DE1461656B - Verschleißfeste Kugel als Schreib kugel fur einen Kugelschreiber - Google Patents

Description

Für die Herstellung einer Schreibkugel von Kugel-Schreibern ist nach der deutschen Patentschrift 974 966 die Verwendung einer Chromlegierung aus 0,1 bis 10% eines oder mehrerer Elemente der Eisengruppe, vorzugsweise Kobalt, sowie Bor, gegebenenfalls zusammen mit Aluminium, Beryllium, Silizium, Germanium, Gallium, Zink oder Indium, einzeln oder zu mehreren, Rest Chrom vorgeschlagen worden, wobei als vorzugsweise Zusammensetzung dieser Legierung 90 bis 92% Chrom, 5 bis 8% Kobalt und 1 bis 5% Bor angegeben ist. Für den angegebenen Verwendungszweck werden für solche Chromlegierungen eine gute Korrosionsfestigkeit, eine hervorragende Härte und Abriebfestigkeit neben ausreichenden Eigenschaften hinsichtlich der Verarbeitbarkeit geltend gemacht, in welchem Zusammenhang als Verarbeitungsschritte ein Verschweißen, ein Beschleifen und ein Zartpolieren angeführt sind.

Gemäß der deutschen Patentschrift 888 518 ist andererseits für die Schreibkugel von -Kugelschreibern vorgeschlagen worden, mindestens deren äußere Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen zu lassen, deren Außenhaut oxydiert oder elektrisch oxydiert ist und vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 3 und 5 Mikron besitzt. Die Herstellung solcher Schreibkugeln, für welche eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen mechanischen und chemischen Verschleiß wegen einer mit jdfer Härte von Korund vergleichbaren Härte der Oberfläche ohne Beeinträchtigung der Glätte der bearbeiteten Oberfläche bzw. wegen einermit der Oberfläche von Korund vergleichbaren chemischen Oberfläche mit einer Unempfindlichkeit gegenüber Säuren und andere Bestandteile zur Verwendung kommender ölartiger oder wäßriger Schreibflüssigkeiten ist jedoch äußerst kostspielig insbesondere hinsichtlich der Aufbringung einer Eloxalschicht auf eine Kugel aus Aluminium als Grundwerkstoff, denn es sind dazu erkennbar eine sehr große Anzahl von einzelnen Arbeitsgängen erforderlich, die in ihren einzelnen Folgeschritten genauestens zu beherrschen sind, um das erwünschte Ergebnis zu erhalten.

Gemäß der deutschen Patentschrift 975 050 ist weiterhin vorgeschlagen, zur Herstellung von Schreibgerätespitzen, also auch zur Herstellung von Schreibkugeln für Kugelschreiber, korrosionsbeständige, naturharte und abriebfeste Legierungen aus 40 bis 97,9% Zirkonium und/oder Titan, in denen' bis zu 80% des Zirkoniums und/oder Titans durch eines oder mehrerer der Metalle Kobald, Nickel, Tantal, Niob, Platin oder andere Elemente der Platingruppe mit der Maßgabe ersetzt sein können, daß der Gehalt an Titan und/oder Zirkonium mindestens 18% beträgt, und aus den Elementen Silicium. Beryllium, Germanium, Mangan, Indium, Zinn Thorium und Aluminium, einzeln oder zu mehreren von 0,1 bis zu insgesamt 5%, Rest mindestens 2 ⁰Zo Wolfram und/oder Molybdän, zu verwenden. Molybdän und/oder Wolfram können bis zu 20% der Gesamtlegierung durch die Metalle Chrom und oder Vanadium ersetzt sein, Kobald und/oder Nickel können andererseits bis zu 5% der Gesamtlegierung durch Eisen ersetzt sein.

