DE2366415C2 - Schneidwerkzeug - Google Patents

Schneidwerkzeug

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DE2366415C2 DE2366415A DE2366415A DE2366415C2 DE 2366415 C2 DE2366415 C2 DE 2366415C2 DE 2366415 A DE2366415 A DE 2366415A DE 2366415 A DE2366415 A DE 2366415A DE 2366415 C2 DE2366415 C2 DE 2366415C2
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Description

Die Herstellung von Schneidwerkzeugen durch Schärfen eines Metallstückes 1st eine alte Technik. Bekanntermaßen wird das Werkzeug aus einem kristallinen Metall hergestellt, das in die erwünschte Form gebracht wird, worauf dann eine Kante geschliffen oder geschärft wird.
Schneidwerkzeuge aus kristallinen Metallen bekommen oftmals nach längerer Benutzung Brüche Im Bereich der Schneidkanten als Folge geringer Härte und Duktilltät. Außerdem sind sie vielfach korrosionsanfällig.
Aus Fizika, Band 2, Suppl. 2 (1970), Selten 1.1 bis 1.4 sind amorphe Legierungen bekannt, für welche aber i
nur elektrische und magnetische Eigenschaften diskutiert sind. Über die für Schneidwerkzeuge wichtigen Eigen- »
schäften finden sich keine Angaben. Weitere amorphe Legierungen, ebenfalls nur unter Angabe elektrischer und magnetischer Eigenschaften, sind In Japan J. Appl. Phys. 10 (1971), Seite 1730 erwähnt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand nun darin. Schneidwerkzeuge mit erhöhter Lebensdauer. Insbesondere mit erhöhter Duktilltät und Korrosionsbeständigkeit, zu bekommen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Schneidwerkzeugen aus einer Nickel, Elsen, Kobalt, Chrom und/oder Vanadium enthaltenden Legierung gelöst, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus einer überwiegend glasartigen Legierung der allgemeinen Formel M6^90X10-Ss bestehen oder einen Überzug aus einer solchen überwiegend glasartigen Legierung aufweisen, worin M Nickel, Eisen, Kobalt, Chrom und/oder Vana-
3Ii dium bedeutet und X Phosphor, Bor, Kohlenstoff, Silicium, Aluminium, Antimon, Zinn, Indium, Germanium und/oder Beryllium bedeutet, wobei M bis zu einem Drittel aus Molybdän, Mangan, Titan, Wolfram und/oder Kupfer bestehen kann.
Glasartige bzw. amorphe Metalle ergeben ein Röntgenstrahlenbeugungsblld ähnlich dem einer Flüssigkeit oder von gewöhnlichem Fensterglas ohne scharfe Banden.
Die amorphen Metalle befinden sich in einem metastabilen Zustand. Beim Erhitzen auf eine ausreichend hohe Temperatur kristallisieren sie unter Entwicklung von Kristallloatlonswärme, und dabei ändert sich das Beugungsbild von einem solchen mit glasartigem zu einem mit kristallinem Charakter.
Außerdem kann zweckmäßig Durchstrahlungselektronenmlkroskople und Elektronenbeugung verwendet werden, um zwischen dem glasartigen und dem kristallinen Zustand zu unterscheiden. |
4ii Die überwiegend glasartigen Legierungen können bis zu 50% In das amorphe Grundmaterial eingelagerte, statistisch darin verteilte Kristallite enthalten.
Glasartige Legierungen können in der Weise hergestellt werden, daß man die geschmolzene Legierung auf einem festen Metallsubstrat, wie Kupfer oder Aluminium, dünn ausbreitet, so daß das geschmolzene Metall seine Wärme an das Substrat verliert. Wenn die Legierung bis zu einer Dicke von etwa 0,005 cm ausgebreitet wird, erhält man Kühlgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 106° C/sec. Hierzu wird auf Mat. ScI. & Eng. 1, Seite 313 (1967) verwiesen, wo die Abhängigkeit der Kühlgeschwindigkeiten von den Kühlbedingungen diskutiert Ist. Jedes Verfahren, das eine geeignet hohe Kühlgeschwindigkeit liefert, kann dabei verwendet werden. Beispiele von Vorrichtungen, die benutzt werden können, um die glasartigen Legierungen herzustellen, Und rotierende Doppelwalzen, die In Rev. Sei. Instrum., 41, Seite 1237 (1970) beschrieben sind, und rotierende
so Zylinder, die In Trans. Met. Soc, AIME 245, Seite 2475 (1969) beschrieben sind.
Stattdessen kann auch eine Niederschlagsmethode verwendet werden, um ein amorphes Metall zu produzieren. Zwei solcher Methoden sind Bedampfen und Aufstäubung. Beim Bedampfen wird das niederzuschlagende Metall in ein Hochvakuum gegeben und auf eine Temperatur erhitzt, bei der der Dampfdruck des Metalles wenigstens 1,3 Pa beträgt. Dieser Dampf wird dann auf ausreichend kalten Oberflächen, die dem Dampf ausgesetzt sind, zum festen Zustand kondensiert. Bei der Metallaufstäubung werden das niederzuschlagende Metall und das Substrat, auf dem das Metall niedergeschlagen werden soll. In ein Teilvakuum gegeben, gewöhnlich In der Größenordnung von 133 Pa. Ein hohes Potential wird zwischen einer Elektrode und dem niederzuschlagenden Metall angelegt, und die durch das hohe Potential erzeugten gasförmigen Ionen treffen auf die Oberfläche des Metalles mit ausreichender Energie, um zu bewirken, daß Atome aus dem Metall In die Dampfphase elntreten. Diese Atome kondensieren dann auf dem Dampf ausgesetzten Oberflächen zum festen Zustand. Sowohl das Bedampfen als auch die Metallaufstäubung sind im einzelnen In Handbook of Thin Film Technology, L. I. Maissei und R. Glang, McGraw Hill, 1970 beschrieben. Auch kann chemisches (nichtelektrisches) oder elektrisches Niederschlagen einer geeigneten Legierungszusammensetzung aus einer Lösung zu einer amorphen Legierung führen.
(>5 Eine Klasse von Schneidwerkzeugen, die von beonderem Interesse 1st, sind Sicherheitsrasierklingen. Diese werden beispielsweise aus einem Streifen oder Blech aus einem amorphen Metall mit einer Dicke von etwa 0,025 bis 0,125 mm hergestellt.
Glasartige Legierungen der oben angegebenen Zusammensetzung sind überraschend gut geeignet als Werk- I
2
stoff oder Überzug für Schneidwerkzeuge, wie Rasierklingen, da sie große Härte, große Festigkeit, hohe Elastizitätsgrenze, große Duktilltät und gute Korrosionsbeständigkeit besitzen.
Streifen, aus denen die Schneidwerkzeuge gemacht werden, können nach verschiedenen Methoden erhalten werden. Am zweckmäßigsten 1st das Abschrecken eines zusammenhängenden Streifens aus der Schmelze, wie beispielsweise durch Verwendung eines Paares rotierender Walzen oder durch Aufspritzen des geschmolzenen Metalles auf die Außenseite eines sich schnell drehenden Zylinders.
Außerdem können Rasierklingen hergestellt werden, indem man auf der gesamten Klinge oder auf den geschärften Kanten aus kristallinem oder amorphem Metall beispielsweise durch Bedampfen oder Metallaufstäubung einen glasartigen Metallfilm niederschlägt.
Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen bestehen vorzugsweise aus 73 bis 84 Atom-96 M und 16 bis in 27 Atom-% X.
Beispiele einiger der bevorzugten Zusammensetzungen sind Ni75PuB6Al3, Nl50Fe28PMB6AI2, Cr24Fe24Nl30PMB4C2Sl2, Fe38Cr38Pi5C4B2Al3, Fe40Ni40PMB6 und Fe30Co20Cr28PMB6Al2.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, ein Metallsubstrat mit einer amorphen Metallschicht, wie beispielsweise durch Metallaufstäubung eines dünnen Filmes (etwa 5 bis 30 nm dick) aus einem Metall, das zu wenigstens 50% glasartig lsi, zu überziehen. Die Zusammensetzungen solcher Überzugslegierungen können jene sein, die oben aufgeführt wurden. Bevorzugte Überzugszusammensetzungen sind beispielsweise Cr80P15B5, Fe20Cr60P20, Cr65Nl10P15Sl10, Cr77Pi3B5Si5, Nl80P20 oder Cr60Nl20Pi5B5.
Beispiel 1
Eine geschmolzene Legierung der Zusammensetzung Nl48Fe3OPt4B6Al2 mit einer Temperatur von 10500C wird unter Verwendung der rotierenden Doppelwalzenapparatur gemäß Rev. Sd. Instrum. 41, Seite 1237 (1970) zum glasartigen Zustand abgeschreckt. Ein Argondruck von 0,5 bar wird verwendet, um das geschmolzene Metall durch eine Öffnung von 0,25 mm im Boden einer gesinterten Kieselsäureröhre In den Spalt der beiden Doppelwalzen mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Länge von 7,5 cm zu spritzen. Die Walzen befinden sich auf Raumtemperatur und rotleren mit etwa 1400 U/min. Eine Kraft von etwa 450 kg wird angewendet, um die Walzen gegeneinander zu drücken. Das geschmolzene Metall wird so zu einem Band mit einer Dicke von 0,05 mm aus amorphem Metall abgeschreckt. Die Kante des Bandes wird so abgeschert, daß man eine gerade Kante erhält, und eine Kante wird geschärft, wie bei Raslerklingen üblich. Beim Schärfen wird Vorsorge getroffen, daß kein Teil des Metallstreifens eine Temperatur oberhalb 340° C erreicht. Die Streifen werden auf die erwünschte Länge für die einzelnen Klingen zerschnitten. Die Klinge kann In dieser Form schon verwendet werden. Sie kann aber nach dem Schärfen noch welter behandelt werden, wie durch Niederschlagen eines glasartigen oder kristallinen Metallfilmes von etwa 15 nm auf der Schneidkante. Dieser Überzug kann durch Metallaufstäubung oder Bedampfen aufgebracht werden.
Beispiel 2
Ein Streifen von 0,1 mm Dicke aus rostfreiem Stahl wird an den Kanten geschärft, um eine Rasierklinge mit einer üblichen scharfen Kante zu bekommen. Eine Legierung der Zusammensetzung Cr78P14B5Sl3 wird durch *o Aufstäubung auf der Kante der Klinge aufgebracht, welche auf einer Temperatur unter 100° C gehalten wird, so daß man einen Metallfilm dieser Legierung erhält, welcher zu mehr als 50% glasartig 1st und eine mittlere Dicke von 20 nm an der Kante der Klinge besitzt. Ein Fluorkohlenstoffüberzug wird auf der Klinge aufgebracht, wie in Beispiel 3 der US-Patentschrift 30 71 856 beschrieben 1st.
Bei anderen Rasierklingen wurde ein glasartiger Metallfilm einer Dicke von 0,05 mm aus Ni50Fe2sP14B6Al2 « oder CrssNlisPuBöSU aufgebracht.
Beispiel 3 bis 8
Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden für die Herstellung von Raslerklingen geeignete amorphe Streifen so aus den In Tabelle I aufgeführten Legierungen hergestellt. Wie angegeben, wurden einige Beispiele mit einem Überzug versehen.
Tabelle
Bsp. Grundkörper Überzug
3 Fe39Ni39Pi6B4Si2
4 Fe39Ni39Pi6B4Si2 Cr80Pi5B5 (Metallzerstäubung)
5 Fe30Ni20Cr28Pi4B6Al2 Cr65Ni10Pi5SiI0 (Metallzerstäubung) und danach mit
Polytetrafluoralkylen überzogen
6 Fe38Cr38Pi5C4B2Al3 Cr80Pi5B5 (Metallzerstäubung) und danach mit
Polytetrafluoräthylen überzogen
7 Ni75Pi6B6SiIAl2 Cr80Pi5B5 (Metallzerstäubung) und danach mit
Polytetrafluoräthylen überzogen
8 Cr40Co36Pi4B6AL, Cr (Metallzerstäubung)
Beispiel
Ein Messer aus rostfreiem Stahl mit einer hochpolierten Fläche wurde durch Waschen mit Trlchloräthylen gereinigt und getrocknet. Ein glasartiger Film aus Cr80P15B5 wurde durch Metallaufstäubung auf der gesamten Klinge aufgebracht. Die Filmdicke betrug 100 nm. Man erhielt so einen relativ zähen und dauerhaften, zerstörungsbeständigen Überzug.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Schneidwerkzeug aus einer Nickel, Eisen, Kobalt, Chrom und/oder Vanadium enthaltenden Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer überwiegend glasartigen Legierung der allgemeinen Formel M6S-9oXio-35 besteht, worin M Nickel, Eisen, Kobalt, Chrom und/oder Vanadium bedeutet und X Phosphor, Bor, Kohlenstoff, Silicium, Aluminium, Antimon, Zinn, Indium, Germanium und/oder Beryllium bedeutet, wobei M bis zu einem Drittel aus Molybdän, Mangan, Titan, Wolfran und/oder Kupfer bestehen kann, oder einen Überzug aus einer solchen überwiegend glasartigen Legierung aufweist.
2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Legle-ung besteht, die 73 bis 84 Atom-% M und 16 bis 27 Atom-% X enthält.
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