DE19842086A1

DE19842086A1 - Die Endbehandlung von Wolframcarbid-Oberflächen

Info

Publication number: DE19842086A1
Application number: DE19842086A
Authority: DE
Inventors: Frank Harvat Phillips
Original assignee: Imation Corp
Current assignee: GlassBridge Enterprises Inc
Priority date: 1997-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-03-16
Also published as: US6004189A; GB9823432D0; GB2343134A

Abstract

Eine Wolframcarbid-Oberfläche (22) wird durch Schleifen unter Verwendung von Diamantsplitt-Teilchen zu einer RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger endbehandelt. Die Wolframcarbid-Oberfläche wird durch eine Reihe von Splitt-Teilchen enthaltenden Schleifelementen, wie Schleiffolien (26), Pasten oder Aufschlämmungen, geschliffen, wobei wenigstens eines der Elemente einen durchschnittlichen Splitt-Teilchen-Durchmesser von etwa 2 mum weniger hat. Die Endbehandlung wird durch Hin- und Her-Schwingenlassen (36) des Schleifelements über die Wolframcarbid-Oberfläche verstärkt. Es wird eine unterschiedliche Geschwindigkeit für wenigstens zwei aufeinanderfolgende Folien in der Reihe verwendet, wodurch Kratzer bei verschiedenen Winkeln (38, 40) gebildet wurden, die sich unterscheiden lassen. Ein Feinziehschleifen, das einem Fehlen von sichtbaren Kratzern bei 100facher Vergrößerung entspricht, kann durch Schleifen der Wolframcarbid-Oberfläche mit einer Diamant-Aufschlämmung oder -Paste erhalten werden, die Splitt-Teilchen eines durchschnittlichen Durchmessers von etwa 1mum oder weniger aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Endbehandlung von Wolframcarbid-Oberflächen und auf Gegen stände, die eine endbehandelte Wolframcarbid-Oberfläche auf weisen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Ver fahren zur Endbehandlung von Wolframcarbid-Oberflächen durch In-Kontakt-Bringen der Wolframcarbid-Oberfläche mit einer Reihe von in zunehmendem Maße feineren Schleifelementen.

Wolframcarbid-Zusammensetzungen sind zur Bereitstellung von harten, haltbaren Oberflächen brauchbar. Eine besonders wich tige Anwendung für derartige Oberflächen sind Arbeitsgeräte, wie Kalanderwalzen, die bei der Fabrikation verwendet werden. Jedoch benötigen viele Arbeitsgeräte Oberflächen mit sehr glatten Endbehandlungen. Insbesondere Kalanderwalzen, die zum Auftragen von magnetischen Beschichtungen auf ein Band verwen det werden, weisen sehr genaue Glätte-Voraussetzungen auf und haben z. B. eine RMS (root-mean square)-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger. Die RMS-Oberflächenrauhigkeit ist ein Maß der typischen Oberflächenstruktur, die auf dem Gegen stand vorgefunden wird. Oberflächendeformierungen in der Kalanderwalze, wie Krater und Spitzen (z. B. Teilchen, die aus der Oberfläche herausstehen) werden während des Beschich tungsverfahrens auf die magnetische Beschichtung übertragen. Jedoch sollte die Oberfläche des Magnetbandes - nachdem die magnetische Beschichtung aufgetragen worden ist - sehr glatt sein, um das Rauschen zu reduzieren, das durch die Oberflä chendeformationen verursacht wird.

Andere Herstellungsverfahren benötigen auch Kalanderwalzen, die, obwohl sie nicht die Präzision der Magnetband-Walzen benötigen, eine relativ glatte Oberfläche haben sollten. Weiterhin können glatte Oberflächen, die unter Verwendung eines harten, haltbaren Materials hergestellt wurden, bei anderen Anwendungen, wie optischen Anwendungen, brauchbar sein.

Zur Zeit weisen Kalanderwalzen in der Magnetband-Industrie Chrom-Beschichtungen auf, die auch relativ glatte Oberflächen haben. Diese Beschichtungen sind jedoch relativ weich und verschleißen schnell. Weiterhin neigen Chrom-Oberflächen auch zur Rißbildung, die der Oberfläche unter dem Mikroskop das Aussehen eines ausgetrockneten Betts eines Sees erteilen. Diese Risse können auf das Magnetband übertragen werden. Darüber hinaus wurde erkannt, daß Chrom für die Umwelt gefähr lich ist und jetzt durch Vorschriften geregelt wird. Somit besteht ein Bedarf an einer Alternative.

Ein möglicher Ersatz für Chrom ist Wolframcarbid, welches eine härtere und haltbarere Oberflächenbeschichtung für Kalander walzen und andere Werkzeuge bildet. Geeignete Wolframcarbid- Beschichtungen umfassen oft bis zu 40 Gew.-% andere Metalle, wie Chrom, Cobalt und Nickel. Die Zugabe dieser Metalle ver leiht der Wolframcarbid-Beschichtung häufig verbesserte Eigen schaften, wie Haltbarkeit, Härte, und eine verstärkte Bin dungsfestigkeit mit dem Substrat.

Die Wolframcarbid-Beschichtungen sind jedoch häufig gegenüber gegenwärtigen Endbehandlungs-Verfahren empfindlich, und es bestehen Schwierigkeiten, die notwendigen Oberflächenrauhig keits-Anforderungen zu erreichen; insbesondere, wenn ein relativ gleichmäßiges Profil erhalten werden muß. Wenn man versucht, die Wolframcarbid-Oberfläche endzubehandeln, besteht eine Gefahr in der zu starken Bearbeitung (z. B. bei der Ver wendung vieler Schritte, um die Oberfläche endzubehandeln). Das zu starke Bearbeiten einer Wolframcarbid-Oberfläche erhöht typischerweise die Porosität der Oberfläche, da Teile der Oberfläche entfernt werden. Dies ergibt eine erhöhte RMS- Oberflächenrauhigkeit und möglicherweise das Einführen von Kratern in die Oberfläche. Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Endbehandlung von Wolframcarbid-Oberflächen, um die erwünschte Glätte zu erhalten, ohne die Oberfläche zu stark zu bearbeiten und das erwünschte Ziel zunichte zu machen.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Endbehandlung einer Wolframcarbid-Oberfläche auf einem Zylin der, umfassend das In-Kontakt-Bringen der Wolframcarbid-Ober fläche mit einem ersten Schleifelement, während der Zylinder sich dreht. Das erste Schleifelement ist mit Splitt-Teilchen beschichtet und ist zwischen einem Träger und der Wolframcarbid-Oberfläche angeordnet. Der Träger und das Schleifelement schwingen über die Wolframcarbid-Oberfläche mit einer ersten Geschwindigkeit hin und her. Dieses Schwingen bildet ein erstes Markierungs-Muster auf der Wolframcarbid- Oberfläche in einem ersten Winkel in bezug auf die Rotations achse. Danach wird die Wolframcarbid-Oberfläche mit einem zweiten Schleifelement in Kontakt gebracht, das Splitt-Teil chen aufweist, die feiner sind als die Splitt-Teilchen des ersten Schleifelements. Das zweite Schleifelement wird zwi schen einem Träger und der Wolframcarbid-Oberfläche angeord net. Der Träger und das zweite Schleifelement schwingen über die Oberfläche mit einer zweiten Geschwindigkeit hin und her, um ein zweites Markierungs-Muster auf der Oberfläche in einem zweiten Winkel in bezug auf die Rotationsachse des Zylinders zu bilden. Der erste und der zweite Winkel unterscheiden sich um wenigstens 15°, und einer der ersten und zweiten Winkel reicht von etwa 60 bis etwa 90°, und der andere Winkel reicht von etwa 15 bis etwa 75°.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wolframcarbid-Oberfläche, die eine root- mean-square(RMS)-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger hat, umfassend das In-Kontakt-Bringen der Wolfram carbid-Oberfläche mit einem Schleifelement, das Splitt-Teil chen aufweist. Das Schleifelement wird zwischen einem Träger und der Wolframcarbid-Oberfläche gehalten. Der Träger und das Schleifelement schwingen über die Wolframcarbid-Oberfläche hin und her. Diese Stufen werden für jedes Schleifelement in einer Reihe von Schleifelementen wiederholt, bis die Wolframcarbid- Oberfläche eine RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger aufweist. Wenigstens eines der Schleifelemente in der Reihe hat Splitt-Teilchen mit einem durchschnittlichen Durch messer von 3 µm oder weniger.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein endbe handelter Gegenstand, der ein Substrat und eine Oberflächen schicht über dem Substrat einschließt. Die Oberflächenschicht wird aus einer Wolframcarbid-Zusammensetzung hergestellt, die etwa 12 bis etwa 26 Gew.-% Chrom enthält. Die Oberflächen schicht hat eine RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger.