Der Erfindung liegt die insoweit im Einklang mit den vorvermerkten, bekannten Vorschlägen stehende Aufgabe zugrunde, für die Schreibkugel von Kugelschreibern einen Werkstoff in Vorschlag zu bringen, welcher neben einer hohen Härte und Korrosionsbeständigkeit insbesondere die Eigenschaft hoher Verschleiß- bzw. Abriebfestigkeit besitzt, da nur dann anerkanntermaßen für solche Schreibkugeln von Kugelschreibern gewährleistet werden kann, daß sie selbst bei sehr schwachem Aufliegen, d. h. bei einem geringen Schreibdruck, einen sauberen, d. h. fleckenfreien, und gleichmäßigen Linienzug gewährleisten. Für die Lösung dieser Aufgabe wird insbesondere auch eine kostensparende, herstellungstechnisch einfache und leicht zu beherrschende Verfahrensweise gegenüber dem vorstehend zuletzt erwähnten bekannten Vorschlag angestrebt, während andererseits gegenüber dem vorstehend zuerst erwähnten bekannten Vorschlag eine erhöhte Korrosionsfestigkeit und eine erhöhte Verschleiß- bzw. Abriebfestigkeit angestrebt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe bedient sich die Erfindung nach ihrem Hauptmerkmal an sich bekannter WC-Co-Legierungen, die bislang wegen ihrer anerkannten, sehr großen Härte ausschließlich für Werkzeuge, insbesondere Schneidwerkzeuge, zur Verwendung kamen, welche im Regelfall keinen besonderen Korrosionsansprüchen unterliegen. Die Untersuchung solcher Legierungen im Rahmen einer Verwendung als Werkstoff für die Schreibkugel von Kugelschreibern hat nun zu der Erkenntnis geführt, daß es infolge korrosiver Einflüsse in solchen Legierungen allmählich zu einem Abbau der Co-Phase kommt mit der Folge eines anschließenden Abbaus der anfänglieh an die Co-Phase gebundenen WC-Phase, Ursache für diesen Abbau können auch galvanische Wirkungen zwischen dem edleren WC und dem weniger edlen Co sein. Wenn man nun einer solchen WC-Co-Legierung, wie dies nach dem Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, einen Kohlenstoffgehalt zwischen 5,00 und 6,12% gibt und gleichzeitig dafür vorsorgt, daß im Kobalt überschüssiges Wolfram aufgelöst ist, wobei in dem Wolframkarbid eine y-Phase enthalten ist, dann erhält man mit einer solchen Legierung als Werkstoff eine Schreibkugel für einen Kugelschreiber, welche sich durch eine überraschend hohe Korrosionsbeständigkeit und insbesondere durch ein.e vielfach gesteigerte Verschleiß- bzw. Abriebfestigkeit auszeichnet.

Es wird ,in diesem Zusammenhang erklärt, daß Patentschutz nur für die gemeinsame Anwendung dieser im Patentanspruch 1 erfaßten Merkmale begehrt wird. Durchgeführte Versuche mit aus derartigen Legierungen hergestellten Schreibkugeln haben bei einem Schreibdruck von 200 g ununterbrochene Schriftzuglängen von mehr als 2000 m ergeben, dabei war die Schreibkugel in eine Kugelfassung aus Messing eingesetzt, und es wurde als zugestandener Grenzwert für das Einsinkmaß der Kugel ein Wert von 0,1 mm festgelegt, denn bei Überschreitung dieses Wertes wurde festgestellt, daß dann ein sauberer und gleichmäßiger Linienzug wegen Unregelmäßigkeiten in der Tintenzufuhr nicht mehr erreichbar ist. Vergleichversuche mit Schreibkugeln aus üblichen Hartlegierungen von WC-Co-Typ, bei welchen im Regelfall der anteilsmäßige Kohlenstoffgehalt oberhalb des theoretischen Wertes von 6,12% liegt, so daß dann in der Legierung freier Kohlenstoff vorliegt, ergaben hingegen ununterbrochene Schriftzuglängen von nur etwa 500 bis 1000 m. Die Erfindung hat also die Erkenntnis gebracht, daß bei Unterschreitung des anteilsmäßigen Kohlenstoffgehaltes unter den theoretischen Wert solche WC-Co-Legie-

rungen überraschend gute Ergebnisse bei ihrer Verwendung als Werkstoff für eine Schreibkugel von Kugelschreibern bringen, in welchem Zusammenhang festzuhalten ist, daß bei geringer werdendem Kohlenstoffanteil der Anteil an überschüssigem Wolfram größer wird und schließlich zum Erscheinen der y-Phase führt, bei deren Vorhandensein dann die besten Ergebnisse hinsichtlich der ein Maß für die Güte einer solchen Schreibkugel bildenden ununterbrochenen Schriftzuglänge erzielbar sind. Wenngleich das erstmalige Auftreten einer solchen y-Phase, bezogen auf den Kohlenstoffgehalt, nicht eindeutig definiert werden kann, weil eine Abhängigkeit von dem Kobaltgehalt gegeben ist, läßt sich hier doch eine empirische Formel aufstellen, und zwar in bezug auf den Anteil an überschüssigem Wolfram in der Co-Phase, welcher bis zu 10% in der Form einer quantitativ festen Lösung betragen kann. Bedeutet α die anteilsmäßige Kohlenstoffverminderung," welche erforderlich ist, um das Erscheinen der y-Phase zu verursachen, wobei dieser Wert α mit 0,006 Co angesetzt werden kann, dann besitzt folgende empirische Formel Gültigkeit

