DE4440544C2 - Gesinterter Hartstofformkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Gesinterter Hartstofformkörper und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
- Publication number
- DE4440544C2 DE4440544C2 DE4440544A DE4440544A DE4440544C2 DE 4440544 C2 DE4440544 C2 DE 4440544C2 DE 4440544 A DE4440544 A DE 4440544A DE 4440544 A DE4440544 A DE 4440544A DE 4440544 C2 DE4440544 C2 DE 4440544C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- hard material
- sintering
- hard
- silicon
- compounds
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Pulvermetallurgie und der Chemie. Sie
ist vorteilhafterweise dort anwendbar, wo von Schneidwerkzeugen, Kalt- und
Warmumformwerkzeugen und ähnlichen extrem auf Verschleiß beanspruchten Teilen
gleichzeitig hohe Härte, Zähigkeit, Steifigkeit und Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere bei hohen Temperaturen gefordert werden. Die Erfindung betrifft einen
zu Formkörpern sinterbaren Hartstoff und ein Verfahren zur Herstellung von
Hartstoffen bzw. Hartstofflegierungen mit extrem niedrigem Bindemetallgehalt bzw.
solchen ohne Bindemetallzusatz.
Um eine Verbesserung in den Eigenschaftsrelationen von Hartmetallegierungen zu
erreichen, sind in den letzten Jahren mehrere Wege beschritten worden. Ein Weg ist
die Verwendung von Feinstpulver bis hin zu nanostrukturierten Hartstoffpulvern [L.
Wu, J. Lin, B. K. Kim, B. M. Kear and L. E. Mc Candlish: Grain Growth Inhibition in
Sintering of Nanostructured WC-Co-Alloys, Proceedings of the 13th International
Plansee Seminar, Reutte (1993) Vol. 3, p 667/679]. Bisherigen Lösungen überlegene
Härte- und Verschleißeigenschaften sind das Ziel solcher Untersuchungen. Sie haben
den Nachteil, daß immer noch erhebliche Anteile von Bindemetall erforderlich sind
und die Inhibierung des Kornwachstums extra Zusätze erfordert.
In EP 0 559 901 A1 wird eine Hartlegierung beschrieben, die aus mehreren
Hartstoffphasen der Carbide, Nitride und Carbonitride der Metalle aus der IV., V. und VI.
Nebengruppe des Periodensystems der Elemente mit einem Gehalt an dem
Bindemetall Cobalt von mindestens 0,2 M%, aber weniger als 2 M% besteht. Die
Merkmale dieser Erfindung beruhen auf einer Grundkomposition, die durch
vorstehenden Co-Gehalt von mindestens 0,2 M% sowie durch beträchtliche Zusätze
von Mo und Mo2C (2-7 M%) und von geringen Zusätzen an VC bzw. Chromcarbid
(0,2-0,6 M%) charakterisiert ist. Diese Zusätze sind notwendig, um die
Sinterfähigkeit des Stoffsystems bis zu einer ausreichenden, für die heißisostatische
Nachverdichtung erforderlichen Verdichtung zu gewährleisten, das Auftreten von
freiem Kohlenstoff in der Hartlegierung zu verhindern und das Kornwachstum zu
hemmen. In diesem Zusammenhang scheinen sich bildende Phasen der Art CoxWyCz
und W2C eine entscheidende Rolle zu spielen.
Die Zusätze müssen in einem sehr Zeit- und energieaufwendigen Mahlprozeß, bei
dem eine Kontamination des Versatzes durch Abrieb von der Mahlgarnitur erfolgt,
eingebracht werden. Die Mängel der bekannten technischen Lösungen liegen vor
allem darin begründet, daß zum Erreichen einer ausreichenden Verdichtung durch
Sintern immer noch erhebliche Anteile von Bindemetall erforderlich sind. Außerdem
werden in beträchtlichem Umfang Zusätze benötigt, um negativen Erscheinungen wie
dem Kornwachstum, dem Entstehen oder dem Verbleib von freiem Kohlenstoff
entgegenzuwirken. Die homogene Verteilung der Zusätze in der Hartstoffmischung
bereitet erhebliche Probleme und erfordert Zeit- und energieaufwendige
Mischmahlprozesse. Die Potenzen der Hartstofflegierungen hinsichtlich der
Kombination von Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit können nur ungenügend
ausgeschöpft werden.
