Verfahren zur Herstellung einer harten Oberfläche auf dem Verschleiss unterworfenen Metallgegenständen, insbesondere Schneidwerkzeugen Es ist bekannt, zur Herstellung einer harten, aus Metallkarbiden, -nitriden, -siliziden oder -boriden oder Mischungen d rselben und Bindemetall sich aufbauen den Schicht auf einem Metallgegenstand einen Legie rungsstab mit darin verteilten Hartstoffen der genannten Art oder einen Rohrabschnitt, der mit den genannten Hartstoffen angefüllt ist,
über die zu überziehende Ober fläche zu halten und durch einen Schweissbrenner oder elektrischen Lichtbogen zum Abschmelzen zu bringen.
Nach einem anderen bekannten Verfahren werden die schwer schmelzbaren Hartstoffkörner auf der zu überziehenden Oberfläche verteilt und danach mit Was serstoff hartgelötet. Dabei wird die zu überziehende Oberfläche so lange erhitzt, bis eine sehr dünne Schicht des Metallgegenstandes schmilzt. Die alsdann auf die geschmolzene Oberfläche aufgetragenen Hartstoffkörner sinken in dieselbe ein und werden dabei mit dem Metall gegenstand fest verbunden.
Ein weiteres bekanntes Verfahren betrifft das Über ziehen einer Stahloberfläche mit Wolfram und das an schliessende sehr schnelle Erhitzen desselben, um Wol- framkarbide auf der Oberfläche des Stahlgegenstandes zu bilden. Dabei wird das Wolfram oder ein Wolfram enthaltendes Metall mit Kohlenstoff vermischt und auf die Oberfläche mit einem Klebemittel aufgetragen. Das Wolfram enthaltende Metall reagiert in der Hitze mit dem Kohlenstoff unter Bildung von Wolframkarbid, das in die geschmolzene Oberfläche des Grundmetalles ein sinkt.
Um dabei Wolframkarbid in nennenswerter Menge zu bilden, bedarf es hiezu beträchtlicher Zeit und natur gemäss einer Temperatur, die oberhalb des Schmelz punktes des Stahles, aus dem das Werkzeug besteht, gelegen ist.
Ferner ist die Elektroplattierung einer Hartchrom schicht auf die Oberfläche eines Grundmetalles, sowie das Hartlöten brikettierter oder gesinterter Stücke oder Einsätze auf dem Werkzeug bekannt.
Schliesslich ist es bekannt, ein Pulvergemisch aus dem Hartstoff und Chromborid und Eisen und/oder Nickel oder/und Kobalt mit einem Pulver aus organi schen und/oder anorganischen Stoffen zu einer Paste an gerührt, auf den Trägerkörper aufzustreichen und diesen Trägerkörper an seiner Oberfläche auf die Schmelz temperatur des Gemischteiles aus Chromborid mit einem Metall der Eisengruppe zu bringen. Da eine derart aufge brachte Paste die Vertiefungen im Trägerkörper ausfüllt, nicht immer jedoch dessen Ecken bedeckt, können des sen genaue Konturen nicht aufrechterhalten werden. Eine bestimmte Dicke der Hartmetallschicht ist dabei nicht gewährleistet.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung einer harten Oberfläche auf dem Ver schleiss unterworfenen Metallgegenständen, insbesondere Schneidwerkzeugen, durch Aufbringen eines Pulverge misches aus Bindemetall-Legierung oder in situ eine solche Legierung ergebenden Metallen und Metallkarbid bzw. Metallkarbid bildendem Metall zusammen mit py- rogen Metallkarbidbildung bewirkendem organischem Stoff auf den Metallgegenstand, der an seiner Oberfläche auf die Schweisstemperatur der Bindemetall-Legierung erhitzt wird.
Diese wird erfindungsgemäss dadurch er reicht, dass auf die vorgereinigte Oberfläche des Metall gegenstandes als ein in der Hitze sich zersetzendes Klebemittel Schellack aufgebracht wird, alsdann das ge nannte Pulvergemisch unter Zusatz eines Flussmittels, z. B. Borax, auf den Schellack, geschichtet und nach Entfernung des nichthaftenden überschüssigen Pulvers die Schicht nach Vortrocknung, z. B. durch elektrische Heizung, gegebenenfalls in einer schützenden reduzieren den Atmosphäre, auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher die Bindemetall-Legierung mindestens teilweise schmilzt.
