DE614058C

DE614058C - Process for the preparation of tantalum carbide or tantalum boride plates sintered with the addition of an iron group metal for connection to a tool holder by soldering

Info

Publication number: DE614058C
Application number: DEF70655D
Authority: DE
Original assignee: FANSTEEL PROD CO Inc
Current assignee: FANSTEEL PROD CO Inc
Priority date: 1930-10-11
Filing date: 1931-04-05
Publication date: 1935-05-31

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorbereitung von unter Zusatz eines Metalls der Eisengruppe gesinterten Tantalcarbid- oder Tantalboridplättchen für die Verbindung mit einem Werkzeughalter durch Löten.The invention relates to a method for preparing under additive a metal of the iron group sintered tantalum carbide or tantalum boride flakes for the connection with a tool holder by soldering.

Wenn Werkzeuge mit einem solchen Plättchen nach einem der bekannten Verfahren durch Löten hergestellt werden, so kommt es häufig vor, daß sich bereits beim Löten Risse in den Plättchen bilden. Die Rißbildung ist auf den Unterschied, in der Wärmeausdehnung des Einsatzplättchens und des Werkzeughalters zurückzuführen; denn die Wärmeausdehnung des Werkstoffes, aus dem das Einsatzplättchen besteht, ist geringer als diejenige des Werkzeughalters. Es hat sich weiter gezeigt, daß sich während des Gebrauchs derartiger Werkzeuge das Einsatzplättchen von dem Werkzeughalter löst, weil eine genügend feste Verbindung der beiden Teile durch Löten bisher nicht gelang. Das hängt mit dem Umstand zusammen, daß infolge der harten, das Einsatzplättchen bedeckenden Oxydschicht das Lot die Oberfläche des Plättchens nicht in genügendem Maße zu benetzen vermag.When tools with such a plate according to one of the known methods are produced by soldering, it often happens that cracks appear during soldering form in the platelets. The cracking is due to the difference in thermal expansion return of the insert and the tool holder; because the thermal expansion of the material from which the insert plate is made is less than that of the tool holder. It has also been shown that during the use of such tools, the insert plate loosens from the tool holder because a sufficiently strong connection of the two parts by soldering has not yet been achieved. That is related to the fact that due to the hard, the insert plate covering Oxide layer, the solder is unable to sufficiently wet the surface of the plate.

Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch behoben, daß die Plättchen einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden, indem sie zwecks oberflächlicher Aufrauhung beispielsweise in geschmolzenes Alkali getaucht, alsdann mit einem lötbaren Metall überzogen, vorzugsweise mit Nickel elektroplattiert und schließlich zwecks Einbrennens des Überzuges, insbesondere im luftleeren Raum oder in einer Wasserstoffatmosphäre, erhitzt werden.According to the invention, these difficulties are overcome in that the platelets be subjected to a surface treatment by roughening them for the purpose of superficial roughening for example immersed in molten alkali, then coated with a solderable metal, preferably with nickel electroplated and finally for the purpose of baking the coating, especially in a vacuum Room or in a hydrogen atmosphere.

Die Erfindung besteht weiter in der Verwendung eines einen hohen Silbergehalt aufweisenden oder eines aus Zink oder aus einer Legierung von Zink mit 0,25 °/₀ Aluminium und gegebenenfalls 5 °/₀ Kupfer bestehenden Lotes zum Verbinden des derart vorbehandelten Tantalcarbid- oder Tantalboridplättchens mit dem Werkzeughalter.The invention further consists in the use of a high silver content comprising or consisting of zinc or of an alloy of zinc with 0.25 ° / ₀ Aluminum and optionally 5 ° / ₀ copper solder for connecting the thus pretreated Tantalcarbid- or Tantalboridplättchens with the Tool holder.