Darüber hinaus sind auch in JP 54134719 A in Derwent Abstract Nr. 79-866088/48,
DE-Z.: Hans Grewe und Johannes Kolaska "Werkstoffkunde und Eigenschaften von
Hartmetallen und Schneidkeramik", VDI-Z (1983) Nr. 18-September (II), S. 699 bis
709 und US 4923 512 Lösungsmöglichkeiten beschrieben, die jedoch alle gemeinsam
zwingend eine Bindemetallphase (meist Co) erfordern, was die gleichen Nachteile,
wie sie bereits oben zu der Lösung gemäß EP 0559 901 A1 genannt wurden, mit sich
bringt.
Darüberhinaus ist aus EP 0412 428 A1 eine Lösung bekannt, bei der Si beim
Herstellungsverfahren für Formkörper aus Hartstoffen zugegeben wird. Dabei wird
von einer Mischung aus einer siliciumorganischen Verbindung und einem metallischen
Füllstoff ausgegangen, wobei der Anteil siliciumorganischer Verbindungen um 33%
beträgt. Mit einem derartigen Verfahren sind jedoch nur Hartstofformkörper mit
schlechten Dichten und schlechten Werten für Härte, Verschleißfestigkeit und
Zähigkeit zu erhalten.
Außerdem geht aus JP 61 006 169 A1 in Derwent Abstract Nr. 86-0523 47/08 ein
gesinterter Hartstofformkörper hervor, der kein Bindemetall enthält. Diese
Hartstofformkörper enthalten bervorzugt einen oder mehrere Hartstoffe des Titans, sie
sind demzufolge an den Hartstoffbildner Titan gebunden, was zum einen die Kosten
der Herstellung solcher Hartstoffomkörper deutlich erhöht und zum anderen deren
Handhabbarkeit erschwert. Darüber hinaus sind hier die Angaben so allgemein
gehalten, daß der Fachmann keine konkreten Handlungsanweisungen erhält.
Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung einen zu Formkörpern sinterbaren Hartstoff
anzugeben, der sämtliche Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Somit ist es Aufgabe der Erfindung einen Hartstoff der genannten Art vorzuschlagen,
dessen Zusätze weniger zeit- und energieaufwendig eingebracht werden können.
Daraus folgernd ist es Aufgabe der Erfindung, einen Hartstoff der genannten Art
aufzuzeigen, mit dem die Formkörperherstellung kostengünstiger möglich ist und die
für die Formkörperherstellung notwendige Verdichtung durch Sintern mit extrem
niedrigem bzw. ohne Bindemetallzusatz erreicht wird, bei dem keine zusätzlichen
Zusätze in beträchtlichen Mengen erforderlich sind, um negativen Erscheinungen, wie
beispielsweise Kornwachstum oder dem Entstehen oder Verbleib von freiem
Kohlenstoff entgegenzuwirken und mit dem die Potenzen der Hartstoffe bzw.
Hartstofflegierungen hinsichtlich der Kombination von Härte, Verschleißfestigkeit und
Zähigkeit besser ausgeschöpft werden.
Deshalb ist es auch Aufgabe der Erfindung einen Hartstoff der genannten Art
anzugeben, der einen Zusatz enthält, welcher unkompliziert in jedes Hartstoffpulver
bzw. jede Hartstoffpulvermischung eingebracht und mit dem der Hartstoff zu
Formkörpern mit einer relativen Dichte von mindestens 93% der theoretischen Dichte
vorgesintert werden kann.
Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses
Hartstoffs bzw. dieser Hartstofflegierung vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben den Hartstofformkörper betreffend gemäß
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 und das Verfahren zur Herstellung der zu
Hartstofformkörper betreffend gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 18
gelöst.