Eine andere Ausführungsform ist ein zylindrischer Gegenstand, der ein Substrat und eine Oberflächenschicht auf dem Substrat aufweist. Die Oberflächenschicht wird aus einer Wolframcarbid- Zusammensetzung hergestellt. Die Oberflächenschicht hat eine RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger, wie durch Lichtstreuung bestimmt wird, und ein Oberflächenprofil, das um etwa ± 0,013 mm oder weniger variiert.

Das oben Gesagte faßt verschiedene Aspekte bestimmter Aus führungsformen unter Einfügen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung zusammen. Diese zusammenfassende Diskussion ist nicht beabsichtigt, jede Ausführungsform oder jedes Merkmal der vorliegenden Erfindung zusammenzufassen oder zu beschrei ben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Apparatur zum Abschleifen einer Wolframcarbid-Oberfläche unter Verwendung einer Schleiffolie.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Apparatur zum Abschleifen einer Wolframcarbid-Oberfläche unter Verwendung einer mit Schleifmittel beschichteten Unterlage, und

die Fig. 3A-3C sind eine Reihenfolge von Draufsichten einer Wolframcarbid-Oberfläche, die unter Verwendung von zwei Schleiffolien, die sich mit verschiedenen Schwingungsgeschwin digkeiten bewegen, abgeschliffen wird.

Eine glatte Wolframcarbid-Oberfläche kann durch In-Kontakt- Bringen der Wolframcarbid-Oberfläche mit jedem Schleifelement in einer Reihe von Schleifelementen gebildet werden. Jedes Schleifelement umfaßt Splitt-Teilchen, die auf jeder Ober fläche des Schleifelements bereitgestellt werden, um mit der Wolframcarbid-Oberfläche in Kontakt zu treten. Beispiele von Schleifelementen schließen Schleiffolien und -aufschlämmungen ein.

Das Schleifelement ist zwischen einem Träger und der Wolframcarbid-Oberfläche angeordnet, und durch den Träger wird ein Druck aufgebracht, so daß zwischen dem Schleifelement und der Wolframcarbid-Oberfläche ein Kontakt hergestellt wird. Der Träger und das Schleifelement schwingen über die Wolfram carbid-Oberfläche hin und her, um die Oberfläche endzube handeln. Diese Arbeitsweise wird für jedes Schleifelement in der Reihe wiederholt. Die Splitt-Teilchen des Schleifelements werden typischerweise feiner, wenn die Reihe voranschreitet.

In einer Ausführungsform wird die Wolframcarbid-Oberfläche auf einem Zylinder gebildet. Wenn der Zylinder sich dreht, schwin gen ein Träger und ein erstes Schleifelement über die Ober fläche, um ein Muster von Kratzern auf der Oberfläche zu bilden. Die Kratzer des Musters sind typischerweise in einem bestimmten Winkel in bezug auf die Rotationsachse geneigt. Der Winkel der Kratzer hängt wenigstens teilweise von den relati ven Geschwindigkeiten der Zylinderrotation und der Schleif elementrotation ab. Nach dem Abschleifen der Oberfläche mit dem ersten Schleifelement wird ein zweites Schleifelement verwendet. Die Schwingungsgeschwindigkeit wird so verändert, daß das Kratzer-Muster in einem Winkel gebildet wird, der von dem ersten Winkel verschieden ist.

Dies erleichtert das Entfernen von Kratzern, die durch das erste Schleifelement verursacht werden, da die Kratzer auf der Wolframcarbid-Oberfläche, die von dem Kontakt mit dem ersten Schleifelement herstammen, gegen das Muster der Kratzer her ausstehen, die von dem Kontakt mit dem zweiten Schleifelement herstammen, weil die Kratzer-Reihen in unterschiedlichen Winkeln vorliegen.

Unter Verwendung der Verfahren der Erfindung können Gegen stände mit einer Wolframcarbid-Oberfläche hergestellt werden, die eine root-mean-square (RMS)-Oberflächenrauhigkeit, R_q, von etwa 25 nm oder weniger und vorzugsweise etwa 13 nm oder weniger haben. Die RMS-Oberflächenrauhigkeit, R_q, ist ein Maß der RMS-Tiefe von Oberflächen-Veränderungen. In einigen Aus führungsformen wird eine Wolframcarbid-Oberfläche eines Zylin ders zu einer RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger und einem Oberflächenprofil von etwa ± 0,013 mm oder weniger endbehandelt.

Es wird angenommen, daß die Erfindung allgemein in einer Vielzahl von Anwendungen brauchbar ist, die aufgrund von glatten Wolframcarbid-Oberflächen vorteilhaft sind. Es wurde gefunden, daß die Erfindung in Verbindung mit Kalanderwalzen und bei deren Herstellung besonders brauchbar und vorteilhaft ist, und in diesem Zusammenhang werden die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung diskutiert. Man wird sich darüber im klaren sein, daß die hierin beschriebenen Techni ken, Vorrichtungen und Gegenstände sich auch auf Wolfram carbid-Oberflächen anderer Gegenstände als Kalanderwalzen oder andere zylindrische Gegenstände anwenden lassen.

Typischerweise wird eine Wolframcarbid-Oberfläche durch Be schichten eines Substrats mit einer Wolframcarbid-Zusammenset zung hergestellt. Eine breite Vielfalt von Substraten kann verwendet werden, einschließlich Keramiken und Metallen. Geeignete Substrate schließen Stahl und andere harte Metalle oder Legierungen ein. Insbesondere ist gehärteter Stahl ein brauchbares Substrat-Material.

Die Wolframcarbid-Zusammensetzung kann eine Anzahl anderer Materialien als Wolfram und Kohlenstoff enthalten. Insbesonde re kann die Zusammensetzung andere Metalle, wie Chrom, Nickel, Titan oder Cobalt, enthalten. In einigen Fällen bilden diese Metalle Carbide oder andere anorganische Verbindungen.

Die Zusammensetzungen können so viel wie 40 Gew.-% anderer Materialien als Kohlenstoff oder Wolfram enthalten. Ein Bei spiel einer geeigneten Wolframcarbid-Zusammensetzung umfaßt etwa 55 bis 80 Gew.-% Wolfram, etwa 12 bis 26 Gew.-% Chrom, etwa 3 bis 10 Gew.-% Nickel und etwa 3 bis 9 Gew.-% Kohlen stoff. Eine andere Wolframcarbid-Zusammensetzung umfaßt etwa 74 bis 92,5 Gew.-% Wolfram, etwa 7 bis 20 Gew.-% Cobalt und etwa 0,5 bis 6 Gew.-% Kohlenstoff. Eine besonders brauchbare Wolframcarbid-Zusammensetzung ist SDG 2005, erhältlich von Praxair Surface Technologies, Inc. (Indianapolis, IN). "Wolf ramcarbid" für die Zwecke der Erfindung umfaßt WC, W₂C, WC_x, worin x zwischen 0,5 und 1,0 liegt, sowie andere Kombinationen von Wolfram und Carbid, und Mischungen von Wolfram mit oben beschriebenen Materialien und dergleichen.

Die Zugabe von Metallen, Legierungen oder anderen Materialien zum Wolframcarbid, um die Wolframcarbid-Zusammensetzung zu bilden, kann Eigenschaften der Wolframcarbid-Oberfläche ver stärken, einschließlich einer verbesserten Haftung der Zu sammensetzung an dem Substrat, der Haltbarkeit und der Härte. Z. B. ergibt die Zugabe von 5-15 Gew.-% Cobalt eine starke, haltbare Substanz, die oft als Sinter-Wolframcarbid bezeichnet wird.