Die Gefahr des Brechens oder Springens der Einsatzplättchen, die durch beim Löten auftretende Temperaturunterschiede verursacht ist, wird in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens dadurch vermieden, daß die der Lötfläche abgewandte Seite des Werkzeughalters in einen Kühlbehälter getaucht oder mit einer wärmeleitenden Platte in Berührung gebracht und währenddessen das auf den Werkzeughalter aufgebrachte Lot erhitzt wird, alsdann das gemäß der Erfindung vorbehandelte Plättchen ebenfalls erhitztThe risk of the insert platelets breaking or jumping through when soldering occurring temperature differences is caused, will be carried out further of the inventive concept avoided in that the side facing away from the soldering surface of the The tool holder is immersed in a cooling container or with a heat-conducting plate brought into contact and meanwhile the solder applied to the tool holder is heated, then the plate pretreated according to the invention is also heated

und unter Fortdauer seiner Erhitzung auf den Werkzeughalter aufgebracht wird.and is applied to the tool holder while continuing to heat it.

Die Zeichnung veranschaulicht die verschiedenen Vorrichtungen, die bei Anwendung der Erfindung vorzunehmen sind.The drawing illustrates the various devices that can be used when using of the invention are to be made.

Fig. ι zeigt in schaubildlicher DarstellungFig. Ι shows in a diagrammatic representation

das Abschleifen eines Einsatzstückes oder -plättchens in die zwecks Einpassens in einen Ausschnitt des Werkzeughalters erforderlichethe grinding of an insert or tip into the die to fit into one Required cutout of the tool holder

ίο Form.ίο shape.

Fig. 2 stellt in gleicher Darstellung einen Werkzeughalter dar, der zur Aufnahme des Einsatzstückes nach Fig. ι zugerichtet ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen das oberflächliche Aufrauhen und das Elektroplattieren des Einsatzstückes. Fig. 2 shows in the same representation a tool holder which is used for receiving the Insert is prepared according to Fig. Ι. FIGS. 3 and 4 show the surface roughening and electroplating the insert.

Fig. 5 stellt einen Schnitt durch einen Ofen zur darauffolgenden Wärmebehandlung der Einsatzstücke dar. DieFig. 5 shows a section through a furnace for the subsequent heat treatment of the Insert pieces. The

Fig. 6 und 7 veranschaulichen in schaubildlicher Darstellung das Anlöten des Einsatzstückes an den Werkzeughalter nach zwei verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten.6 and 7 illustrate the soldering of the insert piece in a diagrammatic representation to the tool holder according to two different design options.

Fig. 8 zeigt das fertige Werkzeug. Der Einsatz- oder Schneidenteil 11 wird zunächst, wie Fig. 1 und 2 zeigen, dem Sitz 12 des Werkzeugschaftes 13 durch Abschleifen mittels eines Schleifsteines 14 angepaßt.Fig. 8 shows the finished tool. The insert or cutting part 11 is first, as shown in FIGS. 1 and 2, the seat 12 of the tool shank 13 by grinding adjusted by means of a grindstone 14.

Alsdann wird das Einsatzstück 11 einer Behandlung unterworfen, die seine Oberfläche aufrauht. Zu diesem Zweck wird eine entsprechende Menge Ätzkali 15 in einem Nickeltiegel 17 o. dgl. geschmolzen und vorsichtig mittels einer Heizeinrichtung 16 weiter erhitzt, bis das Wasser ausgetrieben, ist und das Schmelzbad eine niedere Rotglut zeigt. Das Einsatzstück 11 wird zunächst langsam angewärmt und dann in das Bad untergetaucht und in diesem hin und her geschwenkt, wobei es an einem Eisendraht 19 hängt, der mittels einer Zange 18 gehalten wird. Das geschmolzene Ätzkali greift das Einsatzstück kräftig an und erzeugt auf ihm eine rauhe und narbige Oberfläche, die mit lötbaren Metallen elektroplattiert werden kann.The insert 11 then undergoes a treatment subject, which roughens its surface. For this purpose a corresponding Amount of caustic potash 15 in a nickel crucible 17 or the like melted and carefully further heated by means of a heating device 16 until the water is expelled and that The melt pool shows a low red heat. The insert 11 is initially warmed slowly and then submerged in the bath and panned it back and forth, taking it hangs on an iron wire 19 which is held by means of pliers 18. The melted one Caustic potash strongly attacks the insert and creates a rough and pitted surface on it that can be soldered with metals can be electroplated.