Der erfindungsgemäße Hartstofformkörper besteht dabei aus einer oder mehreren
Hartstoffphasen von Carbiden, Nitriden und/oder Carbonitriden der Metalle der IV., V.
und/oder VI. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, wobei die oder eine
der Hartstoffphasen vorteilhafterweise Wolframcarbid sein sollte. Erfindungsgemäß
enthält dieser Hartstofformkörper weniger als 2 M% Bindemetallphase, die
vorteilhafterweise von Fe, Co und/oder Ni als Bindemetall gebildet wird,
oxicarbidische Verbindungen des oder der Hartstoffmetalle vorzugsweise 0,1 bis 8
M% davon, und 0,01 bis 0,2 M%, vorzugsweise 0,01 bis 0,08 M%, Silicium in Form
von Siliciumverbindungen.
Dieser vorgeschlagene Hartstoff zeichnet sich weiterhin erfindungsgemäß dadurch
aus, daß er nach einer Sinterung von 1 Stunde bei maximal 2000°C eine relative
Dichte von mindestens 93% der theoretischen Dichte und einer anschließenden
Nachsinterung, beispielsweise durch heißisostatisches Pressen bei maximal 2000°C
und einem Druck von maximal 2000 bar unter Inertgasatmosphäre, eine relative
Dichte von mindestens 98% der theoretischen Dichte aufweist.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hartstofformkörpers erfolgt
prinzipiell mittels herkömmlicher pulvermetallurgischer Verfahrensschritte, wie
beispielsweise Mischen bzw. Mischmahlen der Komponenten, Granulieren, Pressen,
gegebenenfalls Vorsintern und Sintern. Erfindungsgemäß wird bei diesem Verfahren
in den technologischen Herstellungsprozeß zusätzlich Silicium in Form von
siliciumorganischen Verbindungen in Anteilen von 0,01 bis 1 M% eingebracht. Es hat
sich als vorteilhaft erwiesen, das Silicium in Form solcher Ausgangsstoffe, die
thermisch zersetzbar sind einzubringen. Als günstig einsetzbare siliciumorganische
Verbindungen haben sich Polysiloxane, Polysilazane und/oder Polycarbosilane
vorzugsweise unter zusätzlicher Zugabe eines geeigneten Lösungsmittels (z. B.
Isopropanol) für die siliciumorganische Verbindung, erwiesen. Dabei hat sich die
Verwendung von Polysiloxanen, speziell des Polymethylsiloxanes und dieses in
isopropanolischer Lösung, als besonders vorteilhaft erwiesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hartstoffe
bzw. Hartstofflegierungen erfolgt zunächst derart, daß das oder die Hartstoffpulver
(vorzugsweise kann als Hartstoffpulver WC-Pulver eingesetzt werden) mit Silicium
und/oder einer oder mehreren Siliciumverbindungen versetzt und anschließend innig
vermischt werden. Diese innige Vermischung kann dabei vorteilhafterweise durch
Mischmahlung in einer Planetenkugelmühle erfolgen. Danach wird diese Mischung zu
Formkörpern gepreßt und anschließend unter einer Inertgasatmosphäre
(beispielsweise N- oder Ar-Atmosphäre) bei Temperaturen von 1300 bis 2000°C und
Drücken von 0,5 bis 60 bar bis zu einer relativen Dichte von mindestens 93% der
theoretischen Dichte gesintert. Im Anschluß an diese Sinterung kann eine
Nachverdichtung durch Nachsintern, beispielsweise mittels Heißpressen,
Gasdrucksintern oder heißisostatischem Pressen, auf eine relative Dichte von
mindestens 98% der theoretischen Dichte erfolgen, falls diese nicht schon durch die
Vorsinterung selbst erreicht wurde.
Zur weiteren Vernetzung der siliciumorganischen Verbindungen ist es günstig, wenn
vor der Sinterung zusätzlich eine Aushärtung erfolgt.
