Verfahren zum Verbessern der Schneidfähigkeit von Werkzeugen aus Stahl auf elektrochemischem Wege und darnach erhaltenes Werkzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Schneidfähig- keit von Werkzeugen aus Stahl, wie zum Bei spiel Feilen, Fräsern, Sägen, Messern usw., auf elektrochemischem Wege. Das Verfahren kann sowohl zum Verbessern der Schneid fähigkeit von neuen, ungebrauchten Werk zeugen, als auch von gebrauchten, stumpf ge wordenen Werkzeugen Anwendung finden.
Gemäss der Erfindung besteht das Ver fahren darin, dass die Werkzeuge in min destens ein Bad gebracht werden, welches Mahlätzende Säure und wenigstens ein Salz eines Metalles enthält, welches elektropositi ver ist als Eisen.
ach dem erfindungsgemässen Verfahren können Werkzeuge erhalten werden, deren Oberflächenschicht, insbesondere Schneiden, vorherrschend aus den edleren Bestandteilen des Stahls bestehen, während die unedleren weitgehend beseitigt sind. Das Verfahren beruht auf einem elektro chemischen Prozess, durch welchen an der Oberfläche, insbesondere an den Schneiden, der Werkzeuge die weichen, in der stahl ätzenden Säure leichter lösbaren Bestand teile, wie zum Beispeil Ferrit, herausgelöst werden, während die härteren, edleren, schwe rer löslichen Bestandteile, wie zum Beispiel Perlit und Zementit,
in nur geringem Masse angegriffen werden und daher zum grössten Teil zurückbleiben. Dadurch können abge nutzte Schneiden wieder hergestellt werden, insbesondere dann, wenn der Angriff der stahlätzenden Säure von der Schneiden- bezw. Zahnunterseite her mit anderer Geschwindig keit erfolgt als von der Schneiden- bezw. Zahnoberseite her, wodurch naturgemäss die Schneide neu gebildet wird.
Diesen -Effekt kann man folgendermassen erreichen: Will man ein Schneidenwerkzeug, etwa eine stumpfgewordene Feile, veredeln, so hängt man sie,. mit dem.Heft nach oben, senkrecht in eine wässerige Lösung einer stahlätzenden Säure, etwa Salpetersäure; eventuell im Gemisch mit Schwefelsäure, welches Bad wenigstens ein Salz eines Me- talles enthält, das elektropositiver ist als Eisen.
Dieser Metallsalzzusatz bewirkt, dass auf dem Stahl das betreffende Metall als metallischer Überzug abgeschieden wird, wäh rend gleichzeitig der äquivalente Teil Eisen in Lösung geht. Damit ist zwischen dem Eisen des Stahlwerkzeuges einerseits und dem auf diesem erzeugten Metallniederschlag an derseits ein elektrisches Element mit der Badflüssigkeit als Elektrolyt entstanden. Dieses Element ist, trotzdem es kurzgeschlos sen ist, von Wichtigkeit, da es das Passiv werden des Stahls unter dem Einfluss der stahlätzenden Säure verhindert.
Der durch elektrochemischen Vorgang auf der Feile er zeugte Metallüberzug sitzt aber auf der Feile an verschiedenen Stellen verschieden fest und ist verschieden dicht, und zwar ist er an den Zahnoberseiten, das sind die der Badober- fläche zugekehrten Seiten der Schneiden, festsitzender und dichter als an den Zahn unterseiten, da durch den Lösungsprozess des Stahls gebildeter und durch die überhängenden Schneiden am Aufsteigen gehinderter und hier angesammelter Wasserstoff bewirkt,
dass an diesen Unterseiten der Metallniederschlag schwammig und locker und dadurch weniger haftend und weniger dicht entfällt als an der Schneiden- bezw. Zahnoberseite. Durch den weniger dichten Überzug dringt das ätzende Bad leichter hindurch, so dass der Feilenzahn besonders von hier aus angegrif fen wird. Eine Abrundung der Schneide der Zähne kann. nicht erfolgen, da diese von oben her durch den dichteren Überzug weitgehend geschützt ist.
Die im wesentlichen von unten her erfolgende Atzung verändert natürlich auch eine etwa bereits vorhandene Schneide; jedoch wird bei Angriff dieser ursprünglichen Schneide immer wieder eine neue Schneide gebildet. Da die unedleren, weicheren Be standteile des Stahls schneller gelöst werden als die edleren, härteren, wird die neue Schneide vorwiegend aus edlerem Material bestehen und daher hochwertiger und leistungsfähiger sein.