Die Erhitzung kann schnell, zweckmässig induktiv und nötigenfalls unter Anwendung einer schützenden Atmosphäre erfolgen, die aber bei Anwendung von In duktionserhitzung wegen ihrer Schnelligkeit auch weg fallen kann. Als Schutzgas kommt hierfür dissoziiertes Ammoniak, gegebenenfalls unter Zugabe von Methan oder Naturgas in Betracht. Mit Vorteil ist dabei das Pulvergemisch zwischen Liquidus und Solidus, beispiels weise von 816 bis 1360 C, in plastischem Zustande.
Durch die einsetzende schnelle Erhitzung verflüchtigt sich der Schellack, wobei reduzierend wirkende Gase entstehen, die durch die anfänglich noch vorhandenen Zwischenräume des aufgestaubten Pulvers entweichen, ein etwaiger Kohlenstoffrest aus dem Schellack gebildet wird und dann in Verbindung mit dem Flussmittel die Legierungsbildung und damit eine sehr feste Bindung an der Grenzschicht zwischen dem aufgetragenen Pulver gemisch und dem Metallgegenstand stattfindet, sobald der erhitzte Gegenstand abschliessend abgekühlt bzw. abgeschreckt wird.
Es ist ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung, dass die Stärke der auf diese Weise aufgeklebten Kornschicht einmal von der Dicke und Viskosität des aufgetragenen Schellacks und zum anderen von dem maximalen Korngrössendurch- messer des aufgestreuten Pulvergemisches abhängig ge macht werden kann. Dementsprechend werden Pulver gemische bevorzugt, deren Korngrössen zwischen etwa 25 bis 130 Mikron liegen, wobei naturgemäss der er wünschte Dünnschichtüberzug noch dadurch erreicht wird, dass möglichst nur eine Kornschicht auf das ent sprechend dünn aufgetragene Klebemittel aufgetragen wird.
In Ausnahmefällen können Schichten bis zu 400 Mikron Stärke durch Auftragen entsprechend gröberer Pulverkörner erwünscht sein.
Dem aus der Bindemetall-Legierung und dem Wol- framkarbid bestehenden Pulvergemisch kann noch ein Flussmittel, z. B. Borax, zugefügt werden. Das Fluss mittel kann dabei in wässeriger Lösung oder in Pulver form und gegebenenfalls auch in einem besonderen an schliessenden Arbeitsgang zugegeben werden, so dass das auf den Schellack aufgetragene, Bindemetall enthaltende Metallkarbidpulver, abschliessend mit einer Staubschicht des Flussmittels vollständig überdeckt wird.
Am Ende einer kurzzeitigen Erhitzung, d. h. im Zeitpunkt der Aufweichung (Schweissung) der Oberfläche des Grund metalles bewirkt das Hochsteigen des Flussmittels durch die Metallkörner das Festhaften des Pulvergemisches auf dem Grundmetall.
Anstelle von Borax als Flussmittel können Borsäure, Natrium- oder Kaliumfluoborat oder Kalium- oder Na- triumfluorid, Lithiumsalze, Metaborat oder Tetraborat verwendet werden. Die Schmelzpunkte dieser Flussmittel variieren bekanntlich zwischen etwa 800 und 1100 C. Für das Aufbringen einer stets gleich starken Schellack schicht hat sich das Aufstempeln oder Aufdrücken der selben mit Hilfe eines mit dem Schellack durchtränkten Schwammes, porösen Körpers, Schaumgummi und der gleichen als vorteilhaft erwiesen.
Das Pulvergemisch aus Metallkarbid, Bindemetall- Legierung und Flussmittel wird vorteilhaft durch eine elektromagnetisch betriebene Schwingförderrinne in dünner Schicht in Form eines Vorhanges oder Schleiers auf den Schellack hinabrieseln gelassen, wobei der zu beschichtende Metallgegenstand mit regelbarer Ge schwindigkeit durch diesen Vorhang hindurchgeführt wird. Dies erfolgt zweckmässig in einer Schräglage der Oberfläche, damit das überschüssige Pulver sofort wie der in einem darunter angeordneten Behälter abfallen kann.
Sofern das Flussmittel nicht vorher bereits dem Gemisch aus Metallkarbid und Bindemetall zugefügt wurde, erfolgt die Zufuhr des Flussmittelpulvers zweck mässig ebenfalls durch eine Vibrationsrinne in einem gleichen Vorhang, durch den hindurch der Metallgegen stand mit regelbarer Geschwindigkeit geführt wird.
