DD252091A3

DD252091A3 - POLISH

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.The invention relates to a polishing agent of alumina in paste or suspensionsfoermigen compositions for multiphase, metallic systems whose phases have different hardness and ductility. The aim is to achieve Ra values of less than or equal to 0.03 m with a reasonable outlay during high-gloss polishing of such materials, without surface defects and grain boundary washouts occurring. According to the invention, the polishing agent consists of a mixture of aluminum hydroxide (s) and gamma-alumina in the ratio of 0: 1 to 1: 1, wherein the aluminum hydroxide has a free surface of 0.5 to 3 m2 / g BET and the gamma-alumina free surface of 80 to 130 m2 / g according to BET. Particularly suitable is the polishing agent for the polishing of surfaces of artificial joints.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to the composition of a high-gloss polishing agent of alumina in paste or suspension-like compositions for multiphase metallic systems (alloys) of arbitrary surfaces with a selected physical characterization (hardness, toughness, micro-physical structure). Particularly suitable is the high gloss polish for polishing gliding surfaces of artificial joints.

Characteristic of the known state of the art

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.It is well known to use clay as a polishing agent. With their various modifications, the so-called polishing earths are to be found at the transition areas, where it is understood by polishing earth such an alumina, which does not change at the temperatures and pressures occurring during polishing and the metal surface is not substantially abrasive, but exerts a leveling effect ( Burkhart, W. - Modern Grinding and Polishing - Lenze-Verlag, Saulgau Wttbg. 1962, p. 2601). The Alpha-TE represents the largest main group. Their use achieves good results for most technical applications.

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.For the polishing of multiphase metallic systems whose phases have different chemical composition, intergranular structure and consequently also different physical parameters, eg. As hardness and ductility, but there are additional difficulties. Although it is possible with conventional polishing agents to polish multiphase alloys of relatively high hardness and to achieve Ra values of 0.05 μm, scratches on the surface are produced which are easily recognizable with a trained normal-sighted eye. Surface qualities of Ra less than or equal to 0, ΐ) 3 μιη are not or only with unreasonably high time and effort to achieve.

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.For complex eutectic compositions, it is necessary to be able to process the areas of harder structure while still not damaging the areas of softer structure. With conventional polishing agents (pure alpha-TE, mixtures of alpha and beta TE and hydrargillite according to DD 104 315) can not reach the required surface qualities.

Es entstehen zerkratzte (beschädigte) Oberflächen oder es werden Teile der Oberfläche insbesondere in der Nahe von kristallinen Korngrenzen „herausgewaschen".Scratched (damaged) surfaces are formed or parts of the surface are "washed out", especially near crystalline grain boundaries.

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.The use of pure Hydrargillit (DD 104 315) leads to no or low erosion. The introduction of pure beta-TE (DE 3 032 382), however, also brings scratches and defects on the surface.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to achieve Ra values of less than or equal to 0.03 pm with a reasonable outlay in the mirror-finish polishing of multiphase metallic systems whose phases have different hardness and ductility, without such surface defects and grain boundary washouts occurring.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention is therefore based on the object of specifying a polishing agent (in the strict sense a polishing body) of alumina for the described application, the polishing effect on the specific hardness range of the material to be polished and its individual phases between 250 to 400 Vickerseinheiten can be adjusted.

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.According to the invention, the polishing agent consists of a mixture of aluminum hydroxide (s) and gamma-alumina in a ratio of 9: 1 to 1: 1. This corresponds to a proportion of gamma-alumina between 10 and 50% by weight. To be used are an aluminum hydroxide having a free surface area of from 0.5 to 3 m ² according to BET and a gamma-type alumina having a free surface area of from 80 to 130 m ² according to BET. Based on various assumptions, a mean grain size of 0.01 pm can be calculated from the surface value for the gamma-alumina. Fine-milled alpha-alumina with a particle size smaller than 1 μ, however, would already cause scratches on the softer phases of the material.

Gamma-Tonerde ist eine kubische Modifikation des AI₂O₃ und somit kristallografisch bestimmt. Für die Anwendung als PoliermittelGamma alumina is a cubic modification of Al ₂ O ₃ and thus crystallographically determined. For use as a polish

-ι-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.Thus, the clay is sufficiently characterized by the indication of the free surface and the modification. The production process of the alumina plays no role in our experiments for this application, since it does not depend on certain energetic states or lattice defects as in catalysis, but only on the mechanical grain properties that do not vary so much in the given parameters that they have a Have influence on the polishing effect of the powder.