Da auch der dichtere Metallüberzug nach einiger Zeit durch in ge ringer Menge hindurchdiffundierende oder von der Seite her eindringende Säure ge lockert, dann unter Rissbildung seinen Zusam menhang verlieren und abfallen kann, worauf an diesen Stellen eine rapide Lösung des Stahls erfolgen würde, ist es zweckmässig, den Metallüberzug, am besten auf mechani schem Wege, etwa durch Abbürsten, von Zeit zu Zeit zu entfernen, bevor er rissig wird.
Stellt man nach dem Abbürsten fest, dass das Werkzeug noch nicht genügend geschärft ist, so wird die Manipulation noch einmal oder noch mehrmals wiederholt, bis nach je- ureiligem Abbürsten festgestellt werden kann, dass die Schärfung die gewünschte ist.
Zur Durchführung des Verfahrens benötigt man (ein Bad oder) mindestens ein Bad, wel ches einen Metallüberzug liefert und welches anderseits das Werkzeug ätzt. Ein solches Bad enthält als Atzmittel vorzugsweise Sal petersäure, daneben vorteilhaft Schwefel säure. Die Metallschicht auf dem Werkzeug liefern Metallsalze solcher Metalle, die elek tropositiver sind als Eisen, etwa Salze des Kupfers, Nickels oder Kobalts für sich oder im Gemisch miteinander. Wie gefunden wurde, wirkt auf das Arbeiten des Bades der Zusatz von Alkalisalzen der ätzenden Säuren, also Neutralsalzen gleicher Anionen, etwa Salpeter oder Glaubersalz, günstig.
Wün schenswert ist die Anwesenheit eines De polarisators im Bade, in welchem Falle eine übermässige Wasserstoffgasabscheidung ver hindert und auch veranlasst wird, dass die Wasserstoffgasbläschen besonders klein oder überhaupt nicht zur Abscheidung gelangen.
Hierbei zeigt sich ferner, dass die Farbe des sechswertigen Chromations- bezw. des Bi- chromations (rötlich gelb, in Anwesenheit von Kupfersalzen zeigt sich eine gelblich grüne Mischfarbe) während der Reaktion zu nächst der Farbe des dreiwertigen Chromions (grün) Platz macht, um schliesslich in die des zweiwertigen Chromions (blau) überzu gehen. Beim Steheid an der Luft kehrt die grüne Farbe des dreiwertigen Chromions wieder, der Depolarisator regeneriert sich also zum Teil.
Diese Erscheinung lässt sich beobachten, wenn man als Depolarisator ein Alkalichromat oder -bichromat verwendet Man kann jedoch auch andere Depolarisatoren, etwa. Salze der Wolfram- oder Vanadinsäure, zur Anwendung bringen. Besonders abhängig ist die Haftfähigkeit des auf dem zu schär fenden Werkzeug niedergeschlagenen Metall überzuges von dem" Gehalt des Bades an Chlor ionen.
Ein hoher Gehalt an Chlorionen gibt einen sehr dichten, festhaftenden schlecht ab- bürstbaren Überzug, während völliges Fehlen von Chlorionen das Entstehen einer schlecht haftenden, schwammigen Metallschicht auf dem Werkzeug veranlasst, unter dem die Schärfung zwar auch möglich ist, jedoch eine besonders peinliche Überwachung erfordert. Es wurde gefunden, dass ein Zusatz von 0,1 bis<B>1,0%</B> an Chlorionen normalerweise vor teilhaft ist; für grobe Werkzeuge, wie Ras peln, kann man ohne Bedenken bis zu einem Gehalt von 5 % gehen. Man gibt diese Chlor ionen etwa, als Ferrichlorid oder als Alkali chlorid, zum Beispiel Kochsalz, zu.
Das Schärfen der Werkzeuge kann sowohl in einem Bade, als auch in mehreren, etwa in zwei, Bädern erfolgen. Im ersteren Falle wird die Bildung des Metallüberzuges und die Ät zung des Werkzeuges, zum Beispiel der Feile, im gleichen Bade erfolgen; im zweiten Falle wird das eine Bad vorwiegend zur Bildung des Metallüberzuges und das zweite Bad vor- @i-iegend zur Ätzung dienen.