Zur Reduzierung der Anzahl der Verfahrensschritte ist es von Vorteil, wenn die
Sinteratmosphäre neben dem Inertgas zusätzlich Silicium und/oder
Siliciumverbindungen, vorzugsweise Pyrolyseprodukte des Polysiloxans
(beispielsweise Polymethylsiloxan), in reaktiver Form enthält. Bei ausreichender
Konzentration dieser in der Inertgassinteratmosphäre kann die Zumischung von
Silicium bzw. Siliciumverbindungen zum Hartstoffpulver entfallen.
Mit der Wahl der siliciumorganischen Verbindung ist der Vorteil verbunden, die durch
Depolymerisation und Degradation während des Vorsinterns entstehenden Radikale
dem Carbid-, Nitrid- oder Carbonitridsystem anpassen zu können, da bei der Pyrolyse
ein werkstoffkompatibler Rückstand entsteht, wobei das Polymer nach der Art der
reaktionsfähigen Radikale und des gewünschten Rückstandes ausgewählt werden
muß. Durch die Komponenten im Hartstoffansatz, die Pulvereigenschaften sowie die
technologischen Bedingungen, insbesondere die Wahl der Atmosphäre beim Sintern
ist es möglich, die Eigenschaften der Hartstofflegierung zu variieren.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, in ein WC-Pulver
durch einen Mischprozeß Polysiloxan zusammen mit einem geeigneten Lösungsmittel
oder beispielsweise als isopropanolische Lösung einzubringen. Siloxane zeichnen
sich durch ein ungewöhnliches Spreitungsvermögen auf Oberflächen aus. Auf den
oberflächenaktiven Eigenschaften beruhen viele technische Anwendungen. Bei der
erfindungsgemäßen Verwendung kann man davon ausgehen, daß die Pulverteilchen
mit einer gleichmäßigen, sehr dünnen Schicht von vorkondensiertem Polysiloxan
umhüllt werden, ein entscheidender Vorteil, der bei analogen technischen Lösungen
nicht in dem Maße gegeben ist. Polysiloxan hat zudem die vorteilhafte Eigenschaft,
beim Pressen der grünen Formkörper als Preßhilfsmittel zu wirken. Deshalb kann
ganz oder teilweise auf die Zugabe von Preßhilfsmitteln wie Wachse oder Paraffine
verzichtet werden. Die Aushärtung des Polysiloxans bei Temperaturen bis 250°C ist
mit der Möglichkeit, eine spanabhebende Nachbehandlung der Preßlinge
durchzuführen, verbunden.
Die Verwendung eines Siliconharzes bei der vorliegenden Erfindung bringt eine Reihe
von weiteren Vorteilen, wie beispielsweise die Verwendung als
Formgebungshilfsmittel bis hin zum Fügen von Einzelteilen im grünen oder
gesinterten Zustand, hohe Beanspruchbarkeit des Grünkörpers, einschließlich der
spanabhebenden Bearbeitung, fester Rückstand, so daß die Gefahr der
Defektvergrößerung infolge Gasfreisetzung im Prozeß des Austreibens des
Bindemittels aus dem grünen Formkörper vermindert wird, mit sich.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung der Hartstofflegierungen wurde in
überraschender Weise gefunden, daß durch die Zugabe einer siliciumorganischen
Verbindung zum Ausgangspulver die daraus geformten Preßlinge ohne einen Zusatz
an Bindemetall sinterten. Im Falle von WC-Pulver ergab sich in Abhängigkeit von den
Pulvereigenschaften bei Temperaturen von 1500°C bis 2000°C ein Verdichtungsgrad
von mindestens 93% mit einer geschlossenen Restporosität. Diese Kriterien waren
Voraussetzung dafür, daß bei einer nachfolgenden Sinterung unter Druck eine Dichte
von mehr als 98% erreicht werden konnte. Da das Verdichtungsverhalten eines
Pulverpreßlings unter anderem sehr stark von den Pulvereigenschaften geprägt wird,
scheint es z. B. bei Nanopulvern möglich, die aufwendige Drucksinterstufe
auszulassen bzw. ohne vorzusintern die nahezu vollständige Verdichtung durch
Gasdrucksintern zu erreichen.
