DD252091A3

DD252091A3 - Poliermittel

Info

Publication number: DD252091A3
Application number: DD27660285A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Glien; Peter Dobras; Christian Bauer; Birgit Daume; Manfred Kunze; Peter Hutschenreuther; Hans-Joachim Mueller-Mellage
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1987-12-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Poliermittel aus Tonerde in pasten- bzw. suspensionsfoermigen Kompositionen fuer mehrphasige, metallische Systeme, deren Phasen unterschiedliche Haerte und Duktilitaet aufweisen. Ziel ist es, beim Hochglanzpolieren derartiger Werkstoffe Ra-Werte kleiner gleich 0,03 m mit vertretbarem Aufwand zu erreichen, ohne dass Oberflaechenfehler und Korngrenzenauswaschungen auftreten. Erfindungsgemaess besteht das Poliermittel aus einem Gemisch von Aluminiumhydroxid(en) und Gamma-Tonerde im Verhaeltnis von 0:1 bis 1:1, wobei das Aluminiumhydroxid eine freie Oberflaeche von 0,5 bis 3 m2/g nach BET und die Gamma-Tonerde eine freie Oberflaeche von 80 bis 130 m2/g nach BET aufweist. Besonders geeignet ist das Poliermittel fuer die Politur von Oberflaechen kuenstlicher Gelenke.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Zusammensetzung eines Hochglanzpoliermittels aus Tonerde in pasten- bzw. suspensionsförmigen Kompositionen für mehrphasige metallische Systeme (Legierungen) beliebiger Oberflächen mit ausgewählter physikalischer Charakterisierung (Härte, Zähigkeit, mikrophysikalisches Gefüge). Besonders geeignet ist das Hochglanzpoliermittel für die Politur von Gleitflächen künstlicher Gelenke.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist hinreichend bekannt, Tonerde als Poliermittel einzusetzen. Mit ihren unterschiedlichen Modifikationen sind an den Übergangsgebieten die sogenannten Poliertonerden zu finden, wobei man unter Poliertonerde eine solche Tonerde versteht, die sich bei den beim Polieren auftretenden Temperaturen und Drücken nicht mehr verändert und die Metalloberfläche nicht wesentlich schleifend angreift, sondern einen einebnenden Effekt ausübt (Burkhart, W. — Modernes Schleifen und Polieren - Lenze-Verlag, Saulgau Wttbg. 1962, S. 2601). Dabei stellt die Alpha-TE die größte Hauptgruppe dar. Ihr Einsatz erzielt hinlänglich gute Ergebnisse für die meisten technischen Anwendungen.

Für das Polieren von mehrphasigen metallischen Systemen, deren Phasen unterschiedliche chemische Zusammensetzung, interkristalline Struktur und damit folglich auch unterschiedliche physikalische Parameter, z. B. Härte und Duktilität besitzen, ergeben sich aber zusätzliche Schwierigkeiten. Mit herkömmlichen Poliermitteln ist es zwar möglich, mehrphasige Legierungen relativ hoher Härte zu polieren und Ra-Werte von 0,05 μηι zu erreichen, dabei entstehen jedoch Kratzer auf der Oberfläche, die mit geübtem normalsichtigem Auge gut zu erkennen sind. Oberflächenqualitäten von Ra kleiner gleich 0,ΐ)3 μιη sind nicht bzw. nur mit unvertretbar hohem Zeit- und Arbeitsaufwand zu erreichen.

Bei komplizierten eutektischen Zusammensetzungen ist es erforderlich, die Gebiete härterer Struktur gerade bearbeiten zu können und trotzdem die Gebiete weicherer Struktur nicht zu beschädigen. Mit herkömmlichen Poliermitteln (reine Alpha-TE, Gemische aus Alpha- und Beta-TE und Hydrargillit gemäß DD 104 315) kann man die geforderten Oberflächengüten nicht erreichen.

Es entstehen zerkratzte (beschädigte) Oberflächen oder es werden Teile der Oberfläche insbesondere in der Nahe von kristallinen Korngrenzen „herausgewaschen".