Die Wolframcarbid-Zusammensetzung kann durch eine Vielfalt von Techniken auf das Substrat aufgetragen werden, einschließlich Sprühen, chemischer Dampfabscheidung, physikalischer Dampf abscheidung, Sputtern oder Plasmaabscheidung. Bei einem Ver fahren zum Beschichten des Substrats mit einer Wolframcarbid- Zusammensetzung verwendet man eine Detonationskanone (zuweilen als "D-gun" bezeichnet), wie z. B. in den US Patenten Nr. 4 826 734 und 5 075 129 beschrieben wird. Die Detonations kanone weist eine fluidgekühle Trommel mit einem kleinen Innendurchmesser auf. Ein Brenngas, z. B. eine Sauerstoff- Acetylen-Mischung, wird gezündet, um eine Detonationswelle zu erzeugen, die die Trommel der Kanone herunterwandert. Die Wolframcarbid-Zusammensetzung wird erwärmt und gewaltsam aus der Kanone auf die Oberfläche gespritzt. Die durch dieses Verfahren hergestellte Wolframcarbid-Beschichtung schließt typischerweise mehrfache, überlappende Schichten dünnen Mate rials ein.

Das Plasma-Beschichten ist ein anderes Verfahren zum Abschei den einer Wolframcarbid-Zusammensetzung auf einem Substrat. Die Wolframcarbid-Zusammensetzung wird auf eine Temperatur nahe ihrer Schmelztemperatur oder darüber erwärmt. Ein Plasma gasstrom beschleunigt die Wolframcarbid-Zusammensetzung zum Substrat hin. Beim Zusammenprallen bildet die Wolframcarbid- Zusammensetzung eine Beschichtung, die typischerweise auch mehrfache, überlappende Schichten aus dünnem Material ein schließt.

Die Plasmabschichtungs- und D-Kanonen-Beschichtungsverfahren stellen im allgemeinen eine relativ gleichmäßige Wolframcar bid-Oberfläche bereit. Es gibt typischerweise sehr wenige topographische Unstetigkeiten, wie Spitzen oder Krater, die eine Höhe oder Tiefe aufweisen, die mehrere Male größer sind als die RMS-Oberflächenrauhigkeit, R_q. Das Fehlen topographi scher Unstetigkeiten erleichtert die Endbehandlung der Ober fläche.

Andere Verfahren bilden Unstetigkeiten in der Oberfläche. Diese Unstetigkeiten können gegebenenfalls nicht durch Polier- oder Schleifverfahren entfernt werden. Jedoch mögen solche Unstetigkeiten für mit Wolframcarbid beschichtete Gegenstände nicht wichtig zu sein, die bei Anwendungen verwendet werden, die gegenüber Mängeln relativ unempfindlich sind. Z. B. werden Kalanderwalzen, die bei Papier-Produkten verwendet werden, typischerweise durch derartige Mängel nicht wesentlich beein trächtigt. Demgegenüber sind Kalanderwalzen zum Auftragen von magnetischen Beschichtungen auf ein Band gegenüber den meisten Oberflächen-Mängeln empfindlich. Weil sich große topographi sche Unstetigkeiten schwierig entfernen lassen, sollte eine geeignete Beschichtungstechnik, die den erwünschten Grad an Gleichförmigkeit bereitstellt, ausgewählt werden.

Sobald die Wolframcarbid-Zusammensetzung auf die Oberfläche aufgetragen worden ist, wird die Wolframcarbid-Oberfläche grobgeschliffen. Typischerweise verleiht dieses Grobschleif- Verfahren der Wolframcarbid-Oberfläche eine RMS-Oberflächen rauhigkeit zwischen etwa 1,25-6,5 µm. Standard-Grobschleif- Verfahren und -Vorrichtungen können verwendet werden. Z. B. können Diamantscheiben oder eine Diamantpaste bei einer zylin drischen Standard-Schleifapparatur verwendet werden. Wenn die RMS-Oberflächenrauhigkeit der Wolframcarbid-Oberfläche etwa 1,25 µm oder weniger beträgt, braucht ein Grobschleifen nicht verwendet zu werden.

Zur Bestimmung der RMS-Oberflächenrauhigkeit, R_q, wird Licht an der Wolframcarbid-Oberfläche gestreut, und das Verhältnis des gestreuten Lichts zum reflektierten Licht bestimmt die RMS-Oberflächenrauhigkeit. Ein bestimmtes Instrument zur Durchführung dieser Messung ist ein Streustrahlungsmesser, wie der TMA µScan™ Streustrahlungsmesser (Modell H-670-01) von TMA Technologies, Inc. (Bozeman, MT). Der Streustrahlungs messer emittiert monochromatisches Licht, typischerweise von einem Laser, welches an der Oberfläche reflektiert wird. Das reflektierte Licht, wie auch das gestreute Licht, wird bei zwei oder mehreren Streuungswinkeln gemessen. Die RMS-Ober flächenrauhigkeit, R_q, wird dann berechnet als:

worin λ die Wellenlänge des Lichts (670 nm für den TMA µScan™ Streustrahlungsmesser) ist, P_s die Intensität des gestreuten Lichts ist, und P_r die Intensität des reflektierten Lichts ist.

Andere Techniken und Vorrichtungen können verwendet werden, um die RMS-Oberflächenrauhigkeit zu bestimmen. Jedoch können die erhaltenen Werte von denen abweichen, die durch das oben beschriebene Verfahren gemessen werden.

Nach dem Rohschleifen wird die Wolframcarbid-Oberfläche zu einer RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 13 bis 50 nm poliert. Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Apparatur 21 zum Polieren einer Wolframcarbid-Oberfläche 22, die auf einen zylindrischen Gegenstand 20 beschichtet ist. Der zylindrische Gegenstand wird typischerweise auf einer Drehmaschine (nicht gezeigt) montiert, die den Gegenstand 20 in einer Richtung 30 um eine Rotationsachse 31 dreht.

Das Schleifelement wird mit der Wolframcarbid-Oberfläche 22 in Kontakt gebracht, um die Oberfläche zu polieren. Das in der Fig. 1 illustrierte Schleifelement ist eine Schleiffolie 26. Das Verfahren wird unter Verwendung solcher Folien beispiel haft erläutert, obwohl es klar sein sollte, daß andere Typen von Schleifelementen, wie Schleifmittelpasten oder -aufschläm mungen, auch verwendet werden können. Die Schleiffolie 26 enthält typischerweise viele Splitt-Teilchen, die auf der Oberfläche der Folie abgeschieden sind, die der Wolframcarbid- Oberfläche 20 gegenüber liegt. Diese Splitt-Teilchen sind oft Diamanten oder Diamantfragmente. Die Schleiffolie 26 kann durch die Größe der Splitt-Teilchen charakterisiert werden. Schleifelemente im allgemeinen und Schleiffolien im besonderen werden durch die Maschengröße, durch die eine gegebene Portion der Splitt-Teilchen hindurchgehen kann (z. B. 100 Splitt) und/oder durch einen durchschnittlichen Durchmesser der Splitt-Teilchen (z. B. 3 µm) kategorisiert. Typische Splitt- Teilchen zur Verwendung in der Erfindung haben Splittgrößen von 1 bis 100 µm oder weniger.

Der Kontakt zwischen der Schleiffolie 26 und der Wolfram carbid-Oberfläche 22 wird durch Aufbringen eines Drucks auf die Schleiffolie 26 über eine Auflageplatte 28, die mit der Folie 26 in Kontakt steht, aufrechterhalten. Der Druck, der über die Auflageplatte 28 aufgebracht wird, kann gemäß der erwünschten Abriebmenge der Wolframcarbid-Oberfläche 22 vari iert werden. Wenn jedoch der Druck der Auflageplatte zu hoch ist, dann können sich Anteile der Wolframcarbid-Oberfläche 22 ablösen, was die Porosität der Oberfläche 22 erhöhen kann. Wenn der Druck der Auflageplatte zu niedrig ist, ist kein ausreichendes Polieren der Oberfläche 22 möglich.