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.Although the gamma-alumina of the required particle size succeeds in presupposing adequate pre-processing of the object to be polished, without secondary damage to the surface the highest surface quality is achieved, but only the mixture of the stated starting materials enables reliable processing with minimal removal but maximum polishing action. By varying the proportion of clay in the toner from 10 to 15% by weight, optimum processing can be carried out depending on the hardness range of the metal. As a result, the different hard areas of the structure are processed so that the harder areas are barely detected, but the softer but also relatively uniform, without causing defects or washouts at the grain boundaries or at border areas. Boehmite and / or hydrargillite are advantageously used as aluminum hydroxide. The mixture of aluminum hydroxide and gamma-alumina is expediently to be processed by means of commercially available organic emulsifiers to give a paste which can be fed without problems during the polishing process and by which an optimal insulating effect is achieved by simultaneous lubrication and cooling of the paste.

Ausführungsbeispielembodiment

An zwei Beispielen soll die Erfindung näher erläutert werden.By two examples, the invention will be explained in more detail.

example 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).For the polishing of a spherical articulation surface of an artificial joint, the surface to be polished is pre-machined by means of conventional grinding and Vorpolierverfahren so that the parts are accurate and with an average surface roughness of about 0.05 to 0.1 μιτι present. For the required polish, a paste is used which consists of the following basic components: hydrargillite with a free surface of 1.5 m ² and high-purity gamma-TE with a free surface of 115 m ² . The homogeneous mixture of these two substances takes place in a ratio of 2: 1, so that the proportion of gamma-TE is 33% by weight. This starting material is prepared by means of a commercial organic emulsifier, which consists of a mixture of white spirit, ammonia and a C ₁₅ fraction of a carboxylic acid mixture, as a paste. In principle, the same results are achieved with an emulsifier which consists of a mixture of white spirit, triethanolamine and a C ₂₀ fraction of a carboxylic acid mixture. Since the material to be polished (Co-Cr cast material) in a hardness range of 300 to 400 HV and the two-phase character is particularly pronounced (differences up to 50 Vickers), conventional polish fail forcibly, and it comes to grain boundary leaching of so-called ( harder) residual carbides compared to the softer areas. Polisher carrier is a medium hard felt which is polished under conditions known in polishing art. After a polishing time of 20 minutes to obtain a high gloss, which is no longer optically to improve and is characterized by a Mittenrauhwert of less than or equal to 0.01 μπι (measuring limit of conventional Oberflächenmeßgeräte).

Example 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.For metallographic grinding of Co-Cr samples to clarify the intercrystalline structure, it is necessary to apply the gentlest possible polishing technique after fine grinding. For this purpose, the starting materials described in Example 1 are used. There is a suspension based on petroleum used, the proportion of gamma TE is increased to 40%. For a secure and accurate polishing of the polished sections is possible, it is a so-called "relief polishing" of the flat surface, which often occurs in conventional paste, avoided.

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.The polishing efficiency of the polishing agent according to the invention in comparison with the known polishing agents is shown in the table below. As a measuring instrument a Tastschnittmeßgerät came used. The initial roughness was 0.05 to 0.10 μιη arithmetic mean roughness Ra.

Nr. Poliermittelbezeichnung PoliermittelergebnisseNo. Polisher name Polishing agent results

Ra im μπιRa in μπι

1 Alpha-Tonerde 0,05...0,091 alpha alumina 0.05 ... 0.09

2 Hydrargillit · 0,04...0,062 hydrargillite · 0.04 ... 0.06

3 Gamma-Tonerde 0,03...0,053 gamma alumina 0.03 ... 0.05

4 erfindungsgemäßes4 according to the invention

Poliermittel 0,01...0,02Polish 0.01 ... 0.02

Claims

- 1 - ZbZ UST Claims :

A polishing agent of alumina in paste or suspension compositions for multiphase metallic systems, characterized in that it consists of a mixture of aluminum hydroxide and gamma-alumina in a ratio of 9: 1 to 1: 1, wherein the aluminum hydroxide has a free surface of 0 , 5 to 3 m ² / g according to BET and the gamma-alumina a free surface of 80 to

, 130 mVg according to BET. "·

2. Polishing agent according to claim 1, characterized in that is used as aluminum hydroxide boehmite and / or hydrargillite.

3. polishing agent according to claim 1, characterized in that the mixture is introduced into organic emulsifiers.