Darüber hinaus wurde bei der Prüfung der Rißzähigkeit nach der Indentermethode in
überraschender Weise gefunden, daß die Risse nicht nur von den Ecken des
Vickershärteeindruckes ausgingen, sondern auch von den Seitenflächen. Dieser
Effekt der Mehrfachrißausbreitung ist Ausdruck einer relativen Zähigkeitssteigerung,
weil bei einer Mehrfachrißausbreitung Verformungsenergie dissipiert und damit
Rißlänge und Spannungskonzentrationen geringer bleiben. Dies sollte sich auch unter
den Bedingungen einer Ermüdungsbeanspruchung günstig auswirken. Der Prozeß
der Mehrfachrißausbreitung kann demzufolge das fehlende Bindemetall hinsichtlich
seiner Wirkung auf das Zähigkeitsverhalten in gewissem Maße kompensieren.
Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hartstoffphase oder das
Hartstoffphasengemisch mit der in der Regel pulvrig vorliegenden siliciumorganischen
Verbindung intensiv vermischt wird, die siliciumorganischen Verbindungen dabei in
Anteilen 0,01 bis 1 M% eingebracht werden,
die Homogenität des Versatzes durch ein Naßmischen nach
der Zugabe eines Lösungsmittels für die siliciumorganische Verbindung verbessert
wird, sich nach dem Trocknen und Granulieren des Versatzes das Pressen von
Formkörpern und deren Aushärtung anschließt, die Formkörper unter Vakuum oder
Inertgasatmosphäre bei Temperaturen von 1300°C bis 2000°C gesintert werden
und danach das Dichtsintern bei einem Druck höher als 40 bar unter Argon oder
anderen Gasen und im Temperaturbereich zwischen 1300°C und 2000°C erfolgt. In
einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, die siliciumorganische
Verbindung nicht der Ausgangspulvermischung zuzusetzen, sondern separat,
beispielsweise in Form eines Pulverbettes oder von Spenderproben, im Sintertiegel
anzuordnen. In diesem Falle vollzieht sich das Sintern unter dem Einfluß von
Pyrolyseprodukten der siliciumorganischen Verbindung in der Sinteratmosphäre,
wobei Gasphasendiffusion die entscheidende Rolle spielt.
Über den Mechanismus, der zum Sintern der nur unter besonderen Bedingungen
sinterfähigen Hartstoffe führt, kann keine schlüssige Annahme getroffen werden. Bei
röntgendiffraktometrischen Untersuchungen an einer pseudo binderlosen WC-
Legierung traten außer den Reflexen des WC einige Reflexe mit geringer Intensität
auf, die der unbestimmten Verbindung Wolframoxicarbid W2(C, O) zugeordnet werden
können. Sind geringe Gehalte an Co vorhanden, scheint auch die Bildung einer
η-Phase möglich, von der bekannt ist, daß auch Si und O eingebaut werden kann.
Unter Verfahrensführung in inerter Atmosphäre oder im Vakuum ist ebenso die lokale
Bildung eines niedrigschmelzenden Kristallgemisches aus Olivin und Trydimit nicht
ausschließbar.
Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand über Auftreten, Zusammensetzung und
Struktur von Komplexphasen in mehrkomponentigen Systemen der Übergangsmetalle
mit Hauptgruppenmetallen, dem Halbmetall Silicium und Nichtmetallen ist die Bildung
sehr verschiedener Phasen mit den Elementen W-Si-C-O wahrscheinlich.
Sinterfördernde Zustände wurden auch bei der Bildung von SiC durchlaufen, das
zumindest teilweise aus den Zerfallsprodukten des Siloxans entstehen könnte.