Eine Vielzahl unterschiedlicher Auflageplatten 28 kann verwen det werden, wobei jede Auflageplatte eine charakteristische Oberflächenhärte hat. Die Härte der Auflageplatten 28 verdich tet die Abriebmenge und die Größe des Kontakts zwischen der Wolframcarbid-Oberfläche 22 und der Schleiffolie 26. Z. B. deformiert eine weichere Auflageplatte mehr als eine härtere Auflageplatte unter dem gleichen aufgebrachten Druck. Ein Grund für die Verwendung einer weicheren Auflageplatte kann darin bestehen, einen größeren Kontakt zwischen der Schleiffo lie 26 und der Wolframcarbid-Oberfläche 22 bereitzustellen.

Die Härte der Auflageplatte 28 kann z. B. in Form einer Standard-Härtemessung, wie die Rockwell-Standardhärte (ASTM E18-94, Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rock well Superficial Hardness of Metallic Materials, ASTM Band 03.01) oder in Form eines Durometer = Standards (ASTM D 2240-95, Standard Method for Rubber Property-Durometer Hardness, ASTM Band 09.01) beschrieben werden. In dem nachstehend beschriebe nen Beispiel wurde eine GEM-Mikrofeinschliff-Vorrichtung (Grinding Equipment & Machinery Co., Inc. Youngstown, OH) verwendet, um eine Anzahl von Wolframcarbid-Zylindern zu polieren. In der GEM-Mikrofeinschliff-Vorrichtung waren die folgenden Auflageplatten (u. a.) eingeschlossen: eine Aufla geplatte aus rostfreiem Stahl, die eine Rockwell-Härte von 45-50 hat, eine gelbbraune Auflageplatte einer Durometer-Härte von 70D, eine schwarze Auflageplatte einer Durometer-Härte von 70A und eine orangefarbene Auflageplatte einer Durometer-Härte von 30A. Typischerweise wurden die Auflageplatte aus rost freiem Stahl und die schwarze Auflageplatte verwendet. Es können jedoch andere Auflageplatten, einschließlich der oben aufgeführten, verwendet werden.

Der Druck wurde durch die Auflageplatte 28 auf die Schleiffo lie 26 aufgebracht, um einen Kontakt zwischen der Schleiffolie 26 und der Wolframcarbid-Oberfläche 22 herzustellen. Typische Auflageplattendrücke bei der Verwendung dieser Auflageplatten und der oben beschriebenen GEM-Mikrofeinschliff-Vorrichtung reichten von etwa 35 bis 265 kPa, vorzugsweise von etwa 40 bis 140 kPa, und mehr bevorzugt von etwa 45 bis 100 kPa.

Die Schleiffolie 26 schleift die Wolframcarbid-Oberfläche 22 ab, wenn der Gegenstand 20 in einer Richtung 30 um eine Rota tionsachse 31 gedreht wird. Wenn sich der Gegenstand dreht, wird die gesamte Oberfläche des Gegenstandes 20 der Schleiffo lie 26 gleichmäßig ausgesetzt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Gegenstandes 20 kann teilweise gemäß der Art des Gegen standes 20 variieren. Niedrige Geschwindigkeiten sind typi scherweise bei der Endbehandlung der Oberfläche weniger wirk sam, jedoch können hohe Geschwindigkeiten ein Abplatzen oder Reißen verursachen. Eine typische Geschwindigkeit beträgt etwa 30-60 U/min und vorzugsweise etwa 45-55 U/min.

Da die Splitt-Teilchen der Schleiffolie 26 verschleißen oder sich von ihrem Platz entfernen können, wird die Schleiffolie 26 oft derartig in einer Richtung 32 vorwärtsbewegt, daß ein neuer Anteil der Folie regelmäßig der Wolframcarbid-Oberfläche 22 dargeboten wird, um eine relativ gleichmäßige Abriebmenge bereitzustellen. Wenn jedoch die Folien-Vorschubgeschwindig keit zu gering ist, können sich Verschleißteilchen zwischen der Schleiffolie 26 und der Wolframcarbid-Oberfläche 22 an sammeln und zusätzliche Kratzer in der Oberfläche 22 erzeugen. Wenn andererseits die Folien-Vorschubgeschwindigkeit zu hoch ist, dann wird die Folie nicht optimal verwendet, was aufgrund der weniger als optimalen Verwendung der Diamantfolie die Arbeitskosten erhöhen kann. Beispiele geeigneter Folien-Vor schubgeschwindigkeiten reichen von etwa 0,6 bis etwa 36 cm/min, vorzugsweise von etwa 2,5 bis etwa 20 cm/min, und mehr bevorzugt von etwa 5 bis etwa 10 cm/min.

Der Auflageplattendruck und die Folien-Vorschubgeschwindigkeit stehen oft zueinander in Beziehung. Wenn der Auflageplatten druck für eine gegebene Auflageplatte zunimmt, dann kann auch aufgrund des erhöhten Abriebs auf den Splitt-Teilchen bei höherem Druck die Folien-Vorschubgeschwindigkeit erhöht wer den. Bei der GEM-Mikrofeinschliff-Vorrichtung reicht das Verhältnis der Folien-Vorschubgeschwindigkeit (in cm/min) zum Auflageplattendruck (in kPa) typischerweise von etwa 1 : 2 bis etwa 1 : 20, vorzugsweise von etwa 1 : 3 bis etwa 1 : 15, und mehr bevorzugt von etwa 1 : 4 bis etwa 1 : 10. Dies ergibt ein aus reichendes Polieren der Wolframcarbid-Oberfläche 22.

Häufig hat die Schleiffolie 26 eine geringere Breite als der Gegenstand 20. Im Handel erhältliche Folien haben typischer weise Breiten von etwa 10 bis etwa 20 cm. Aufgrund der gerin geren Breite streift die Schleiffolie 26 über die Wolfram carbid-Oberfläche 22 des Gegenstandes 20 in einer Richtung 34, um die gesamte Oberfläche 22 zu polieren. Ein Überstreifen der Oberfläche 22 des Gegenstandes 20 wird oft ein "Durchgang" genannt. Ein Durchgang oder mehrere Durchgänge können mit jeder Schleiffolie 26 erfolgen. Die Anzahl der Durchgänge hängt wenigstens teilweise von der erwünschten Abriebmenge ab.

Die Geschwindigkeit, mit der die Folie 26 über die Oberfläche 22 des Gegenstandes 20 streift, bestimmt auch teilweise die Abriebmenge. Typischerweise ist die Geschwindigkeit des Über streifens (d. h. die Geschwindigkeit der Folie 26 in der Rich tung 34) im Vergleich zu der Rotationsgeschwindigkeit des Gegenstandes 20 in der Richtung 30 langsam. Typischerweise ist die Geschwindigkeit des Überstreifens ausreichend langsam, damit der Gegenstand 20 mehr als 10-100mal in der Zeitspanne rotiert, die erforderlich ist, damit die Folie 26 eine Entfer nung durchwandert, die gleich der Folienbreite ist. Typische Geschwindigkeiten des Überstreifens für die 10 cm bis 20 cm Schleiffolien reichen von etwa 5 bis etwa 25 cm/min, und vorzugsweise von etwa 8 bis etwa 20 cm/min. Die Geschwindig keit des Überstreifens kann so eingestellt werden, daß etwa 150 bis etwa 650 cm²/min der Wolframcarbid-Oberfläche poliert werden. Vorzugsweise werden etwa 190 bis etwa 500 cm²/min, und mehr bevorzugt etwa 250 bis etwa 400 cm²/min der Wolfram carbid-Oberfläche 22 poliert.

Typischerweise wird die Wolframcarbid-Oberfläche durch Ab schleifen der Oberfläche mit einer Reihe von Schleiffolien endbehandelt. Oft schreitet die Reihe der Folien von gröberen zu feineren Splitt-Teilchen fort. In einigen Fällen jedoch ist ein Zurückkehren zu gröberen Teilchen notwendig, wenn tiefe Kratzer in der Oberfläche gefunden werden, oder wenn ein Übergang zu einem anderen Typ von Splitt-Teilchen stattfindet (z. B. ein Übergang von Siliciumcarbid-Schleiffolien zu Diamant-Schleiffolien).

