Some Aspects of Low Methylamine Partial Pressure Carbonitriding* Translated title: Einige Aspekte zum Carbonitrieren mit Methylamin unter niedrigem Partialdruck

Abstract

Low pressure carbonitriding is a case hardening process under development. At temperatures between 800 °C and 1050 °C and at total pressures below 50 mbar the carbon and nitrogen concentrations in the outer layer of steel parts are increased and the parts are subsequently hardened by quenching. As state of the art, ammonia is used as the nitrogen donor, in combination with a carbon donor gas, mainly acetylene or propane [1–3]. Other possible carbonitriding gases are not mentioned in recent literature with the exception of a Soviet Union patent [4], but no information on the application of this invention was found. At the Engler-Bunte-Institut of the Karlsruhe Institute of Technology, methylamine and dimethylamine were identified as potential carbonitriding gases, and their carbonitriding behavior was experimentally studied using a thermobalance. The experiments proved an increased nitrogen uptake of the steel samples in comparison to the state of the art. The carbon uptakes were in the same order of magnitude to a comparable process with acetylene. In addition to earlier published results for methylamine as the carbonitriding gas [5], this paper focuses on some operational and kinetic effects.

Kurzfassung

Beim noch nicht etablierten Niederdruck-Carbonitrieren werden Kohlenstoff und Stickstoff praktisch simultan, bei Gesamtdrücken von kleiner 50 mbar und bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1050 °C in der Randschicht der zu behandelnden Werkstücke angereichert, welche anschließend durch Abschrecken gehärtet werden. In der Literatur wird fast ausschließlich Ammoniak als Stickstoffdonator, in Verbindung mit einem Kohlenstoffdonator, meist Ethin oder Propan, als Prozessgas diskutiert [1–3]. In der neueren Literatur werden andere Carbonitriergase, mit der Ausnahme von Aminen [4], so gut wie nicht behandelt. Über die technische Anwendung von Aminen zum Carbonitrieren ist nichts bekannt. Am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie wurden Methylamin und Dimethylamin auf ihre Anwendbarkeit als mögliche Carbonitriergase in einer Thermowaage experimentell untersucht. Die Experimente resultierten in einer größeren Stickstoffanreicherung der Randschicht im Vergleich zu einem Prozess mit Ammoniak, die Anreicherung mit Kohlenstoff ist in einer ähnlichen Größenordnung wie bei einem vergleichbaren Prozess mit Acetylen. Als Ergänzung zu früheren Ergebnissen für das Carbonitriergas Methylamin [5] werden in diesem Beitrag einige operative und kinetische Aspekte behandelt.