Üblicherweise scheint die Pyrolyse der siliciumorganischen Verbindung von
Polymethylsiloxan unter Schutzgasatmosphäre, z. B. bis 1400°C unter Argon [4] zu
einer Siliciumoxicarbonitridphase zu führen. Es ist weiterhin denkbar, daß die
Siliciumoxicarbidphase mit dem WC reagiert und als Folge in der Zusammensetzung
variierende Verbindungen vom Typ WxCy bildet. Insgesamt liegt der Schluß nahe, daß
die Sinterung des WC durch die lokale Bildung von glasartigen Phasen unterstützt
wird. Als sicher gilt, daß bei der Pyrolyse des Palysiloxan-Netzwerkes, d. h. bei der
Depolymerisation und Degradation reaktive Zwischenprodukte mit nicht näher zu
charakterisierender chemischer Struktur und Zusammensetzung gebildet werden,
wobei die Reaktion von den speziellen Bedingungen und der Anwesenheit anderer
Stoffe abhängen.
In nachfolgendem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.
Bild 1 zeigt dabei das Gefüge einer WC-Hartstofflegierung mit einer
Vergrößerung von 400 : 1 und
Bild 2 zeigt das Röntgendiffraktogramm einer WC-Hartstofflegierung.
Als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Stäben aus gesintertem WC diente ein
Ansatz aus WC-Pulver und Polymethylsiloxan. Analysen des WC-Pulvers ergaben
folgende Werte: Cgesamt = 6,14 M%, Cfrei = 0,04 M%, O = 0,03 M%, Fisher-
Teilchengröße = 2,1 µm, BET-Oberfläche = 0,53 m2g-1. Das verwendete
Polymethylsiloxan ist ein Produkt der Fa. Chemiewerk Nünchritz GmbH, Nünchritz,
Deutschland mit der Bezeichnung Siliconharz NH 2100. Nach dem Trockenmischen
der Komponenten in einer Planetenkugelmühle (75 g WC-Pulver, 0,19, 0,37 bzw.
0,75 g NH 2100, 250 ml Hartmetallmahlbehälter, 275 g Hartmetallkugeln mit einem
Durchmesser von 9,5 mm, 100 Umdrehungen pro Minute, Mahldauer 30 min) wurde
Isopropanol zugegeben und der Mischprozeß mit einem Naßmischen fortgesetzt (200
Umdrehungen pro Minute, 60 min). Der getrocknete Versatz wurde nach dem
Siebgranulieren zu Stäben mit einem Querschnitt von 5 × 60 mm2 verpreßt,
Preßdruck 250 MPa. Das Pressen erfolgte ohne die Zugabe eines der üblichen
Preßhilfsmittel. Nach einer Vorsinterstufe bis zu 850°C, Haltedauer bei 850°C 30 min,
schloß sich unmittelbar das Sintern mit einer Haltedauer von 60 min bei einer
Temperatur von
1700°C an, wobei eine Stickstoffatmosphäre angewandt wurde, gefolgt von einer
Nachverdichtung durch heißisostatisches Pressen bei 1700°C, 1000 bar
Stickstoffdruck. Die Tabelle enthält die erzielten Dichten:
Es ist zu ersehen, daß bei richtiger Dosierung nach dem heißisostatischen Pressen
(HIP) eine relative Dichte von größer als 98% erreicht wird. Die Härte HV 0,05
entspricht mit 1869 ± 241 dem Erwartungswert für WC unter Berücksichtigung der
durch die Prismen- und Basisflächen bedingten Schwankungsbreite. Das Ergebnis
der röntgendiffraktometrischen Analyse an einer Vergleichsprobe mit einem Zusatz
von
1 M% NH 2100 zeigt Bild 2. Neben den deutlichen Reflexen des WC sind einige mit
geringer Intensität vorhanden, die auf die unbestimmte Verbindung W2(C, O)
hindeuten. Im Bild 1 ist das Gefüge einer Legierung, die unter Zusatz von 0,25 M%
Polymethylsiloxan hergestellt und bis zu einer relativen Dichte von 99% gesintert
wurde, bei 400-facher Vergrößerung zu sehen.