In wenigstens einigen Ausführungsformen wird eine bestimmte Reihenfolge der Folien bereitgestellt, um eine Reihenfolge von Polierstufen zu erreichen. Z. B. kann eine Reihe von Folien eine Folie oder mehrere Folien einschließen, die relativ große Diamant-Splitt-Teilchen aufweisen, um das Muster zu entfernen, das durch die Stufe des rauhen Schleifens zurückgelassen wurde. Die Splittgröße der ausgewählten Folie oder Folien, um die Kratzer des rauhen Schleifens zu entfernen, kann von der RMS-Oberflächenrauhigkeit nach dem rauhen Schleifen abhängen. Folien, die Splitt-Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 30 µm bis etwa 75 µm aufweisen, werden typischerweise für diese Arbeitsweise verwendet.

Dann werden Schleiffolien mit kleinerem Splitt-Teilchen-Durch messer verwendet, um den Gegenstand zu einem bestimmten Ober flächenprofil zu schleifen. Das Oberflächenprofil eines zylin drischen Gegenstandes wird bestimmt, indem man den Durchmesser der Teilchen an verschiedenen Punkten entlang der Achse des Gegenstandes mißt. Das erwünschte Oberflächenprofil wird erhalten, wenn die Durchmesser des Gegenstandes, gemessen an jedem der Punkte, innerhalb einer erwünschten Qualitätsanfor derung gleich sind. In einer Ausführungsform variiert das erwünschte Oberflächenprofil um etwa ± 0,013 mm oder weniger und vorzugsweise um etwa ± 0,005 mm oder weniger. Ein Ober flächenprofil von nichtzylindrischen Gegenständen kann glei chermaßen bestimmt werden. Es können auch andere Messungen der Gleichförmigkeit der Oberfläche verwendet werden.

Ein relativ gleichmäßiges Oberflächenprofil kann durch Polie ren der Oberfläche mit Folien erhalten werden, die Splitt- Teilchen mit durchschnittlichen Durchmessern aufweisen, die typischerweise zwischen etwa 12 µm und etwa 45 µm liegen. Häufig schließt das Polieren der Oberfläche zu einem relativ gleichmäßigen Oberflächenprofil die Verwendung von zwei oder mehr Folien ein, da feinere Splitt-Folien nicht genügend aggressiv sind, um die Oberfläche zu einem erwünschten Profil zu schleifen, und gröbere Splitt-Folien große Kratzer zurück lassen können.

Nach dem Polieren des Gegenstandes zu einem erwünschten Profil wird dann die Wolframcarbid-Oberfläche mit einer oder mehreren feineren Folien geschliffen, um die Kratzer auf der Oberfläche der vorhergehenden Folien zu reduzieren. Diese feineren Folien haben häufig Splitt-Teilchen einer Größe von etwa 30 µm oder weniger. Um das erwünschten Oberflächenprofil und eine RMS- Oberflächenrauhigkeit von 25 nm oder weniger zu erreichen, hat wenigstens eine Folie in der Reihe, vorzugsweise die letzte Folie in der Reihe, Splitt-Teilchen eines durchschnittlichen Durchmessers von etwa 2 µm oder weniger, und mehr bevorzugt von etwa 1 µm oder weniger.

Das Fortschreiten von gröberen Folien zu feineren Folien in der Reihe der Schleiffolien erleichtert das Entfernen von Kratzern. Eine feinere Schleiffolie entfernt typischerweise die tieferen Kratzer, die durch eine gröbere Schleiffolie gebildet wurden, wobei kleinere Kratzer verbleiben. Die Menge des. Abriebs, die notwendig ist, um die tieferen Kratzer zu entfernen, hängt wenigstens teilweise von dem durch den Träger aufgebrachten Druck und den relativen Größen der Splitt-Teil chen der feineren und gröberen Folien ab. Zwei oder mehr Durchgänge mit feineren Folien können erforderlich sein, um die tieferen Kratzer im wesentlichen zu entfernen.

Typischerweise ist es erwünscht, die Gesamtzahl der Durchgänge zu minimieren, da mit jedem Durchgang häufig die Porosität der Oberfläche erhöht wird, da mehr Material von der Oberfläche entfernt wird. Eine Zunahme der Porosität verringert typi scherweise die Haltbarkeit der Wolframcarbid-Oberfläche und kann die RMS-Oberflächenrauhigkeit der Folie erhöhen.

Um die Anzahl der Durchgänge zu minimieren, die für jede Schleiffolie erforderlich sind, können die Folien-Reihen Folien einschließen, die nur geringfügig feiner sind als die unmittelbar vorangehende Folie. Wenn jedoch allgemein die durchschnittliche Splitt-Teilchen-Größe der Folie zu fein ist, dann können mehr Durchgänge erforderlich sein, um die Kratzer zu entfernen; und wenn die durchschnittliche Splitt-Teilchen- Größe der Folie zu groß ist, dann kann ein geringer Unter schied zwischen den Kratzern, die durch die augenblickliche Folie und die vorhergehende Folie gebildet werden, bestehen. So werden die Splitt-Teilchen-Größen der Folien typischerweise in relativ kleinen Stufen zunehmend kleiner. Auf diese Weise werden nur einige wenige Durchgänge, und in einigen Fällen nur ein Durchgang, benötigt, um Kratzer zu entfernen, die durch die vorhergehende Folie verursacht wurden. In einem Beispiel wurde eine Reihe von 6 Folien verwendet, um schrittweise Kratzer zu entfernen. Die 6 Folien haben Splitt-Teilchen- Größen von 15 µm, 12 µm, 9 µm, 6 µm, 3 µm bzw. 1 µm.

Eine zusätzliche Technik, bei der eine schwingende Bewegung der Schleiffolien verwendet wird, kann verwendet werden, um die Anzahl der Durchgänge zu minimieren, die erforderlich sind, um die Wolframcarbid-Oberfläche zu polieren. Gemäß dieser Technik wird die Schleiffolie 26, zusätzlich zu dem Wandern in einer allgemeinen Richtung 34, mit einer schwingen den Bewegung versehen, die schneller ist als die überstreifen de Bewegung über die Wolframcarbid-Oberfläche 22. Typischer weise erfolgt diese schwingende Bewegung in einer Richtung 36, die zu der Rotationsachse 31 des Gegenstandes 20 in etwa parallel ist, obwohl eine schwingende Bewegung in anderen Richtungen auch verwendet werden kann. Diese schwingende Bewegung verstärkt den Abrieb der Wolframcarbid-Oberfläche, da die Folie in einem Winkel, der etwa senkrecht zu der Richtung 30 der Rotation steht, schnell über die Oberfläche geführt wird.

Die schwingende Bewegung verbessert die Fähigkeit zur Be stimmung, ob Kratzer von einer gröberen Schleiffolie durch eine feiner Folie entfernt worden sind, wodurch die Anzahl der Durchgänge, die benötigt werden, um das Entfernen der Kratzer durch gröberen Splitt sicherzustellen, verringert werden. Wenn die Wolframcarbid-Oberfläche 22 durch die Schleiffolie 26 abgeschliffen worden ist, werden häufig Kratzer auf der Ober fläche 22 leicht sichtbar, insbesondere bei Folien mit gröbe ren Splitt-Teilchen. Jedoch kann es schwierig sein, die Krat zer, die durch gröbere und feinere Folien gebildet wurden, von einander zu unterscheiden, obwohl Kratzer von gröberen Folien typischerweise tiefer sind. Idealerweise werden die Kratzer, die durch eine Folie verursacht werden, durch die unmittelbar nachfolgenden Schleiffolien in der Reihe entfernt. Wenn ein Kratzer durch die unmittelbar nachfolgenden Folien nicht entfernt wird, kann es schwierig sein, diesen später zu ent fernen, selbst wenn feinere Folien zum Polieren der Wolfram carbid-Oberfläche verwendet werden. Deshalb kann es notwendig sein, zu den früheren Folien in der Reihe zurückzukehren, um die Kratzer zu entfernen. Dies kann aufgrund der erhöhten Anzahl der Durchgänge, die zum Entfernen der Kratzer benötigt werden, die Oberflächen-Porosität erhöhen.

