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Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen.
Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von Hartkörpern bekannt, deren wirksamer Bestandteil Diamant oder Bor als Einschlussmaterial bildet. Als Träger dieses Einschlussmaterials dient eine Hartlegierung.
Die nach diesen Verfahren gewonnenen Produkte besitzen den Nachteil, dass bei ihrer stärkeren Beanspruchung als Werkzeug das Einschlussmaterial zum Ausspringen neigt bzw. ausspringt oder sich lockert, weil dasselbe in der Trägersubstanz ungenügend haftet.
Vorliegende Erfindung zeigt nun einen Weg, um diesen Übelstand zu beseitigen und die Haftfestigkeit zwischen Bor oder Diamant od. dgl. mit dem Trägermaterial bedeutend zu steigern.
Zu diesem Behufe wird das pulverförmige oder kristallinische Diamant-oder Bormetall vorerst einer Vorbehandlung unterzogen, worauf es erst dann mit der pulverförmigen Hartkarbidlegierung gemengt, dann auf Formlinge gepresst und schliesslich diese der bekannten Sinterung unterzogen werden.
Die Vorbehandlungsweise des pulverförmigen oder gekörnten Bor-oder Diamantmaterials besteht nun darin, die einzelnen Körner dieses Materials mit einem metallischen oder graphitischen, festhaftenden Überzug zu versehen. Wenn nötig oder erforderlich, können auch zwei oder mehrere solcher Überzüge bewerkstelligt werden. Zweckmässig erfolgt zuerst der Überzug jedes Kornes mit einer festhaftenden Kohle-oder Graphitschichte. Hierauf erfolgt eine Metallisierung entweder auf chemischem oder physikalischem oder elektrochemischem Wege. Auch kann die Metallisierung direkt auf das Korn ohne vorangegangene Graphitierung erfolgen. Die beigefügten Ausführungsbeispiele werden die angewandten Methoden genauer zeigen. Die so erhaltenen Hartkörper zeigen grosse Festigkeit und weisen annähernd Diamanthärte auf.
Sie sind in vieler Beziehung den natürlichen Karbondiamanten (Industriediamanten) überlegen. Sie besitzen eine viel grössere Festigkeit und zeigen eine gute Wärmeleitfähigkeit. Der so erhaltene Hartkörper ist dem aus Wolframkarbid (Härte 9-3) überlegen, obwohl die beiden Härtezahlen nach Mohs dicht nebeneinander stehen. In die Praxis umgesetzt, machte man die Beobachtung, dass eine Schneide aus Hartstoff (Hartkarbid) bei der Bearbeitung z. B. einer Silizium-Aluminium-Legierung zwei Stunden schneidfähig blieb, die Diamantschneide es aber auf 3700 Stunden brachte, ohne nachgeschliffen zu werden.
Die grosse Überlegenheit der Diamantschneide wurde auch an andern Stoffen ausprobiert, und es stellten sieh auch manch andere Vorzüge des Diamantwerkzeuges heraus. Die Diamantschneide kann manchmal bis zu 10 Jahren ohne nachzuschärfen benutzt werden, bei Anwendung von Diamantschneiden kann die Schnittgeschwindigkeit bis ins ungemessene, 1000 m und mehr, in der Minute gesteigert werden. Die bearbeitete Fläche wird durch einfaches Abdrehen so spiegelblank, wie es früher nur durch Schleifen und Hochglanzpolitur erreicht werden konnte. Diamantschneiden eignen sich auch vorzüglich für die Bearbeitung von Hartgummi, Knochen, Schildpatt, Perlmutter, Pressspan, allerlei Kunststoffen, wie z. B. Bakelit. Die Schnittgeschwindigkeit kann nicht hoch genug gewählt werden.
Während bei Anwendung von Stahlschneiden die Schnittgeschwindigkeit 14-28 m/Minuten beträgt und bei Hartkarbiden eine Höhe bis zu 60 m/Minuten erreichen kann, wird sie bei Diamantschneiden unbedenklich bis auf km-Geschwindigkeit gesteigert. Die oberste Grenze wird durch die Tourenzahl der Werkzeugmaschine gesetzt. Während andere Schneiden die Schneidhaltigkeit bei einer Erwärmung auf höchstens 8000 verlieren, bleibt die Diamantschneide auch bei 16000 schneidhdtig. Ein Nachschleifen kommt meist nur nach jahrelangem ununterbrochenem Gebrauch in Frage. Im Maschinenbau haben sich die Diamantschneiden insbesondere bei der Reihenfertigung von Automobilmotoren bewährt.
Die Bears beitung von Kolben aus hartem Leichtmetall wird fast nur noch mit Diamantschneiden vorgenommen ;
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auch das Ausbohren der Lager mehrfach gelagerter Kurbelwellen ist mit der nötigen Präzision ohne Diamantschneide kaum'denkbar. Unübertroffen ist die Diamantschneide beim Abdrehen der Kollektoren und Schleifringe der Elektromotoren. Im Gegensatz zum Abschleifen wird beim Abdrehen mit der Diamantschneide die Kollektoroberfläche verdichtet, auch bewirkt die von den Kupferspulen freie Glimmerisolierung eine genaue Stromunterbrechung, das Feuern des Kollektors hört auf. Bei geringer Schnittiefe wird eine genaue Oberfläche erzielt, was sich in einer erheblichen Kupferersparnis äussert.