Schliesslich kann das Metallkarbidpulver in einem getrennten Arbeitsgang zunächst auf den Schellack auf gebracht und die pulvrige Bindemetall-Legierung in einem anschliessenden Arbeitsgang als Einbettmasse über die Hartstoffschicht geschichtet werden, wodurch eine geringe Menge dieses Einbettmaterials zwischen die Me- tallkarbidkörner fällt, die Pulvermischung also in situ gebildet wird, wobei nach der Verschmelzung die Me- tallkarbidkörner leicht hervorragen.
Wenn die anfänglich aufgetragene Schellacklösung eine ungenügende Benetzung der aufgetragenen Pulver schichten bewirken sollte, kann eine sehr dünne Schicht Schellacklösung als Klebemittel zwischen diesen einzel nen Arbeitsgängen zusätzlich aufgetragen werden.
Anstelle der genannten Bindemetall-Legierung kann Chrom und Kobalt in sehr feinpulveriger Form mit Wol- framkarbid oder Wolfram und einem Kohlenhydrat ver wendet werden. In letzterem Falle werden die Karbide aus dem Kohlenstoff des Kohlenhydrates pyrogen unter Erhitzung mit einem Schweissbrenner oder dergleichen gebildet. Chrom und Kobalt schmelzen beim Erhitzen unter Bildung der Bindemetall-Legierung.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es wird eine Alkohol-Schellackmischung aus 3,75 Gew.% Orange-Schellack und 96,25 Gew. % 80 % igem denaturiertem Alkohol zur Bildung einer Lösung her gestellt, ähnlich wie diese in der Anstrichtechnik in Farb- konsistenz gebraucht und im Eintauchverfahren ange wendet wird. Damit wird die Oberfläche des erfindungs gemäss zu behandelnden Werkzeuges, eines Schneide zahnes aus Stahl, überzogen.
Dann wird eine Pulvermischung mit Zusammenset zung<B>11,5</B> Gew. ö Borax als Flussmittel, 32,6 Gew.% Bindemetall-Legierung und 55,9 Gew.% Wolframkarbid hergestellt.
Das Pulvergemisch enthält Teilchen mit einem Durchmesser von ungefähr 127 Mikron bis un gefähr 63,5 Mikron. Die Metallkomponenten des Binde metalls hegen in einem nicht-eutektischen Legierungs typ vor, der einen im wesentlichen plastischen Tempera turbereich innerhalb weiter Temperaturgrenzen zwischen Liquidus und Solidus unterhalb des Schmelzpunktes des metallischen Gegenstandes aufweist.
Der Schneidezahn mit seinem noch feuchten Oberflächenüberzug aus einer Schellack-Alkohollösung wird durch einen herabrieseln- den feinen Vorhang aus dem pulverförmigen Material geführt, um so die Spitze und die Seiten des schneiden den Teiles des Zahnes mit der Pulvermischung zu be decken. Der nasse Zahn hält nur eine dünne, gleich mässige Schicht der pulverförmigen Mischung fest. Die Aussenseite der haftenden Pulverschicht ist trocken und erlaubt weiterem, darauf abgelagertem Pulvermaterial ab zufallen, abgeschüttelt oder abgerüttelt zu werden.
Dies bewirkt eine Entfernung der überschüssigen Pulvermi schung, so dass im wesentlichen nur eine einzelne Korn schicht durch den Schellackfilm auf der Oberfläche des Zahnes oder des Metallgegenstandes zurückgehalten wird. Die Viskosität dieser Schellacklösung ist mit Rück sicht auf die Dicke ihres Filmes und die Schichtdicke des darauf haftenden Metallpulvers entsprechend eingestellt worden.
Der Sägezahn mit der durch die Schellacklösung festgehaltenen Pulverschicht wird nach der Trocknung auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher die Binde metall-Legierung teilweise geschmolzen ist. An der Grenzfläche zwischen Bindemetall und Metallgegenstand ergibt sich dabei eine Schmelzverbindung. Während der Erhitzung wird der Schellack der Pyrolyse unterworfen. Das im Pulvergemisch enthaltene Borax wirkt als nicht flüchtiges, anorganisches Flussmittel. Auf den behandel ten Flächen wird so eine glatte, dünne und harte Schicht gebildet, die deren Umriss genau wiedergibt.
Die Schicht ist fest mit dem Zahn verbunden und erfordert keine Schleifbehandlung. Der Zahn kann wärmebehandelt wer-