Die so geschärften Werkzeuge besitzen Schneiden neuer, bisher unbekannter Eigen schaften: Durch das Herauslösen des weiche ren, unedleren Materials wird die Oberfläche und vor allem die Schneide veredelt, so dass die Arbeitsleistung eines solchen Werkzeuges wesentlich grösser ist; ausserdem werden schlecht ausgebildete oder stumpf gewordene Schneiden wieder hergestellt, und zwar gleichfalls unter Verbesserung der Qualität des Materials der Schneide, bei sehr geringem Haterialverlust. Die folgenden Beispiele sollen das Ver fahren gemäss der Erfindung erläutern; die Erfindung soll jedoch nicht auf die angegebe nen Beispiele beschränkt sein.
Beispiel <I>1:</I> In ein Bad folgender Zusammensetzung 100 Gewichtsteile Schwefelsäure, 65 Salpetersäure, 17 ,. Salpeter (Kaliumnitrat), 25 Kupfervitriol (Kupfer sulfat), 5 Kaliumbichromt, 8 Ferrichlorid in 780 Wasser werden bei einer Temperatur von 18 Feilen mit dem Heft nach oben eingehängt. Das grünlich gefärbte Bad beginnt sich so fort in der Nähe der Feilen blau zu färben; gleichzeitig kann man beobachten, wie Schlie ren zu Boden sinken und die Feilen sich mit einer Kupferschicht überziehen.
Zu einem Aufsteigen von Gas nach der Badoberfläche kommt es nur in ganz untergeordnetem Masse. Nach etwa 5 bis 10 Minuten nimmt man die Werkzeuge heraus und bürstet sie ab. Hier bei wird der Kupferüberzug beseitigt. Falls die Feile noch nicht genügend schärf ist, hängt man sie nochmals 5 bis 10 Minuten ins Bad, bürstet wieder ab usw. Waren die Feilen durch den Gebrauch abgestumpft, so ist nach 30 bis 40 Minuten die Sehärfung vollendet, man muss die Feilen also drei bis viermal ins Bad einhängen. Handelt es sich nur um Veredlung einer an und für sich scharfen Schneide, so kommt man mit ein bis zweimaligem Einhängen aus.
Die aus, dem Bad genommene, abgebürstete Feile wird zur Neutralisierung etwa anhängender Säure zunächst mit verdünnter Lauge, Kalkmilch oder Sodalösung behandelt, dann gut abge waschen, getrocknet und mit Mineralöl be strichen, um Rostbildung zu verhindern.
Der Gewichtsverlust der Feile beim Schärfen beträgt 0,5 bis 2,,0%. An Stelle der 2'5 Gewichtsteile Kupfersulfat kann man auch je 14 Teile Kupfersulfat und Nickel sulfat verwenden. Der Erfolg ist der gleiche. Sollte durch die Ätzung der Feile wäh rend des Schärfens -nach Wegätzung der bis- -v#reilen nur sehr dünnen gehärteten Schicht der Feilenoberfläche teilweise der weichere gern blossgelegt sein, so kann man eine Här tung der Feilenoberfläche in üblicher Weise auf thermischem oder elektrogalvanischem Wege folgen lassen.
<I>Beispiel 2:</I> Gut gereinigte Raspeln werden mit der Angel nach oben in ein Bad folgender Zu sammensetzung eingehängt: 900 Gewichtsteile Wasser, 20 " Kupfersulfat, 40 Schwefelsäure 66 Be, 40 Ferrichlorid.
Hierin bleiben die Werkzeuge bei etwa 16 zirka 5 bis 10 Minuten hängen. Dann spült man nur ab und gibt sie in das Schärfebad folgender Zusammensetzung: 1000 Gewichtsteile Wasser, 20 33 galiumnitrat, 5 Ammoniumvanadat, <B>100</B> Schwefelsäure 66 'B6. 100 Salpetersäure 40 B6, 5 . Ferrichlorid, 5 Nickelsulfat.
Nach etwa 10 Minuten bei 16 Celsius bür stet man zum Beispiel mit einer Wurzelbürste den Metallniederschlag ab und gibt - falls die Raspel nicht bereits genügend scharf ist - diese wiederum in das kupferreichere Bad, dann anschliessend nochmals in das Schärfebad usw., bis die Schneiden eine opti male Schärfe besitzen. Das Reinigen der Werkzeuge und gegebenenfalls die weitere Behandlung erfolgt, wie in Beispiel 1 ange geben wurde.