Durch Variieren des Grads der schwingenden Bewegung kann die Bestimmung des Entfernens der Kratzer durch die feineren Folien verstärkt werden. Wenn z. B. der Gegenstand 20 nicht in Schwingung versetzt wird und die Geschwindigkeit des Über streifens, im Vergleich zu der Rotationsgeschwindigkeit des Gegenstandes 20, gering ist, stehen Kratzer, die durch die Schleiffolie 26 gebildet wurden, in etwa senkrecht zu der Rotationsachse 31. Kratzer, die durch eine Folie erzeugt werden, die in der Richtung 36 schwingt, werden in einem Winkel in bezug auf die Rotationsachse 31 vorliegen. Typi scherweise ist der Winkel umso spitzer, je schneller die Schwingung ist. Wenn somit die Schwingungsgeschwindigkeit zwischen zwei Durchgängen oder zwei Folien verändert wird, dann werden Kratzer, die mit zwei solchen unterschiedlichen Schwingungsgeschwindigkeiten erzeugt werden, in unterschiedli chen Winkeln vorliegen und unterscheidbar sein, wenn die Differenz der Winkel ausreichend ist. Um unterscheidbar zu sein, bilden vorzugsweise die Kratzer einer der Folien ein Muster in einem Winkel von etwa 60° bis zu etwa 90° in bezug auf die Rotationsachse 31 des Gegenstandes 20, und die Kratzer der anderen Folie bilden ein Muster in einem Winkel von etwa 15° bis zu etwa 75°, und mehr bevorzugt von etwa 40° bis etwa 60°, von Rotationsachse 31. Diese zwei Winkel sollten sich um wenigstens etwa 15° unterscheiden, um unterscheidbar zu sein.

Ein Beispiel dieser Technik wird in den Fig. 3A-3C erläu tert. In diesem Beispiel erfolgt ein Durchgang in einer Rich tung 34 (siehe Fig. 1) über die Wolframcarbid-Oberfläche 22 mit einer groben Folie bei einer relativ hohen Schwingungs geschwindigkeit. Dabei bleibt ein Muster von Kratzern 38 mit einem relativ spitzen Winkel in bezug auf die Rotationsachse 31 zurück, wie in der Fig. 3A erläutert wird. Die Wolframcarbid-Oberfläche 22 wird dann durch eine feinere Folie bei einer relativ niedrigen Schwingungsgeschwindigkeit abge schliffen, wobei Kratzer 40 mit einem stumpferen Winkel zu rückbleiben, wie in der Fig. 3B gezeigt wird. Nach einem Durchgang mit der feineren Folie kann der Gegenstand unter sucht werden, und falls noch Kratzer 38 von der gröberen Folie sichtbar sind, wie in der Fig. 3B gezeigt wird, dann können weitere Durchgänge mit der feineren Folie durchgeführt werden, bis die Kratzer 38 von der gröberen Folie vollständig oder fast vollständig entfernt worden sind, wie in der Fig. 3C gezeigt wird. Auf diese Weise können im wesentlichen alle Kratzer durch die unmittelbar nachfolgenden Schleiffolien von einer Folie entfernt werden, ohne daß ein Kratzer ausgelassen wird; falls dies nicht der Fall sein sollte, müßte man zu den vorhergehenden, stärker schleifenden Folien in der Reihe zurückkehren.

In einer Ausführungsform beträgt die Amplitude der schwingen den Bewegung etwa 0,001 bis etwa 0,005% der Breite der Schleiffolie, und vorzugsweise etwa 0,002 bis etwa 0,004% der Breite der Folie. Zusätzlich dazu schwingt die Schleiffolie mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 5 und etwa 40 Schlä gen/Sekunde und vorzugsweise etwa 10 bis etwa 30 Schlä gen/Sekunde. Die Variation der Schwingung kann oder kann nicht für jedes Paare nachfolgender Schleiffolien in der Reihe verwendet werden.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Techniken und Verfahren kann ein wahlweises Verfahren verwendet werden, um die Gleich förmigkeit des fertigen Folie und insbesondere das Oberflä chenprofil der Folie zu verbessern. Typischerweise läßt man die Schleiffolie 26, wenn sie von einer Kante des Gegenstandes 20 zu der anderen Kante streift, nicht über die Kante des Gegenstandes 20 hinausragen, da dies ein Absplittern der Kante des Gegenstandes 20 verursachen kann. Wenn man jedoch die Schleiffolie 26 mit einer konstanten Geschwindigkeit über streifen läßt und nicht mit dem Gegenstand 20 in Kontakt kommen läßt; wenn sie die Kante des Gegenstandes erreicht, dann werden Teile des Gegenstandes 20 in der Nähe der Kanten während einer kürzeren Zeitspanne abgeschliffen als zentrale Teile des Gegenstandes 20. Dies kann z. B. ein Oberflächen profil ergeben, das an den Kanten des Gegenstandes 20 höher ist und in der Nähe des Zentrums des Gegenstandes niedriger ist. Bei vielen Anwendungen, insbesondere bei Kalanderwalzen, die zur Herstellung eines Magnetbandes verwendet werden, sind derartige Oberflächenprofile nicht annehmbar.

Um ein gleichmäßigeres Oberflächenprofil zu erhalten, kann eine Zeit des Überstreifens an jeder Kante des Gegenstandes 20 initiiert werden. Diese Zeit des Überstreifens kann gemäß der Geschwindigkeit des Überstreifens der Folie 26 variieren, sie solle jedoch mit der Zeitspanne übereinstimmen, die in etwa gleich 5-10% der Zeitspanne ist, die notwendig ist, um die Folie eine Entfernung zu bewegen, die gleich ihrer Breite ist. Die Zeit des Überstreifens kann auch dadurch bestimmt werden, daß man das Oberflächenprofil nach jedem Durchgang mißt und demgemäß die Zeit des Überstreifens einstellt. Die Zeit des Überstreifens braucht nicht für jeden Durchgang mit der Schleiffolie 26 initiiert zu werden, jedoch ist dies für Durchgänge besonders brauchbar, die mit Schleiffolien erfol gen, welche gröbere Splitt-Teilchen aufweisen, die dazu nei gen, eine relativ große Materialmenge zu entfernen.

Das Polieren der Wolframcarbid-Oberfläche 22 wird beispielhaft durch Verfahren erläutert, bei denen man eine Schleiffolie 26 verwendet. Jedoch können andere Vorrichtungen als solche, die Schleiffolien einschließen, verwendet werden, um die Wolframcarbid-Oberfläche zu polieren. Z. B. können Splitt- Teilchen an ein Polierwerkzeug gebunden werden, wie eine Walze, die dann die Wolframcarbid-Oberfläche abschleift. Alternativ dazu können die Schleifsplitt-Teilchen eine Kompo nente in einer Paste oder Aufschlämmung sein, die über eine Unterlage oder eine andere Oberfläche, wie die in der Fig. 2 gezeigte, ausgebreitet wird. Diese Vorrichtung wird unten in bezug auf das Feinziehschleifen der Oberfläche ausführlich beschrieben, wenn jedoch Splitt-Teilchen geeigneter Größe verwendet werden, dann kann die Vorrichtung zum Polieren der Wolframcarbid-Oberfläche verwendet werden. Andere Vorrichtun gen und Modifizierungen der beschriebenen Vorrichtungen wer den zum Polieren der Wolframcarbid-Oberfläche 22 auf einem Gegenstand 20 brauchbar sein.

