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-
A method for producing a hard surface on metal objects subject to wear, in particular cutting tools, It is known to build up the layer on a metal object with an alloy rod for producing a hard layer on a metal object consisting of metal carbides, nitrides, silicides or borides or mixtures of the same and binding metal with hard materials of the specified type distributed therein or a pipe section which is filled with the specified hard materials,
to hold over the surface to be coated and to melt it with a welding torch or electric arc.
According to another known method, the hard-to-melt hard material grains are distributed on the surface to be coated and then brazed with hydrogen. The surface to be coated is heated until a very thin layer of the metal object melts. The hard material grains then applied to the molten surface sink into the same and are firmly connected to the metal object.
Another known method relates to the coating of a steel surface with tungsten and the subsequent very rapid heating of the same in order to form tungsten carbides on the surface of the steel object. The tungsten or a metal containing tungsten is mixed with carbon and applied to the surface with an adhesive. The metal containing tungsten reacts in the heat with the carbon to form tungsten carbide, which sinks into the molten surface of the base metal.
In order to form a significant amount of tungsten carbide, it takes a considerable amount of time and naturally at a temperature above the melting point of the steel from which the tool is made.
Furthermore, the electroplating of a hard chrome layer on the surface of a base metal, as well as the brazing of briquetted or sintered pieces or inserts on the tool is known.
Finally, it is known to stir a powder mixture of the hard material and chromium boride and iron and / or nickel and / or cobalt with a powder of organic and / or inorganic substances to form a paste, to spread it on the carrier body and to apply this carrier body to its surface to bring the melting temperature of the mixture part of chromium boride with a metal of the iron group. Since a paste brought up in this way fills the depressions in the carrier body, but does not always cover its corners, its precise contours cannot be maintained. A certain thickness of the hard metal layer is not guaranteed.
The subject matter of the invention is a method for producing a hard surface on metal objects subject to wear, in particular cutting tools, by applying a powder mixture of binding metal alloy or in situ such an alloy resulting metals and metal carbide or metal carbide forming metal together with py The organic substance causing the formation of metal carbide is applied to the metal object, the surface of which is heated to the welding temperature of the binding metal alloy.
This is achieved according to the invention in that shellac is applied to the pre-cleaned surface of the metal object as a heat-decomposing adhesive, then the powder mixture mentioned with the addition of a flux, eg. B. Borax, layered on the shellac and after removal of the non-adhesive excess powder, the layer after predrying, z. B. by electrical heating, optionally in a protective reduce the atmosphere, is heated to a temperature at which the binder metal alloy at least partially melts.
The heating can take place quickly, appropriately inductively and, if necessary, with the use of a protective atmosphere, which, however, can also be omitted when using induction heating because of its speed. Dissociated ammonia, optionally with the addition of methane or natural gas, can be used as protective gas. The powder mixture between liquidus and solidus, for example from 816 to 1360 ° C., is advantageously in a plastic state.
As a result of the rapid heating that begins, the shellac evaporates, with reducing gases being created that escape through the initially still existing gaps in the dusty powder, any carbon residue is formed from the shellac and then, in connection with the flux, the alloy formation and thus a very solid one Bonding at the boundary layer between the applied powder mixture and the metal object takes place as soon as the heated object is finally cooled or quenched.
It is a particular advantage of the method according to the invention that the thickness of the grain layer glued on in this way can be made dependent on the thickness and viscosity of the shellac applied and on the maximum grain size diameter of the powder mixture scattered on. Accordingly, powder mixtures are preferred whose grain sizes are between about 25 to 130 microns, naturally the desired thin-layer coating is still achieved by applying only one grain layer as possible to the correspondingly thinly applied adhesive.
In exceptional cases, layers of up to 400 microns thick by applying correspondingly coarser powder grains may be desirable.
