieren z.B. unter einer Wasserstoffatmosphäre mit Zusatz von Bortrichlorid.