Typischerweise erzeugt das Polieren der Wolframcarbid-Ober fläche zusammen mit dem erwünschten Oberflächenprofil eine glatte Oberfläche, die eine RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 µm oder weniger haben kann. Jedoch können sichtbare Kratzer auf der Wolframcarbid-Oberfläche verbleiben. Es wurde gefun den, daß es schwierig sein kann, diese Kratzer zu entfernen, selbst wenn feinere Schleiffolien verwendet werden. Für viele Anwendungen werden diese Kratzer annehmbar sein. Für Kalander walzen jedoch, die bei der Herstellung von Magnetbändern verwendet werden, und bei anderen ähnlichen empfindlichen Anwendungen ist es notwendig, eine Oberfläche ohne sichtbare Kratzer vorliegen zu haben.

Wenn die Kratzer entweder dem bloßen Auge oder bei einer 100fachen Vergrößerung sichtbar sind, kann ein weiteres Fein ziehschleifen der Wolframcarbid-Oberfläche notwendig sein. Das Feinziehschleifen bezieht sich auf die Endbehandlung der Oberfläche, um eine RMS-Oberflächenrauhigkeit, R_q, bereit zustellen, die etwa 13 µm oder weniger beträgt, und es darf keine Kratzer zurücklassen, die bei einer 100fachen Vergröße rung sichtbar sind.

Ein Verfahren zum Feinziehschleifen einer Wolframcarbid-Ober fläche, die poliert worden ist, wie oben beschrieben wurde, schließt das In-Kontakt-Bringen einer Wolframcarbid-Oberfläche mit einer Splitt-Teilchen enthaltenden Paste oder Aufschläm mung ein, die auf eine Unterlage 42 aufgetragen worden ist, wie in der Fig. 2 erläutert wird. Durch die Unterlage 42 wird ein Druck ausgeübt, um die Wolframcarbid-Oberfläche 22 ab zuschleifen. Das Ausmaß des Drucks, der auf die Unterlage aufgebracht wird, ist ähnlich dem Ausmaß des Drucks, der auf die Auflageplatte aufgebracht wird, die bei den Schleiffolien verwendet wird.

Man läßt die Unterlage 42 in einer Richtung 34 über den Gegen stand 20 streifen, wenn der Gegenstand 20 sich in einer Rich tung 30 um die Rotationsachse 31 dreht. Gegebenenfalls kann die schwingende Bewegung 36 verwendet werden, um den Abrieb der Oberfläche zu verstärken. Es können mehr als eine Paste oder Aufschlämmung und mehr als ein Durchgang angewendet werden. Die Rotationsgeschwindigkeiten, die Zeiten des Über streifens und die schwingende Bewegung sind denen gleich, die oben in Verbindung mit der in der Fig. 1 erläuterten Vor richtung beschrieben werden.

Die Unterlage 42 besteht typischerweise aus Filz, Wolle oder ähnlichen Textilerzeugnissen. Die Paste oder Aufschlämmung schließt typischerweise Diamantsplitt-Teilchen ein, die einen bestimmten, durchschnittlichen Durchmesser haben. Für die Zwecke des Feinziehschleifens beträgt der durchschnittliche Durchmesser der Splitt-Teilchen etwa 1 µm oder weniger, und vorzugsweise etwa 0,25 µm bis etwa 1 µm. Ein Beispiel eines geeigneten Materials ist Hyprez L Diamond Lapping Compound von Engis (Wheeling, IL, USA).

Die Paste oder Aufschlämmung kann auch ein oder mehrere Gleit mittel einschließen, wie Wasser, Polyalkylenglycole, isoparaf finische Kohlenwasserstoffe oder dergleichen. Ein Beispiel eines geeigneten Gleitmittels ist Hyprez OS Lubricant Type IV von Engis (Wheeling, IL, USA).

Obwohl die Bildung einer relativ glatten Wolframcarbid-Ober fläche in bezug auf einen zylindrischen Gegenstand beispiel haft aufgeführt worden ist, ist die Erfindung nicht auf zylin drische Gegenstände eingeschränkt. Viele der hierin beschrie benen Techniken, Vorrichtungen und Materialien können auf Oberflächen von Gegenständen angewendet werden, die andere Formen haben.

Z. B. können Gegenstände mit einer flacheren Oberfläche durch Schleifen mit einem Schleifelement, das über die flachere Oberfläche streift, endbehandelt werden. Eine schwingende Bewegung kann auch mit dieser darüber streifenden Bewegung in einer Richtung kombiniert werden, die z. B. senkrecht zu der überstreifenden Bewegung steht. Dies wird ein Muster von Kratzern in einem Winkel erzeugen, der durch die relativen Geschwindigkeiten der überstreifenden und der schwingenden Bewegungen bestimmt ist. In einigen Fällen kann der Gegenstand bewegt werden oder in Verbindung mit dem Schleifelement bewegt werden, anstatt daß das Schleifelement bewegt wird.

Weiterhin können die oben beschriebenen Verfahren und Techni ken auch verwendet werden, um Wolframcarbid-Oberflächen nach zuarbeiten. Eine derartige Nachbearbeitung ist oft notwendig, da, wenn ein Gegenstand mit einer endbehandelten oder fein geschliffenen Wolframcarbid-Oberfläche, z. B. eine Kalanderwal ze, angewendet wird, in der Wolframcarbid-Oberfläche Kratzer gebildet werden. Wenn die Glätte der Wolframcarbid-Oberfläche nicht mehr den Qualitätsanforderungen genügt, dann wird der Gegenstand typischerweise ersetzt oder nachgearbeitet.

Das Nachbearbeitungsverfahren kann an jedem Punkt der oben beschriebenen Arbeitsweise beginnen. Z. B. braucht die Wolfram carbid-Oberfläche nur mit der Aufschlämmung oder Paste von 1 µm oder weniger feingeschliffen zu werden. Alternativ dazu kann es sein, daß die Oberfläche, ausgehend von z. B. einer 9 µm Schleiffolie, poliert werden muß. In einigen Fällen kann es sein, daß das gesamte Verfahren, ausgehend von der Bildung einer neuen oder zusätzlichen Wolframcarbid-Beschichtung auf dem Substrat, durchgeführt werden muß.

Das folgende Beispiel erläutert eine oder mehrere Ausführungs formen der Erfindung. Alle Messungen und Werte in der vorher gehenden Beschreibung und in dem folgenden Beispiel sind Näherungswerte. Tatsächliche Werte von Apparaturparametern können wenigstens teilweise gemäß der verwendeten, bestimmten Apparatur und dem bestimmten, endzubehandelnden Gegenstand variieren.

Beispiel

Mehrere kleine Zylinder aus gehärtetem Stahl eines Durch messers von etwa 28 cm und einer Länge von etwa 25 cm wurden unter Verwendung einer Detonationskanonen-Beschichtungstechnik mit etwa 125-175 nm Wolframcarbid-Zusammensetzung (SDG 2005, Praxair, Indianapolis, IN, USA) beschichtet. Die Zylinder wurden unter Verwendung einer zylindrischen Standard-Schleif vorrichtung, wie einer solchen, die von TOS/Hostivar (Tschechi sche Republik) hergestellt wird, zu einer Oberflächenrauhig keit von etwa 1,5 µm rundgeschliffen. Die Oberflächenrauhig keit wurde bestimmt, indem man ein TMA µScan™ Scatterometer (Model H-670-01) von TMA Technologies, Inc. (Bozeman, MT, USA) verwendete.

Jeder Zylinder wurde wiederum auf eine Drehmaschine gelegt, die ähnlich derjenigen ist, die von Leßlonde Mankino (Mason, OH, USA) hergestellt wird, und die Wolframcarbid-Oberfläche des Zylinders wurde poliert, indem man ein GEM-Feinstbearbei tungsgerät (Grinding Equipment & Machinery Co., Inc., Youngs town, OH, USA) verwendete. Eine Reihe von Diamantfolien, Imperial Diamond Lapping Films, von 3M Company (St. Paul, MN, USA) wurde verwendet, um die Oberfläche zu polieren. Der Durchmesser der Splitt-Teilchen, die Anzahl der Durchgänge, die Schwingungsgeschwindigkeit, die Auflageplatte, der auf die Diamantfolie über die Auflageplatte aufgebrachte Druck und die Schwingungsgeschwindigkeit für jede Folie werden in der Tabel le 1 bereitgestellt.