Die Verwendung von reinem Hydrargillit (DD 104 315) führt zu keinem bzw. zu geringem Abtrag. Die Einführung reiner Beta-TE (DE 3 032 382) bringt jedoch ebenfalls Kratzer und Defekte auf die Oberfläche.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, beim Hochglanzpolieren von mehrphasigen metallischen Systemen, deren Phasen unterschiedliche Härte und Duktitlität aufweisen, Ra-Werte kleiner gleich 0,03 pm mit vertretbarem Aufwand zu erreichen, ohne daß derartige Oberflächenfehler und Korngrenzenauswaschungen auftreten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Poliermittel (im eigentlichen Sinn einen Polierkörper) aus Tonerde für den geschilderten Anwendungsfall anzugeben, dessen Polierwirkung auf den speziellen Härtebereich des zu polierenden Werkstoffes und dessen einzelne Phasen zwischen 250 bis 400 Vickerseinheiten eingestellt werden kann.

Erfindungsgemäß besteht das Poliermittel aus einem Gemisch von Aluminiumhydroxid(en) und Gamma-Tonerde im Verhältnis von 9:1 bis 1:1. Das entspricht einem Anteil der Gamma-Tonerde zwischen 10 und 50 Gewichts-%. Zu verwenden sind ein Aluminiumhydroxid mit einer freien Oberfläche von 0,5 bis 3 m² nach BET und eine Gamma-Tonerde mit einer freien Oberfläche von 80 bis 130 m² nach BET. Unter verschiedenen Annahmen läßt sich rechnerisch aus dem Oberflächenwert für die Gamma-Tonerde eine mittlere Korngröße von 0,01 pm ermitteln. Feinstaufgemahlene Alpha-Tonerde mit einer Korngröße kleiner 1 μ würde hingegen schon Kratzer auf den weicheren Phasen des Werkstoffes verursachen.

Gamma-Tonerde ist eine kubische Modifikation des AI₂O₃ und somit kristallografisch bestimmt. Für die Anwendung als Poliermittel

-ι

ist damit die Tonerde mit der Angabe der freien Oberfläche und der Modifikation ausreichend charakterisiert. Das Herstellungsverfahren der Tonerde spielt nach unseren Versuchen keine Rolle für diesen Anwendungsfall, da es offenbar nicht auf bestimmte energetische Zustände oder Gitterstörungen wie bei der Katalyse ankommt, sondern nur auf die mechanischen Korneigenschaften, die bei den gegebenen Parametern nicht so stark variieren, daß sie einen Einfluß auf die Polierwirkung des Pulvers haben.

Mit der Gamma-Tonerde der geforderten Korngröße gelingt es zwar, setzt man eine hinreichende Vorbearbeitung des zu polierenden Gegenstandes voraus, ohne Sekundärschädigung der Oberfläche höchste Oberflächengüten zu erzielen, jedoch erst die Mischung der genannten Ausgangsstoffe ermöglicht bei minimalem Abtrag aber höchster Polierwirkung eine sichere Bearbeitung. Durch Variation des Tonerdeanteils von 10 bis 15 Gewichts-% kann je nach Härtebereich des Metalls eine optimale Bearbeitung erfolgen. Dadurch werden die unterschiedlich harten Bereiche des Gefüges so bearbeitet, daß die härteren Bereiche gerade noch, die weicheren aber auch relativ gleichmäßig erfaßt werden, ohne daß es zu Defekten oder Auswaschungen an den Korngrenzen oder an Grenzgebieten kommt. Vorteilhafterweise werden als Aluminiumhydroxid Boehmit und/oder Hydrargillit eingesetzt. Dabei ist die Mischung von Aluminiumhydroxid und Gamma-Tonerde zweckmäßigerweise mittels handelsüblicher organischer Emulgatoren zu einer Paste zu verarbeiten, die beim Poliervorgang problemlos zugeführt werden kann und durch die eine optimale Isolierwirkung durch gleichzeitiges Schmieren und Kühlen der Paste erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

An zwei Beispielen soll die Erfindung näher erläutert werden.