The powder mixture consisting of the binding metal alloy and the tungsten carbide can also contain a flux, e.g. B. borax, are added. The flux can be added in aqueous solution or in powder form and optionally also in a special subsequent operation so that the metal carbide powder applied to the shellac and containing binding metal is then completely covered with a dust layer of the flux.
At the end of a short-term heating, i.e. H. At the time of softening (welding) of the surface of the base metal, the rise of the flux through the metal grains causes the powder mixture to adhere to the base metal.
Instead of borax as a flux, boric acid, sodium or potassium fluorate or potassium or sodium fluoride, lithium salts, metaborate or tetraborate can be used. It is well known that the melting points of these fluxes vary between about 800 and 1100 C. For the application of a shellac layer of the same thickness, stamping or pressing the same with the help of a sponge soaked with the shellac, porous body, foam rubber and the like has proven to be advantageous.
The powder mixture of metal carbide, binder metal alloy and flux is advantageously allowed to trickle down onto the shellac in a thin layer in the form of a curtain or veil through an electromagnetically operated vibrating conveyor, whereby the metal object to be coated is guided through this curtain at an adjustable speed. This is expediently done in an inclined position of the surface so that the excess powder can fall off immediately like that in a container arranged below.
If the flux has not previously been added to the mixture of metal carbide and binding metal, the flux powder is also expediently fed through a vibrating channel in the same curtain through which the metal object is guided at a controllable speed.
Finally, the metal carbide powder can first be applied to the shellac in a separate operation and the powdery binding metal alloy can be layered as an investment over the hard material layer in a subsequent operation, whereby a small amount of this embedding material falls between the metal carbide grains, i.e. the powder mixture in situ is formed, with the metal carbide grains protruding slightly after the fusion.
If the initially applied shellac solution should cause insufficient wetting of the applied powder layers, a very thin layer of shellac solution can also be applied as an adhesive between these individual work steps.
Instead of the abovementioned binder metal alloy, chromium and cobalt can be used in very fine powder form with tungsten carbide or tungsten and a carbohydrate. In the latter case, the carbides are pyrogenically formed from the carbon of the carbohydrate by heating with a welding torch or the like. Chromium and cobalt melt when heated to form the binder metal alloy.
The method according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
An alcohol-shellac mixture of 3.75% by weight of orange shellac and 96.25% by weight of 80% denatured alcohol is produced to form a solution, similar to that used in painting technology with a color consistency and applied in the immersion process is turned. So that the surface of the tool to be treated according to the invention, a cutting tooth made of steel, is coated.
A powder mixture with the composition 11.5% by weight borax as a flux, 32.6% by weight binder metal alloy and 55.9% by weight tungsten carbide is then produced.
The powder mixture contains particles from about 127 microns to about 63.5 microns in diameter. The metal components of the binding metal are in a non-eutectic alloy type which has a substantially plastic temperature range within wide temperature limits between liquidus and solidus below the melting point of the metallic object.
The incisor, with its still moist surface coating of a shellac alcohol solution, is passed through a fine curtain of the powdery material trickling down to cover the tip and the sides of the cutting part of the tooth with the powder mixture. The wet tooth only holds a thin, even layer of the powdery mixture. The outside of the adhesive powder layer is dry and allows further powder material deposited on it to fall off, be shaken off or shaken off.
This has the effect of removing the excess powder mixture so that essentially only a single grain layer is retained by the shellac film on the surface of the tooth or the metal object. The viscosity of this shellac solution has been adjusted accordingly with regard to the thickness of its film and the layer thickness of the metal powder adhering to it.
After drying, the saw tooth with the powder layer held in place by the shellac solution is heated to a temperature at which the binding metal alloy is partially melted. A fusion bond results at the interface between the binding metal and the metal object. During the heating process, the shellac is subjected to pyrolysis. The borax contained in the powder mixture acts as a non-volatile, inorganic flux. A smooth, thin and hard layer is thus formed on the treated surfaces, which precisely reproduces their outline.
The layer is firmly attached to the tooth and does not require any grinding treatment. The tooth can be heat treated