Tabelle 1

Polier-Parameter

Jede Folie war etwa 10 cm breit und wurde mit einer Vorschub geschwindigkeit von etwa 5 cm/min vorwärtsbewegt, um auf kontinuierliche Weise dem Wolframcarbid eine neue Schleif fläche darzubieten. Jeder Zylinder wurde mit etwa 45 U/min gedreht, und die Geschwindigkeit des Überstreifens der Schleiffolie über die Wolframcarbid-Oberfläche des Zylinders betrug etwa 13 cm/min. Während des Polierverfahrens wurde Wasser auf kontinuierliche Weise über den Bereich fließen gelassen, an dem der Zylinder und die Schleiffolien aufein andertrafen, um alle Abriebteilchen wegzuwaschen.

Nach dem Polieren wies das Profil jedes Zylinders etwa ± 0,0025 mm auf, und die gemessene RMS-Oberflächenrauhigkeit betrug etwa 13 mm. Jedoch waren noch Kratzer sichtbar.

Die Zylinder wurden dann feingeschliffen. Eine Schleifmittel- Aufschlämmung, Hyprez 1/4 L Diamond Lapping Compound (Engis, Wheeling, IL, USA), mit 0,25 µm Diamantteilchen in einem Paraffinöl/Polyalkylenglycol-Gleitmittel, Hyprez OS Lubricant Type IV (Engis, Wheeling, IL, USA), wurde auf eine harte Filz- Unterlage - etwa 10 cm × 15 cm × 0, 3 cm -, hergestellt aus Schurwolle, aufgetragen. Die Unterlage wurde mit einer Ge schwindigkeit von 13 cm/min über die Oberfläche des Zylinders vorwärts bewegt. Der Zylinder drehte sich mit etwa 45 U/min. Ein Druck von etwa 200 kPa wurde über die Unterlage auf die Aufschlämmung aufgebracht, um die Oberfläche des Zylinders abzuschleifen. Vier bis sechs Durchgänge wurden mit der Unter lage durchgeführt.

Die sich ergebenden, feingeschliffenen, mit Wolframcarbid beschichteten Zylinder hatten eine RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 7,5-9,0 nm und ein Oberflächenprofil von etwa ± 0,0025 mm. Es gab keine dem bloßen Auge erkennbaren oder bei einer 100fachen Vergrößerung unter einem Mikroskop erkennbaren Kratzer.

Claims

1. Verfahren zur Endbehandlung einer Wolframcarbid-Ober fläche (22), die auf einem Zylinder (20) abgeschieden worden ist, umfassend die Stufen

a) des Drehens (30) des Zylinders um eine Achse (31);
b) des In-Kontakt-Bringens der Wolframcarbid-Oberflä che mit einem ersten Schleifelement (26), wobei das erste Schleifelement eine Mehrzahl erster Splitt- Teilchen umfaßt;
c) des In-Kontakt-Bringens des ersten Schleifelements mit einem Träger (28), wobei das erste Schleifele ment zwischen dem Träger und der Wolframcarbid- Oberfläche angeordnet ist, worin der Träger über die Wolframcarbid-Oberfläche mit einer ersten Ge schwindigkeit hin und her schwingt (36), um auf der Wolframcarbid-Oberfläche ein Muster zu bilden, wo bei das Muster in einem ersten Winkel (38) in bezug auf die Rotationsachse gebildet wird;
d) des In-Kontakt-Bringens der Wolframcarbid-Oberflä che mit einem zweiten Schleifelement, wobei das zweite Schleifelement eine Mehrzahl zweiter Splitt- Teilchen umfaßt, wobei die zweiten Splitt-Teilchen feiner sind als die ersten Splitt-Teilchen; und
e) des In-Kontakt-Bringens des zweiten Schleifele ments mit einem Träger, wobei das zweite Schleif element zwischen dem Träger und der Wolframcarbid- Oberfläche angeordnet ist, worin der Träger über die Wolframcarbid-Oberfläche mit einer zweiten Ge schwindigkeit hin und her schwingt (36), um auf der Wolframcarbid-Oberfläche ein Muster zu bilden, wo bei das Muster in einem zweiten Winkel (40) in be zug auf die Rotationsachse gebildet wird;
worin der erste Winkel und der zweite Winkel sich um wenigstens 15° unterscheiden, und einer der ersten und zweiten Winkel von etwa 60 bis etwa 90° reicht, und der andere der ersten und zweiten Winkel von etwa 15 bis etwa 75° reicht.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Verfahren weiter hin die folgenden Stufen umfaßt:
das In-Kontakt-Bringen der Wolframcarbid-Oberfläche mit einem dritten Schleifelement, wobei das dritte Schleif element eine Mehrzahl dritter Splitt-Teilchen umfaßt, wobei die dritten Splitt-Teilchen feiner sind als die ersten und zweiten Splitt-Teilchen; und
das In-Kontakt-Bringen des dritten Schleifelements mit einem Träger, wobei das dritte Schleifelement zwischen dem Träger und der Wolframcarbid-Oberfläche angeordnet ist, worin der Träger über die Wolframcarbid-Oberfläche mit einer dritten Geschwindigkeit hin und her schwingt (36), um ein Muster auf der Wolframcarbid-Oberfläche zu bilden, wobei das Muster in einem dritten Winkel in be zug auf die Achse gebildet wird, worin der dritte Winkel gleich dem ersten Winkel ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Verfahren weiter hin die Stufen der aufeinanderfolgenden Endbehandlung der Wolfram carbid-Oberfläche mit einer Reihe von Schleifelementen, worin die Reihen von Schleifelementen Schleifelemente umfassen, die Splitt-Teilchen mit Durchmessern von etwa 15 µm, 12 µm, 9 µm, 6 µm, 3 µm bzw. 1 µm haben, umfaßt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Verfahren weiter hin
das In-Kontakt-Bringens der Wolframcarbid-Oberfläche mit einer Unterlage (42), worin die Unterlage mit einer Schleifmittel-Zusammensetzung (44) beschichtet ist, wo bei die Schleifmittel-Zusammensetzung eine Mehrzahl von Splitt-Teilchen eines durchschnittlichen Durchmessers von etwa 1 µm oder weniger umfaßt; und
das Bewegens der Unterlage über die Wolframcarbid-Ober fläche
umfaßt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Wolframcarbid- Oberfläche zu einer RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger endbehandelt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Wolframcarbid- Oberfläche frei von Kratzern ist, die bei einer 100fa chen Vergrößerung sichtbar sind.

7. Zylindrischer Gegenstand (70), umfassend
ein zylindrisches Substrat (20); und
eine Oberflächenschicht (22) über dem Substrat, worin die Oberflächenschicht eine RMS-Oberflächenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger hat, und worin die Oberflä chenschicht eine Wolframcarbid-Zusammensetzung umfaßt, die etwa 12 bis etwa 26 Gew.-% Chrom enthält.

8. Zylindrischer Gegenstand (20), umfassend
ein zylindrisches Substrat (20); und
eine Oberflächenschicht (22) über dem zylindrischen Sub strat, worin die Oberflächenschicht eine RMS-Oberflä chenrauhigkeit von etwa 25 nm oder weniger - wie durch Lichtstreuung bestimmt wird - und ein Oberflächenprofil hat, das um etwa ± 0,013 mm oder weniger variiert, worin die Oberflächenschicht eine Wolframcarbid-Zusammenset zung umfaßt.

9. Gegenstand gemäß den Ansprüchen 7 oder 8, worin die RMS- Oberflächenrauhigkeit etwa 13 nm oder weniger beträgt.

10. Gegenstand gemäß den Ansprüchen 7 oder 8, worin die Wolframcarbid-Zusammensetzung etwa 12 bis etwa 26 Gew.-% Chrom, etwa 55 bis etwa 80 Gew.-% Wolfram und etwa 3 bis etwa 9 Gew.-% Kohlenstoff umfaßt.

11. Gegenstand gemäß den Ansprüchen 7 oder 8, worin die Oberflächenschicht kratzerfrei ist, wie durch eine 100fache Vergrößerung ersichtlich ist.