Beispiel 1

Für die Politur einer sphärischen Artikulationsfläche eines künstlichen Gelenkes wird die zu polierende Fläche mittels herkömmlicher Schleif- und Vorpolierverfahren vorgearbeitet, so daß die Teile formgenau und mit einer mittleren Oberflächenrauheit von etwa 0,05 bis 0,1 μιτι vorliegen. Für die erforderliche Politur wird eine Paste verwendet, die aus folgenden Grundbestandteilen besteht: Hydrargillit mit einer freien Oberfläche von 1,5 m² und hochfeine Gamma-TE mit einer freien Oberfläche von 115 m². Die homogene Mischung dieser beiden Substanzen erfolgt im Verhältnis 2:1, so daß der Anteil der Gamma-TE 33 Gewichts-% beträgt. Dieser Ausgangsstoff wird mittels eines handelsüblichen organischen Emulgators, der aus einem Gemisch von Testbenzin, Ammoniak und einer C₁₅-Fraktion eines Karbonsäuregemisches besteht, als Paste angemacht. Im Prinzip gleiche Ergebnisse werden mit einem Emulgator erzielt, der aus einem Gemisch von Testbenzin, Triethanolamin und einer C₂₀-Fraktion eines Karbonsäuregemisches besteht. Da das zu polierende Material (Co-Cr-Gußwerkstoff) in einem Härtebereich von 300 bis 400 HV liegt und der zweiphasige Charakter besonders stark ausgeprägt ist (Unterschiede bis zu 50 Vickerseinheiten), versagen herkömmliche Poliermittel zwangsläufig, und es kommt zu Korngrenzenauswaschungen der sogenannten (härteren) Restkarbide gegenüber den weicheren Bereichen. Poliermittelträger ist ein mittelharter Filz, poliert wird bei in der Poliertechnik bekannten Bedingungen. Nach einer Polierdauer von 20 Minuten erhält man einen Hochglanz, der optisch nicht mehr zu verbessern ist und durch einen Mittenrauhwert von kleiner gleich 0,01 μπι charakterisiert ist (Meßgrenze herkömmlicher Oberflächenmeßgeräte).

Beispiel 2

Für metallografische Schliffe von Co-Cr-Proben zur Aufklärung der interkristallinen Struktur ist es notwendig, nach erfolgter Feinschleifbearbeitung eine möglichst schonende Poliertechnik anzuwenden. Dazu werden die im Beispiel 1 beschriebenen Ausgangsstoffe eingesetzt. Es kommt eine Suspension auf der Basis von Petroleum zum Einsatz, wobei der Anteil der Gamma-TE auf 40% erhöht ist. Damit ist eine sichere und exakte Politur der Anschliffe möglich, es wird ein sogenanntes „Reliefpolieren" der ebenen Fläche, das bei herkömmlicher Paste oft auftritt, vermieden.

Die Polierwirksamkeit des erfindungsgemäßen Poliermittels im Vergleich zu den bekannten Poliermitteln geht aus der nachstehenden Tabelle hervor. Als Meßgerät kam ein Tastschnittmeßgerät zum Einsatz. Die Ausgangsrauhigkeit betrug 0,05...0,10 μιη arithmetischer Mittenrauhwert Ra.

Nr. Poliermittelbezeichnung Poliermittelergebnisse

Ra im μπι

1 Alpha-Tonerde 0,05...0,09

2 Hydrargillit · 0,04...0,06

3 Gamma-Tonerde 0,03...0,05

4 erfindungsgemäßes

Poliermittel 0,01...0,02

Claims

- 1 - ZbZ UST Patentansprüche:

1. Poliermittel aus Tonerde in pasten- bzw. suspensionsförmigen Kompositionen für mehrphasige metallische Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Gemisch von Aluminiumhydroxid und Gamma-Tonerde im Verhältnis 9:1 bis 1:1 besteht, wobei das Aluminiumhydroxid eine freie Oberfläche von 0,5 bis 3 m²/g nach BET und die Gamma-Tonerde eine freie Oberfläche von 80 bis

. 130 mVg nach BET aufweist. " ·
2. Poliermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiumhydroxid Boehmit und/oder Hydrargillit eingesetzt wird.
3. Poliermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in organische Emulgatoren eingebracht ist.