C/WC[°/o] <:6,12-<x

Sobald C/WC [%] den Wert 4 erreicht hat, tritt W₂C zum erstenmal in Erscheinung und verursacht einen Abfall in der mechanischen Festigkeit der Legierung, wodurch diese der Gefahr eines Zerbröckeins ausgesetzt wird. Im Rahmen der Erfindung ist daher- für den Kohlenstoffgehalt der untere Grenzwert von 5,00% angegeben.

Ununterbrochene Schriftzuglängen in der Größenordnung von mehr als 2000 m hat man auch dann erhalten, wenn man der vorerwähnten, das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung bildenden WC-Co-Legierung die Verbingungen TaC, TiC, NbC, HfC und ZrC einzeln oder zu mehreren zusetzte. Dabei erzielte man besonders günstige Ergebnisse, wenn man darauf achtete, daß die y-Phase mindestens teilweise an der Oberfläche der Kugel vorhanden war, was sich durch folgendes, ein Teilmerkmal der vorliegenden Erfindung bildendes Verfahren auf einfachste Art und Weise erzielen läßt. Man bettet die aus einer WC-Co-Legierung hergestellten Kugeln in pulverförmige Tonerde ein und setzt sie dann übereinen Zeitraum zwischen 10 Minuten und 5 Stundbn' bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1300⁰C einer Wasserstoffatmosphäre aus. Auf diese Art und Weise erzeugt man an der Oberfläche der Kugeln die y-Phase, welche bei Betrachtung in einem Mikroskop mit 200facher Vergrößerung als schwarze Zone in Erscheinung tritt, welche sich gegen den im Mikroskop weiß erscheinenden Kern klar abhebt. Eine solche, sich an der Oberfläche absetzende y-Phase ist ihrer Natur nach ein Doppelkarbid aus Co, W und C und kann die Zusammensetzung W₃CO₃C, W₄Co₂C od. dgl. aufweisen, d. h., diese y-Phase ist eine W_xCo^C₂-Verbindung. Nach diesem Verfahren hergestellte Schreibkugeln ergaben eine ununterbrochene Schriftzuglänge von 1000 m bis zum Erreichen eines Einsinkmaßes in der Größenordnung von 0,03 mm, während Vergleichsversuche

ίο mit aus üblichen Hartlegierungen hergestellten Schreibkugeln, wie oben bereits erwähnt, bei Erreichen eines Einsinkmaßes in der Größenordnung von 0,10 mm eine ununterbrochene Schriftzuglänge von nur etwa 500 m ergaben. Im Rahmen weiterer Vergleichsversuche wurde hinsichtlich des Tintenverbrauches festgestellt, daß die aus üblichen Hartlegierungen hergestellten Schreibkugeln einen Anstieg des Tintenverbrauches zu einem Maximalwert bis zu einer ununterbrochenen Schriftzuglänge von 200 m brachten, der Tintenverbrauch ist dann bis zum Ende der Schriftzuglänge abgefallen. Andererseits ergaben die nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schreibkugeln einen nahezu konstanten Tintenverbrauch vom Beginn bis zum Ende des Schriftzuges.

Claims (5)

*' ""* Patentansprüche:

1. Verschleißfeste Kugel als Schreibkugel für einen Kugelschreiber, gekennzeichnet d u r c h die Verwendung einer an sich bekannten WC-Co-Legierung, welche zwischen 5,00 und 6,12% C und im Kobalt aufgelöstes, überschüssiges Wolfram enthält, wobei im Wolframkarbid eine y-Phase enthalten ist.

2. Schreibkugel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung TaC, TiC, NbC, HfC und ZrC einzeln oder zu mehreren zugesetzt ist.

3. Schreibkugel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die y-Phase mindestens teilweise an der Oberfläche der Kugel vorhanden ist.

4. Schreibkugel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß - mindestens eines der Elemente Ta, Ti, Nb, Hf und Zr in der Co-Phase aufgelöst ist.

5. Verfahren zum Hervorbringen der y-Phase über mindestens einen Teil der Oberfläche der Schreibkugel eines Kugelschreibers mindestens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schreibkugel in pulverförmige Tonerde einbettet und dann über eine vorbestimmte Zeit bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1300° C einer Wasserstoffatmosphäre aussetzt.