Claims (18)
1. Gesinterter Hartstofformkörper auf Basis einer oder mehrerer Hartstoffphasen
von Carbiden, Nitriden und/oder Carbonitriden der Metalle der IV., V. und/oder VI.
Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hartstofformkörper < 2 M% Bindemetallphase, oxicarbidische
Verbindungen des oder der Hartstoffmetalle und 0,01-0,20 M% Silicium in Form
von Siliciumverbindungen, Rest Hartstoffphasen, enthält.
2. Hartstofformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle
der Bindemetallphase Fe, Co und/oder Ni sind.
3. Hartstofformkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im
Hartstofformkörper die oxicarbidischen Verbindungen des oder der
Hartstoffmetalle in Mengen von 0,1 bis 8 M% enthalten sind.
4. Hartstofformkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hartstofformkörper 0,01 bis 0,08 M% Silicium enthält.
5. Hartstofformkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine der Hartstoffphasen Wolframcarbid ist.
6. Hartstofformkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoff
nur eine Wolframcarbidphase als Hartstoffphase enthält.
7. Verfahren zur Herstellung der Hartstofformkörper gemäß einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 6, mittels der herkömmlichen pulvermetallurgischen Prozeß
schritte, dadurch gekennzeichnet, daß in den technologischen
Herstellungsprozeß zusätzlich Silicium in Form von siliciumorganischen
Verbindungen eingebracht wird, wobei die eine oder mehrere siliciumorganische
Verbindung in Anteilen von 0,01 bis 1 M% bezogen auf den Hartstoff-Anteil
eingebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung
der Hartstofformkörper das Hartstoffpulver oder das Gemenge der Hartstoffpulver
zunächst mit einer oder mehreren siliciumorganischen Verbindungen versetzt wird,
anschließend damit innig vermischt wird, danach zu Formkörpern gepreßt wird
und schließlich unter einer inertgasatmosphäre bis zu einer relativen Dichte von
mindestens 93% der theoretischen Dichte gesintert
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung unter
einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre erfolgt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die eine oder mehrere siliciumorganische Verbindung in
Anteilen von mindestens 0,02 M% bezogen auf den Hartstoff-Anteil eingebracht
wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Sinterung eine Nachverdichtung durch
Nachsintern auf eine relative Dichte von mindestens 98% der theoretischen
Dichte erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachsintern
mittels Heißpressen, Gasdrucksintern oder heißisostatischem Pressen erfolgt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß als siliciumorganische Verbindungen Polysiloxane,
Polysilazane und/oder Polycarbosilane verwendet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
siliciumorganischen Verbindungen vor der Sinterung ausgehärtet werden.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß als Hartstoffpulver Wolframcarbidpulver eingesetzt wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß ein inniges Mischen in einer Planetenkugelmühle erfolgt.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sinteratmosphäre neben dem Inertgas zusätzlich
Silicium und/oder Siliciumverbindungen in reaktiver Form enthält.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sinteratmosphäre neben dem Inertgas zusätzlich Pyrolyseprodukte des
Polysiloxans enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4440544A DE4440544C2 (de) | 1994-11-12 | 1994-11-12 | Gesinterter Hartstofformkörper und Verfahren zu seiner Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4440544A DE4440544C2 (de) | 1994-11-12 | 1994-11-12 | Gesinterter Hartstofformkörper und Verfahren zu seiner Herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4440544A1 DE4440544A1 (de) | 1996-05-15 |
DE4440544C2 true DE4440544C2 (de) | 1998-10-22 |
Family