DerWerkzeugdiamant (aus demNaturprodukt) besitzt jedoch einige Nachteile, die seine Anwendung trotz seiner vielen Vorzüge hemmen. Er ist vor allem sehr teuer. Dann ist seine Wärmeleitfähigkeit sehr gering, so dass er sich als Werkzeug sehr leicht gefährlich erhitzt. Dann besitzt er infolge seiner Sprödigkeit eine geringe Festigkeit. Die Produkte, hergestellt nach vorliegendem Verfahren, weisen diese Nachteile nicht auf. Zur Verwendung gelangt billiges Abfallschleifpulver (aus Diamant oder Bor). Durch den Aufbau des Formkörpers mit einem Skelett aus Hartkarbidmetallen wird dem Körper eine vorzügliche Wärmeleitfähigkeit gegeben. Da die Einbettungsmasse aus einer stahlharten Legierung besteht, wird die Festigkeit des Hartkörpers weit über diejenige des Diamanten erhöht.
Die Vorbehandlung des Diamantpulvers oder der Diamant-oder Borkristalle besteht nun im folgenden. Ein Porzellantiegel wird mit dem zu behandelnden Diamantstaub gefüllt. Hierauf wird der Tiegelin einem gasdicht schliessenden elektrischen Ofen auf 8000 C erhitzt, u. zw. durch etwa 5 Stunden.
Während dieser Zeit strömt in den Ofen ein kohlenstoffhaltiges Gas oder Dampf, wie z. B. Benzindampf, zweckmässig durch Stickstoff verdünnt. Nach dem Abkühlen des Tiegels und Herausnahme des abgekühlten Diamantpulver zeigen die einzelnen Diamantkörner ein hellgraue, platinartigglänzendes Aussehen.
Dasselbe wird durch einen dünnen, harten und festhaftenden Kohleüberzug hervorgerufen. Nunmehr gelangt das Diamantpulver in ein galvanisches Bad, enthaltend eine Nickel-oder Eisenchlorürlösung, durch welches die Pulverkörner. unter Vermittlung des elektrischen Stromes mit einem metallischen Überzug von Eisen oder Nickel od. dgl. versehen werden. Dieses so behandelte Diamantpulver wird nun mit z. B. Wolframkarbidpulver und Kobaltmetallpulver zu einem Formling gepresst und dieser dann stufenweise bis etwa 1300 C gesintert. Ein Hartkörper nach der vorliegenden Erfindung hat z. B. folgende Zusammensetzung : 50% Wolframkarbid, 15% Kobaltmetall und 35% Diamantpulver oder Diamantkristalle, vorbehandelt mit einem Kohlen- und Nickelüberzuge der einzelnen Körner oder Kristalle.
Die Karbonisierung der einzelnen Diamant-oder Borkristalle oder der einzelnen Splitter oder der einzelnen Körner kann auch zweckmässiger in einem horizontal gelagerten und um seine Längsachse rotierenden geheizten Rohr aus Porzellan, Graphit, Magnesia od. dgl., schliesslich auch in einem geeigneten Metallrohr erfolgen, durch das das kohlenstoffhaltige Gas oder der Dampf verdünnt oder konzentriert. durchströmt Der graphitische Überzug auf den Diamant-oder Borkörnern dient zur galvanischen Auftragung eines zarten Metallüberzuges, z. B. von Kobalt oder Nickel oder Platin od. dgl.
Man kann aber auch die einzelnen Körner direkt mit einer festhaftenden Metallschicht versehen, u. zw. durch Behandlung dieser Körner mit Metalldämpfen oder durch elektrische Metallzerstäubung oder auf chemischem Wege durch Ausfällung aus Metallösungen, z. B. aus Platinlösungen, oder durch Behandlung der Körner nach dem Schoopschen-Metallspritzverfahren u. dgl. Am besten hat sich jedoch das Verfahren bewährt, zuerst einen festhaftenden Graphitüberzug herzustellen, auf dem dann eine Metallschicht galvanisch niedergeschlagen wird. Werden diese so vorbehandelten Körner aus Diamant, Bor od. dgl. mit Pulvern von z. B.
Wolframkarbid und Kobalt gemengt und wird dieses Gemenge mit der hydraulischen Presse zu Formlingen hochgepresst und hierauf stufenweise bis etwa 1400 C gesintert, dann resultiert ein Hartkörper, in welchem die einzelnen Diamantkörner fest verankert, verschweisst sind. Ein Herausfallen beim Gebrauche als Werkzeug findet nicht statt.
Die gepressten Formlinge können (sowohl ungesintert wie auch vorgesintert) nach dem Patente Nr. 137185 auch noch hochgepresst werden.
Die Formlinge können auch noch zur Versteifung des Skelettes Hartnitride erhalten.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen aus Karbiden, Nitriden oder Gemischen von diesen, gegebenenfalls unter Zusatz von Metallen oder Metalloiden und Beimischung von Diamant oder Bor als Einschlussmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das harte Einschlussmaterial (Diamant, Bor od. dgl.) vor dem Mischen mit dem SkelettmateriÅal zwecks Herstellung von Presslingen, die nachher einer Druckbehandlung mit oder ohne Erwärmung oder einer Sinterung od. dgl. unterworfen werden, mit einer dünnen Metallschicht oder Metallhaut allein oder mit einer Kohlenstoffschichte, auf die dann die Metallsehichte aufgetragen wird, überzogen wird.