Borieren

Borieren ist ein Oberflächenhärtungsverfahren, bei dem Boratome in ein Metall, üblicherweise Stahl, eindiffundieren und eine harte keramische Boridschicht bilden. Die häufigsten entstehenden Boride sind Eisenborid (Fe2B) und Eisendiborid (FeB), die eine verschleißfeste Beschichtung mit einer typischen Dicke von 0,5 bis 2,5 Millimetern erzeugen. Diese Schicht ist erheblich härter als der Grundstahl und widerstandsfähig gegen Abrieb, was das Borieren für Teile mit Gleit- oder Schlagverschleiß wertvoll macht.

Das Verfahren arbeitet durch Diffusion in der festen, flüssigen oder Gasphase bei erhöhter Temperatur, üblicherweise zwischen 800 und 1050 Grad Celsius. Beim Festbor wird borhaltiges Pulver mit einem inerten Träger gemischt und das Werkstück in einem verschlossenen Behälter damit gepackt. Beim Flüssigbor erfolgt das Eintauchen in ein geschmolzenes Boratschmelzbad, beim Gasbor werden Bortrichlorid oder andere Borhalogenide verwendet. Jedes Verfahren erzeugt ähnliche Boridschichten, unterscheidet sich aber in Kosten, Präzision und Eignung für komplexe Geometrien.

Die Boridschicht ist im Vergleich zum darunter liegenden Stahl extrem spröde, deshalb müssen borierte Teile sorgfältig behandelt werden und sind anfällig für Ausbrüche oder Abblätterung bei starken Schlägen. Die Härte der Boridschicht (üblicherweise 1400 bis 2000 Vickers-Härte) übersteigt die der meisten Schleifscheiben, weshalb eine Nachbearbeitung borierter Teile schwierig und kostspielig ist, falls erforderlich. Diese Sprödigkeit ist die Haupteinschränkung; Borieren funktioniert am besten bei Teilen mit kontrolliertem Gleiten oder Verschleiß statt unter Stoßbelastung.

Borieren findet Anwendung in Werkzeugen, Matrizen und Maschinenteilen in abrasiven Bedingungen: Messstifte, Pumpenwellen, Kolbenstangen und Matrizeneinlagen zum Formen und Gießen. Einige Lagerringe und Hydraulikzylinderrohre werden boriert, um die Lebensdauer unter korrosiven oder partikelbeladenen Umgebungen zu verlängern. Das Verfahren ist weniger verbreitet als Aufkohlung oder Nitrieren in der westlichen Fertigung, bleibt aber in Spezialwerkstätten und in der Produktion in Osteuropa und Asien etabliert.

Die Hauptherausforderung beim Borieren ist die gleichmäßige Kontrolle der Schichtdicke über komplexe Teile, da die Diffusionsgeschwindigkeit stark von Temperatur und lokaler Geometrie abhängt. Dünne Bereiche härten schneller aus als dicke, was zu Unregelmäßigkeiten führt. Außerdem kann die Boridschicht nicht gezielt angebracht werden; die gesamte freigelegte Oberfläche muss geschützt oder abgedeckt werden, wenn einige Bereiche andere Eigenschaften benötigen. Dies macht Borieren am wirtschaftlichsten für einfache Teile oder kleine Komponenten, bei denen die Kosten der Abdeckung durch den Verschleißvorteil gerechtfertigt sind.