ID=6533218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4440544A Expired - Fee Related DE4440544C2 (de) | 1994-11-12 | 1994-11-12 | Gesinterter Hartstofformkörper und Verfahren zu seiner Herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4440544C2 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4923512A (en) * | 1989-04-07 | 1990-05-08 | The Dow Chemical Company | Cobalt-bound tungsten carbide metal matrix composites and cutting tools formed therefrom |
EP0412428A1 (de) * | 1989-08-07 | 1991-02-13 | Peter Prof. Dr. Greil | Keramische Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung |
EP0559901A1 (de) * | 1991-09-02 | 1993-09-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hartlegierung und deren herstellung |
-
1994
- 1994-11-12 DE DE4440544A patent/DE4440544C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4923512A (en) * | 1989-04-07 | 1990-05-08 | The Dow Chemical Company | Cobalt-bound tungsten carbide metal matrix composites and cutting tools formed therefrom |
EP0412428A1 (de) * | 1989-08-07 | 1991-02-13 | Peter Prof. Dr. Greil | Keramische Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung |
EP0559901A1 (de) * | 1991-09-02 | 1993-09-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hartlegierung und deren herstellung |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
DE-Z.: GREWE, Hans und KOLASKA, Johannes: "Werkstoffkunde und Eigenschaften von Hartme- tallen und Schneidkeramik", VDI-Z: 125 (1983), Nr. 18, September (II), S. 699-709 * |
JP 54134719 A in Derwent Abstract Nr. 79-86608B/48 * |
JP 61006169 A in Derwent Abstract Nr. 86-052347/08 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4440544A1 (de) | 1996-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1751320B1 (de) | Verschleissteil aus einem diamanthaltigen verbundwerkstoff | |
EP2010687B1 (de) | Hartmetallkörper und verfahren zu dessen herstellung | |
DE10356470B4 (de) | Zirkonium und Niob enthaltender Hartmetallkörper und Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung | |
EP0902771B1 (de) | Metall-keramik-formkörper und verfahren zu ihrer herstellung | |
EP2316790A1 (de) | Hartpulver, verfahren zur herstellung von hartpulver und gesinterte hartlegierung | |
WO2012163804A1 (de) | FeNi-BINDER MIT UNIVERSELLER EINSETZBARKEIT | |
WO2021069370A1 (de) | Hartmetalle und verfahren zu ihrer herstellung | |
EP1999087A1 (de) | Gesinterter verschleissbeständiger boridwerkstoff, sinterfähige pulvermischung zur herstellung des werkstoffs, verfahren zur herstellung des werkstoffs und dessen verwendung | |
DE3941536A1 (de) | Hartmetall-mischwerkstoffe auf basis von boriden, nitriden und eisenbindemetallen | |
EP1511870B1 (de) | Hartmetall-substratkörper und verfahren zu dessen herstellung | |
EP1095168A1 (de) | Hartmetall- oder cermet-körper und verfahren zu seiner herstellung | |
DE102014204277B4 (de) | VERSCHLEIßFESTE WOLFRAMCARBID-KERAMIKEN UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG | |
DE10297020T5 (de) | Mehrkomponentenkeramikpulver, Verfahren zum Herstellen von Mehrkomponentenkeramikpulver, Sinterkörper und Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers | |
DE19752289C1 (de) | Gesinterter Hartmetall-Formkörper | |
DE4440544C2 (de) | Gesinterter Hartstofformkörper und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE19922057B4 (de) | Hartmetall- oder Cermet-Körper und Verfahren zu seiner Herstellung | |
EP1560799A2 (de) | Keramik-metall- oder metall-keramik-komposite | |
WO2007085249A1 (de) | Titanwerkstoff und verfahren zu seiner herstellung | |
DE10154739B4 (de) | Verfahren zur Herstellung keramischer Lagerbauteile | |
DE10117657B4 (de) | Komplex-Borid-Cermet-Körper und Verwendung dieses Körpers | |
DE4440541C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen oder harten Keramikmetallegierungen (Cermets) | |
WO1995033079A1 (de) | Bildung von intermetallischähnlichen vorlegierungen | |
DE19629993B4 (de) | Mischkeramik auf Aluminiumoxidbasis, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung | |
DE4440542C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Hartmetallformkörpern mit einem definierten Gradienten der Bindemetallphase | |
DE102010036483A1 (de) | Erodierbarer Keramikkörper |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |