DE3130605A1

DE3130605A1 - "verfahren zum herstellen eines gemisches"

Info

Publication number: DE3130605A1
Application number: DE19813130605
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokyo Ishizuka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-14
Filing date: 1981-08-01
Publication date: 1982-06-16
Also published as: US4411672A; JPS5739106A; JPH0137444B2

Description

B β β «. φ

β Ο 9 * «Ο Q

Q Λ <3 O OS Q

°⁴ Ludwigshäfen/Rhein, den 29.07.1981 P 5529 I/ber

Vertreter:

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Adolf H. Fischer '.

Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Fischer

Kurfürstenstraße 6700 LudwiRshafen/Rhein

Anmelder;

Hiroshi Ishizuka 19-2, Ebara 6-chome Shinagawa-ku Tokyo, Japan

Verfahren zum Herstellen eines Gemisches

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Gemisches aus Diamanten und gehärtetem Wolframkarbid, ein Material wie es vor allen Dingen als Schleifmittel gebraucht wird, bei Drahtziehwerkzeugen und anderen Werkzeugen, wie sie zu Schleifarbeiten gebraucht werden.

Pulver von besonders harten Materialien, wie z.B.-Diamanten, sind unter Druck und Temperatur mit gehärtetem Wolframkarbid als Trägermaterial zu einem einheitlich zusammengesetzten Werkstoff verarbeitet worden, um Schleifwerkzeuge damit auszurüsten. In solchen Fällen wird ein metallisches Material als Bindemittel zwischen den Diamantpartikelchen herangezogen und auch dazu die Diamantenmasse auf dem gehärteten Wolframkarbid festzulegen. Dabei wird ein metallisches Material verwendet, das hauptsächlich aus Kobalt besteht, besonders in einer Mischung aus Wolframkarbid mit Kobalt oder alternativ" einer Tantalfolie, die zwischen den beiden benachbarten Körpern vorgesehen wird. Solche Techniken sind z.B. bekannt aus den US-Patentschriften 3,74-5,623 und 4,063,909.

Da die Härte des so erhaltenen Mischprodukts mit der zunehmenden Menge der metallischen Phase, die zu den Diamantenpartikeln zugefügt wird, abnimmt, erhält man einen guten Verschleißwiderstand nur dann, wenn man diesen Metallzusatz in sehr begrenzter Menge verwendet, damit man eine möglichst •hohe Härte und eine möglichst starke Bindung zwischen den Partikeln erhält.

Es gibt verschiedene derartige bekannte Produkte, die jedoch

keine sehr große Härte besitzen. Zum Beispiel wird in der US-Patentschrift 3,745,623 eine einheitlich gebildete Mischung, als Werkzeugeinsatz, von Diamanten beschrieben, die auf einem Träger von gehärtetem Wolframkarbid festgelegt sind. Die Erzeugung erfolgt so, daß pulverisierte Diamanten auf einem Block aus Wolframkarbid und Kobalt aufgebracht werden.· In diesem Fall dient die flüssige Phase eines Metalls als Binder zwischen den benachbarten Diamantpartikeln und zwischen den Diamanten und den Wolframkarbid-Kobalt-Körpern, was hauptsächlich für das Kobalt aus der Karbid-Kobalt-Mischung gilt und in einer unregulierbaren Menge zu den Diamanten hinzugefügt wird, wobei man eher eine größere Menge der metallischen Phase inmitten der Diamantenpartikel der erhaltenen Mischung hat, was unvermeidbar eher zu einem Abnehmen der.Härte führt.

Hinzu kommt, daß die gebrauchte Temperatur für das Sintern der Kobalt-Karbid-Mischung 1500 bis 1600° C betragen muß und daß ein entsprechend hoher Druck gebraucht wird, um die notwendige Kombination von Druck und Temperatur in der thermodynamisehen Stabilitätsregion des Diamanten des Kohle-Fhasen-Diagramms zu bekommen.

Andererseits wird in der US-Patentschrift 4,063,909 ein Prozess beschrieben, bei welchem pulverisierte Diamanten, die mit Partikeln eines Bindematerials wie Kobalt vermischt sind, zusammen mit einem Hartlotmaterial, wie z.B. Tantalmetall, behandelt wird und als Träger gehärtetes Wolframkarbid dient. Die erhaltenen Anhäufungen zeigen eine Struktur, bei welcher die Diamantpartikel mit der Kobaltphase miteinander verbunden sind und die Diamanten und die Wolframkarbidkörper sind mit Hilfe eines stark bindenden Tantalkarbids mit jedem der Diamanten und dem Wolframkarbid verbunden. In diesem Fall, ähnlich dem vorhergehenden, erfordert der Prozess eine Temperatur, die oberhalb des eutektischen Punktes des Kobalt-

Karbon-Systems liegt und auch dementsprechend einen hohen Druck, so daß die Behandlung in der Stabilitätsregion des Diamanten vor sich geht.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen mit dessen Hilfe ein Material aus einer Mischung von Diamanten und gehärtetem Wolframkarbid erzeugt wird, welches eine entsprechende Härte für die Verwendung als Schleifmaterial aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe wurde erfindungsgemäß nun dadurch gefunden, daß pulverisierte Diamanten zu einem Gemisch von Wolframkarbid und Kobalt gebracht werden, wobei diese Diamanten und das Gemisch durch ein zweites metallisches Material voneinander getrennt sind, das einen Schmelzpunkt' besitzt, der in einem Abstand unter einem eutektischen Punkt von Wolframkarbid und Kobalt liegt, worauf diese Mischung auf eine Temperatur gebracht wird, bei der dieses zweite Metall schmilzt, die aber nicht so hoch ist, um das Zusammenschmelzen von Wolframkarbid und Kobalt zu bewirken, wobei dies in einem Druck-Temperatur-Bereich des Kohlephasendiagramms erfolgt, in dem der Diamant thermodynamisch stabil ist, so daß sich sowohl Diamantpartikel miteinander verbinden können, als auch Diamanten und Gemisch und daß so das Rückgewinnen des zusammengeklumpten Gemisches von Diamanten und gehärtetem Wolframkarbid erfolgt.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann man so vorgehen, daß das zweite metallische Material eine Legierung auf Kobaltbasis ist, oder daß das zweite metallische Material eine Legierung auf Nickelbasis ist; gegebenenfalls kann man das zweite metallische Material hauptsächlich aus Kobalt, Nickel und Eisen nehmen.

β 4

«β ♦ e

O β β «

-Jcr-

In manchen Fällen wird es vorteilhaft sein, daß das zweite metallische Material wesentlich aus Nickel und Eisen besteht, oder in anderen Fällen wesentlich aus Kobalt und Eisen besteht. .

Nach einer weiteren Verfahrensmöglichkeit kann man auch so vorgehen, daß dem zweiten metallischen Material wenigstens eine kleine Menge eines Metalls zugesetzt ist, um ein . stabiles Karbid zu bilden; gegebenenfalls kann der metallische Zusatz aus der Gruppe von Chrom, Titan und Tantal ausgewählt werden.

Schließlich kann man erfindungsgemäß auch so vorgehen, daß die Mischung aus Wolframkarbid und Kobalt hart gesintert wird, bevor sie mit den Diamanten zusammengebracht wird.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt kann man die Mischung aus Volframkarbid und Kobalt schwach sintern, bevor sie mit den Diamanten zusammengebracht wird.

im Zuge der Erfindung kann man verschiedene Metalle verwenden, bei denen ein eutektischerPunkt mit dem Kobalt-Kohle-System tiefer liegt als dies bei Wolfram mit diesem System der Fall ist. Inmitten dieser Metalle sind die auf Kobalt- oder Nickol-Basis gegebenen Legierungen besonders zu bevorzugen und die Mischungen Fe-36 Ni und Fe-29 Ni - 17 Co sind wohl einige der wichtigsten Beispiele hierfür (die Verhältnisse sind in Gewichtsprozenten, wie üblich, angegeben).

Um ein stabiles Karbid zu erhalten wird Material wie z.B. Chrom, Titan und Tantal beigefügt, zumindest.in einer so kleinen Menge zu dem zweiten metallischen Material, so daß dadurch die Tendenz des Springens und/oder des Zerfalls der einheitlichen Mischung vermindert wird. Die zusätzlichen

» ·· Oa ο β· ο β ·

- r- s

Metalle können auf verschiedene Art und Weise zugesetzt . werden. Man kann sie als Legierungen mit Kobalt oder Nickel als zweites metallisches Material zufügen, man kann sie als Blech oder als Brocken oder feines Puder oder Folie verwenden. Für diese Zusätze ist es eine Notwendigkeit, daß sie jeweils den Umständen entsprechend bei einer Temperatur weit unterhalb des eutektisehen Punktes des Wolfram-Karbid-Kobalt-Systems schmelzen und geschmolzen katalytisch sind für die Umwandlung von Graphit in Diamant.-·

Die Verwendung derartiger Metalle mit oder ohne den Zusatz, die zwischen die Masse der Diamanten und die Mischung von Wolframkarbid und Kobalt plaziert werden, erlaubt einen Sinterungsprozess der gesamten Masse und zwar bei einer Temperatur, die tief genug ist, daß jedes .Einströmen von legierter Kobaltschmelze aus der Mischung vermieden wird, so daß die Diamantpartikel miteinander durch eine vorbestimmte Menge von Metall verbunden werden, und als ganzes mit der Mischung, um einen. Träger zu bilden.

Die Kombination der Druck-Temperatur-Bedingungen für dieses Verfahren verstehen sich in einer thermodynamisch stabilen Diamant-Region des Kohle-Phase-Diagramms, wie es von R.Berman und .Sir F. Simon in der Zeitschrift für Elektrochemie, Band 59, Nr. 5, 1955, Seiten 333-338 und von G, Scott Kennedy und George C. Kennedy im "Journal of Geophysical Research, Band 81^ Nr. 14, 1976, Seiten 2467-69 definiert wurde.

Beispiel 1

Ein hohler Zylinder aus NaCl mit einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Länge von 12 mm ist beschickt mit einer .1,5 mm dicken hart gesinterten WC-8% Co (gewichtsmäßig) Scheibe,

einer 0,1 mm dicken Kobaltscheibe, einer 0,05 mm dicken Tantalfolie und einer 0,6 mm dicken Lage von 200/300 Maschen (Tyler) Diamantpulver, jedes 10 mm im Durchmesser, in dieser Reihenfolge van der Mitte gegen jedes der Enden des Zylinders. Der so gefüllte Zylinder wird an jedem öffnungsende mit einem NaCl-Stopfen verschlossen und er wird dann einem ultrahohen Druckapparat angeschlossen, wie er in der US-Patentschrift 3» 988,087 beschrieben ist und der für die Behandlung unter einem Druck ungefähr 55 Kb dient, wobei gleichzeitig eine Temperatur von etwa 1350° 0 für fünf Minuten vorherrscht. Beide Mischprodükte, die aus der Reaktionsmasse gewonnen wurden, zeigen eine Härte (Knoop) zwischen 6,000 bis 8,000.

Hinweis

Eine Zylinderanordnung wie vorstehend beschrieben, jedoch ohne Kobalt- und Tantalscheiben, wird fünf Minuten lang einer kombinierten Druck- und Wärme-Behandlüng unterworfen, etwa 60 Kb und 1500° C. Man erhält auf diese Art eine Knoophärte von etwa 4-,00O bis 5,000.

Beispiel 2 · .

Der Vorgang von Beispiel 1 wird wiederholt und zwar mit der umgekehrten Anordnung der Kobalt- und Tantalscheiben. Das Härteergebnis ist im wesentlichen das gleiche wie bei Beispiel 1.

Beispiel 3

Ein hohler Zylinder aus dem gleichen Material und den gleichen Abmessungen wie in Beispiel 1 wird mit einer schwach gesinterten Mischung von WC-8% Co von 2 mm Dicke, einer 0,2 mm dicken Scheibe von Kovar-Legierung (Pe-29 Ni - 17 Co) und einer 0,6 mm dicken Lage von 100/200 Maschen (Tyler) Diamantpulver, jedes 10 mm im Durchschnitt, in dieser Reihenfolge von der Mitte gegen die beiden Enden des

Zylinders beschickt. Wenn der Zylinder so beschickt ist wird er mit einem HaCT-Stopfen verschlossen und einem Druck von ungefähr 57 Kb unterworfen und gleichzeitig einer Temperatur von ungefähr 1.400° G und dies drei Minuten lang. Beide Mischprodukte haben dann eine Knoophärte von 5,800.

Beispiel 4- · .

Der Ablauf gemäß Beispiel 3 wird wiederholt mit einem Zusatz von etwa 1 % Chrompartikeln, gewichtsmäßig relativzu der Legierung,..die zwischen dein letzteren und den Diamanten verteilt sind. Die erhaltenen Gemische haben eine Härte etwa in der selben Höhe wie in Beispiel 3 angegeben, keinerlei Risse oder Zerfall.

Beispiel 5

Der Vorgang gemäß Beispiel 3 wird wiederholt, doch wählt man als Diamantpartikel sehr viel feinere Teile von 12 bis 23 JLVTfi- und eine Invar-Legierung (Fe-36 Ni) für die entsprechenden Materialien. Die Ergebnisse sind in etwa die gleichen wie in Beispiel 3 angegeben.

Beispiel 6 - · ■

Es wird ein VerfaTirensgang durchgeführt, ähnlich dem in Beispiel 1 angegeben, mit der Ausnahme, daß eine Titanfolie in Höhe von 1 Gewichtsprozent bezogen auf das Legierungsmaterial, zugesetzt wird und zwar zwischen das Letztere und die Diamanten. Die so erhaltenen Produkte haben eine ausgezeichnete Härte, wie bei Beispiel 5» sind frei von Rissen . •und Zerfall.

■ . ■ ■ - 10 -

ώ * w ρ » α «>

Wie oben im einzelnen dargelegt,gestattet es die Erfindung ein flüssiges Bindemittel zu verwenden für die Bindung der Diamantpartikel sowohl miteinander als auch für die Diamanten mit den Wolframkarbid-Körpern und dieser flüssigen Phase bei einer Temperatur unterhalb derjenigen vorzusehen, wo die Mischung unter den vorliegenden Arbeitsbedingungen sich zu verflüssigen beginnt. Auf diese Art erlaubt die Erfindung Mischprodukte von Diamanten und gehärtetem Wolframkarbid einer wesentlich verbesserten Härte zu erzielen, oder, in anderen Worten, einen verbesserten Verschleißwiderstand, in dem jedes metallische Einströmen von der Mischung verhindert wird, um effektiv das metallische Volumen zu regulieren zwischen den nebeneinanderliegenden Diamantpartikeln und zwischen der Diamantenmasse und der Mischung von Wolframkarbid und Kobalt.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines Gemisches aus Diamanten und gehärtetem Wolframkarbid, dadurch gekennzeichnet, daß pulverisierte Diamanten zu einem Gemisch von Wolfrarakarbid und Kobalt gebracht werden, wobei diese Diamanten und das Gemisch durch ein zweites metallisches Material Voneinander getrennt sind, das einen Schmelzpunkt besitzt, der in einem Abstand unter einem eutektischen Punkt von Wolframkarbid und Kobalt liegt, worauf diese Mischung auf eine Temperatur gebracht wird, bei der dieses zweite Metall schmilzt, die aber nicht so hoch ist, um das Zusammenschmelzen von Wolframkarbid und Kobalt zu bewirken, wobei dies in einem Druck-Temperatur-Bereich des Kohlephasendiagramms erfolgt, in dem der Diamant thermodynamisch . . stabil ist, so daß sich sowohl Diamantpartikel miteinander verbinden können', als auch Diamanten und Gemisch und daß so das Rückgewinnen des zusammengeklumpten Gemisches von Diamanten und gehärtetem Wolframkarbid erfolgt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das- zweite metallische Material eine Legierung auf Kobaltbasis ist.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• das zweite metallische Material eine Legierung auf Nickelbasis ist.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite metallische Material hauptsächlich aus Kobalt, Nickel und Eisen besteht.
5) Verfahren nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß das zweite metallische Material wesentlich aus Nickel besteht.

r m β
6) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite metallische Material wesentlich aus Kobalt und Eisen besteht.
7) Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten metallischen Material wenigstens eine kleine Menge eines Metalls zugesetzt ist, um ein stabiles Karbid zu bilden.
8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß der metallische Zusatz aus der Gruppe von Chrom, Titan und Tantal ausgewählt ist.
9) Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Wolframkarbid und Kobalt hart gesintert wird, bevor sie mit den Diamanten zusammengebracht wird.
10) Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Wolframkarbid und Kobalt schwach gesintert wird, bevor sie mit den Diamanten zusammengebracht wird.