DE10353148A1 - Verfahren zum Herstellen von diamantimprägnierten Funktionsbeschichtungen an Werkzeugen, insbesondere Schleifwerkzeugen - Google Patents

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zum Herstellen von diamantimprägnierten Funktionsbeschichtungen an Werkzeugen, insbesondere Schleifwerkzeugen, wonach im Zuge eines thermischen Spritzverfahrens eine Diamant-Metall-Verbundschicht erzeugt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von diamantimprägnierten Funktionsbeschichtungen an Werkzeugen, insbesondere Schleifwerkzeugen.
• Mineralische Untergründe im Baugewerbe wie auch in der Natursteinbearbeitung erfordern zur Oberflächenbearbeitung diamantimprägnierte Schleifmittel. Die hohe Abrasivität der mineralischen Baustoffe lässt Hartstoffe in beispielsweise Schleifwerkzeugen verhältnismäßig schnell an ihre Leistungsgrenze kommen. Mit Ausnahme von kubischem Bornitrid kommt lediglich Diamant als Hartstoff für die Bearbeitung von mineralischen Baustoffen und Natursteinen in Frage. Einschlägige Werkzeuge, die zum Oberflächenschleifen, Fugensäubern, Trennen, aber auch Glätten, Nachbearbeiten oder Entfernen von Beschichtungen eingesetzt werden, weisen beispielsweise im Vakuumlötverfahren aufgelötete Diamanten oder im Wege des Sinterns erzeugte diamantimprägnierte Segmente auf, die mittels eines Lötverfahrens oder durch Laserschweißen aufgebracht werden. Im ersten Fall finden Diamanten der Korngrößen > 60 μm Verwendung, die zusammen mit einem metallischen Binder auf Co-, Cu- oder Ni-Basis aufgebracht werden. – Diese Fertigungsverfahren unterliegen einer Mehrzahl von prozess- und werkstofftechnischen Schwierigkeiten, z. B. in Bezug auf die Kontrolle von Werkstoffwechselwirkungen untereinander, geringe Flexibilität bei Geometrievariationen sowie fehlende Reparaturmöglichkeiten bei abgenutzter oder beschädigter Werkzeugoberfläche. Die bekannten Konzepte beruhen auf der Überlegung, Diamanten in einem zäheren metallischen Binder einzubetten, der die Diamanten fasst und sicherstellt, dass der einzelne Diamant im Betrieb stets einen ausreichenden Spanraum besitzt. Die löttechnische Lösung verlangt einen mehrstufigen Lötauftrag, der mit einem aufwändigen Positionierprozess der einzelnen Diamanten gekoppelt ist. Die sintertechnische Lösung beruht auf einer pulvermetallurgischen Herstellung einzelner Segmente durch Granulieren, Pressen, Sintern und Nachbehandeln – kombiniert mit einer anschließenden Fügeoperation. Mit beiden Fertigungsprozessen sind qualitätsbestimmende und werkstofftechnologische Probleme verbunden. Dazu gehören beispielsweise die thermische Schädigung der Diamanten beim Löt- oder Sinterprozess bis hin zur Graphitisierung aufgrund hoher Prozesstemperaturen, ferner deutliche Einschränkungen bei der Auswahl geeigneter metallischer Binder aufgrund von Benetzungsproblemen – speziell beim Löten – oder aufgrund ungünstigen Sinterverhaltens.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das gattungsgemäße Verfahren in technologischer und werkstoff- technischer Hinsicht zu verbessern, und zwar insbesondere unter Berücksichtigung verfahrenstechnischer Randbedingungen zur Schichterzeugung sowie technologischer Schichteigenschaften.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von diamantimprägnierten Funktionsbeschichtungen an Werkzeugen, insbesondere Schleifwerkzeugen, wonach im Zuge eines thermischen Spritzverfahrens eine Diamant-Metall-Verbundschicht erzeugt wird.
• Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen erhalten klein- und mittelständische Beschichtungsunternehmen die Möglichkeit, in einen neuen innovativen Wachstumsmarkt einzutreten. Denn im Unterschied zu herkömmlichen Herstellungsverfahren von beispielsweise Schleifwerkzeugen für die Gesteinsbearbeitung kann die thermische Spritztechnik kundenspezifische Produktlösungen generieren, die optimal auf die jeweilige Bearbeitungsaufgabe abgestimmt sind. Vorzugsweise wird im Rahmen der Erfindung die Diamant-Metall-Verbundschicht mittels Hochgeschwindigkeitsverfahren des Detonationsspritzens oder des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens oder auch des Kaltgasspritzens erzeugt. Im Rahmen dieser Verfahren lassen sich die kinetischen Energien der Partikel sowie ihre Partikeltemperatur sehr gut steuern. Die Diamant-Metall-Verbundschicht lässt sich deshalb im Wege eines thermischen Spritzprozesses herstellen, weil die Diamanten nicht thermisch überbelastet werden, zumal an Luft eine Graphitisierung bereits bei ca. 600°C einsetzt. Ferner lässt sich die Auftreffgeschwindigkeit der Diamanten optimieren, so dass ein Zurückprallen beim Auftreffen auf das Substrat vermieden wird. – Zwar ist bereits versucht worden, im Wege des Lasersinterns eine Diamant-Metall-Verbundschicht zu erzeugen, jedoch ist eine aufwändige Abkühltechnik erforderlich, um eine Diamant-Metallbinder-Entmischung zu kontrollieren. Außerdem ist der Lasersinterprozess für flächige Schleifwerkzeuge nicht geeignet. Im Gegensatz dazu ist im Rahmen der Erfindung eine prozesssichere Herstellung auch von flächigen Diamant-Metallverbundschichten möglich. In der einzigen Figur sind entsprechende Diamant-Kupfer-Schichten wiedergegeben. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Diamanten den Beschichtungsprozess ohne Schädigung überstanden haben. Die einzelnen Diamanten sind sehr gut in die metallische Matrix eingebettet. Diamanten der Partikelgrößen 250 μm und 60 μm (Cu-umhüllt) sowie Cu-Pulver wurden im Wege des Detonationsspritzens und Hochgeschwindigkeitsflammspritzens verarbeitet. Die Haftung detonationsgespritzter wie auch im Hochgeschwindigkeitsflammverfahren gespritzter Schichten lässt sich vor allem durch die Temperatur und die Aufprallenergie der Partikel beeinflussen. Beide erfindungsgemäße Verfahren sind geeignet, sehr dichte und festhaftende Funktionsbeschichtungen mit hoher Mikrohärte, Adhäsion, Haftzugfestigkeit und niedriger Porosität herzustellen. Vor allem die Detonationsspritz-Technologie ermöglicht die spritztechnische Verarbeitung großer und speziell auch nicht umhüllter Diamanten. Es zeigen Diamant-Cu-Verbundschichten im Einzelnen
• 1 und 2 Partikelgröße-Diamant: 60 μm, Cu umhüllt nach einer Behandlung im Wege der Hochgeschwindigkeitsflammspritztechnik und
• 3 Partikelgröße-Diamant: 60 μm, Cu umhüllt und
• 4 Partikelgröße-Diamant: 250 μm, beide nach einer Behandlung im Wege der Detonationsspritztechnik.
• Die nach Lehre der Erfindung eingesetzten Hochgeschwindigkeitsverfahren besitzen das Potenzial, einen Paradigmen wechsel in der Herstellung von diamantimprägnierten Werkzeugen und insbesondere Schleifwerkzeugen für die Gesteinsbearbeitung einzuleiten. Hinzu kommt, dass diese thermische Spritztechnik im Unterschied zu den konventionellen Fertigungsprozessen die Möglichkeit bietet, abgenutzte Werkzeuge und insbesondere Schleifwerkzeuge durch Reparaturbeschichtungen wieder aufzubauen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen von diamantimprägnierten Funktionsbeschichtungen an Werkzeugen, insbesondere Schleifwerkzeugen, wonach im Zuge eines thermischen Spritzverfahrens eine Diamant-Metall-Verbundschicht erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamant-Metall-Verbundschicht mittels Hochgeschwindigkeitsverfahren des Detonationsspritzens oder des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens oder des Kaltgasspritzens erzeugt wird.