Das Vorwärmen des Einsatzstückes 11 vor dem Eintauchen in das Bad verhindert das plötzliche Ansteigen der Temperatur des Einsatzstückes auf die des Bades und stellt eine Vorsichtsmaßnahme gegen Brechen oder Springen des Einsatzstückes dar, das bei plötzlichem Temperaturwechsel leicht eintreten kann. Das aufgerauhte Einsatzstück wird hierauf aus dem Ätzkalibad genommen. Dann läßt man es abkühlen; anhaftendes Ätzkali kann durch Waschen in Wasser entfernt werden. Bei dieser Behandlung des Stückes 11 wird möglicherweise das für die Herstellbarkeit einer haltbaren Lötverbindung wesentliehe Metall der Legierung freigelegt.The preheating of the insert 11 before immersion in the bath prevents the temperature of the insert from rising suddenly on that of the bath and represents a precautionary measure against breaking or jumping of the insert piece, which in the event of sudden Temperature changes can easily occur. The roughened insert is then removed from the caustic potash bath. then let it cool down; Adhering caustic potash can be removed by washing in water. In this treatment of the piece 11, this may affect the manufacturability A durable solder joint exposed essential metal of the alloy.

Das rauh gemachte Einsatzstück wird nun in die Lösung 21 eines Metallsalzes, mit dessen Metall es überzogen werden soll, z. B. eines Kupfer- oder Nickelsalzes, eingetaucht. Vorzugsweise wird ein Nickelsalz verwendet und das Einsatzstück nach Fig. 4 mit Nickel überzogen, wo 22 eine reine Nickelelektrode darstellt.The roughened insert is now in the solution 21 of a metal salt, with the metal of which it is to be coated, e.g. B. a copper or nickel salt, immersed. A nickel salt is preferably used and the insert according to FIG. 4 with nickel plated where 22 represents a pure nickel electrode.

Das plattierte Einsatzstück wird sodann im · luftleeren Raum oder in einer Wasserstoffatmosphäre auf eine Temperatur von mindestens 1000⁰ C erhitzt, um den Nickelüberzug auf dem Stück 11 festzubrennen. Dieses Erhitzen des Einsatzstückes kann z. B. in dem in Fig. 5 dargestellten Ofen 32 durchgeführt werden, der im wesentlichen aus einem porigen Zylinder 33 besteht, der eine Pfanne 34 zur Aufnahme einer Anzahl von Einsatzstücken 11 enthält. Dieser Zylinder 33 kann in einem schwer schmelzbaren Pulver 35, z. B. Magnesiapulver, eingebettet sein und mittels einer Molybdänspule 36 erhitzt werden, die von einer Stromquelle gespeist wird. Das Pulver 3 <j und der darin eingebettete Zylinder 33 sind in einem Behälter 37 untergebracht, der Einlaßöffnungen 38 für die Zufuhr von Wasserstoff zu dem Zylinder 33 aufweist.The plated insert is then heated in · a vacuum or in a hydrogen atmosphere to a temperature of at least 1000 ⁰ C, festzubrennen to the nickel coating on the piece. 11 This heating of the insert can, for. B. be carried out in the oven 32 shown in FIG. This cylinder 33 can be made of a powder 35 which is difficult to melt, e.g. B. magnesia powder, be embedded and heated by means of a molybdenum coil 36, which is fed by a power source. The powder 3 <j and the cylinder 33 embedded therein are accommodated in a container 37 which has inlet openings 38 for the supply of hydrogen to the cylinder 33.

Beim Aufbringen des plattierten Stückes auf den Sitz 12 ist es wichtig, eine rasche Erhitzung des Stückes zu vermeiden und die Erhitzung und Abkühlung des Schaftes und Einsatzstückes so zu regeln, daß ein Brechen oder Springen als Folge der durch die verschiedenen Wärmeausdehnungszahlen verursachten Spannungen vermieden wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Stück 11 beim Abkühlen leicht bricht, wenn es auf dem Sitz 12 in der Weise angelötet wird, daß man den Schaft 13 auf den Schmelzpunkt des Lotes erhitzt und das Stück 11 vorher oder nachher aufsetzt.In applying the clad to the seat 12, it is important to heat it quickly to avoid the piece and to regulate the heating and cooling of the shaft and insert piece so that breaking or cracking as a result of the different coefficients of thermal expansion caused Tension is avoided. It has been shown that the piece 11 at Cooling breaks easily when it is soldered to the seat 12 in such a way that the Shank 13 heated to the melting point of the solder and the piece 11 before or after touches down.

Um das Brechen des Stückes 11 zu vermeiden, wird der Schaft 13, wie in Fig. 6 gezeigt, teilweise in ein in einer Pfanne 24 untergebrachtes Kühlmittel 23 eingetaucht.To avoid breaking the piece 11, the shaft 13, as shown in FIG. 6, is partially accommodated in a socket 24 Coolant 23 immersed.

Im einzelnen ist der Vorgang beim Anlöten des Einsatzstückes folgender:In detail, the process when soldering the insert is as follows:

Auf das Stück 11 und den Sitz 12 wird ein Lötflußmittel, z. B. Borax, aufgebracht. Hierauf wird ein Hartlot 25 auf den Sitz 12 auf- tio gelegt. Vorzuziehen ist ein Silberlot, das im wesentlichen aus 60 °/₀ Silber, 25 °/₀. Kupfer und 15 °/₀ Zink besteht, da ein solches Lot einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt hat und das Einsatzstück und den Schaft fest verbindet.A soldering flux, e.g. B. Borax applied. A hard solder 25 is then placed on the seat 12. A silver solder, which consists essentially of 60 ° / ₀ silver, 25 ° / ₀ . Copper and 15 ° / ₀ Zinc is because such solder has a relatively low melting point and bonds firmly the insert piece and the shaft.

Das Lot 25 wird z. B. mittels eines Sauerstoff-Wasserstoff- oder eines Sauerstoff-Acetylen-Brenners 26 erhitzt. Der Brenner besitzt zweckmäßig eine Düse, durch die ein dünner Flammenstrahl erzeugt wird, der gegen den Sitz gerichtet werden kann, ohneLot 25 is z. B. by means of an oxygen-hydrogen or an oxygen-acetylene burner 26 heated. The burner expediently has a nozzle through which a thin jet of flame is generated, the can be directed against the seat without

dabei andere Teile des Schaftes merklich zu erhitzen.noticeably heating other parts of the shaft.

Während der Sitz 12 so behandelt wird, wird getrennt davon das plattierte Stück 11 z. B. in einem Gas- oder elektrischen Ofen langsam auf ungefähr 8oo° C erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten, bis das Lot 25 auf dem Sitz 12 vom Brenner geschmolzen worden ist. Das langsame Erhitzen des Stückes 11 kann dadurch bewerkstelligt werden, daß man es nur allmählich in den Ofen einführt. Das erhitzte Stück wird schließlich mittels einer erhitzten Zange 27 aus dem Ofen genommen und auf das geschmolzene Lot 25 am Sitz 12 aufgepreßt.While the seat 12 is thus treated, the clad piece 11 is separated therefrom z. B. slowly heated in a gas or electric oven to about 8oo ° C and on this temperature is maintained until the solder 25 on the seat 12 has melted from the burner has been. The slow heating of the piece 11 can be accomplished by that it is only gradually introduced into the oven. The heated piece will eventually taken out of the oven by means of heated tongs 27 and placed on the molten solder 25 pressed on seat 12.

Wie Fig. 7 zeigt, kann eine Platte 28 aus irgendeinem gut wärmeleitenden Stoffe, wie Kupfer, die Pfanne 24 und das darin befindliche Kühlmittel, z.B. Wasser23, ersetzen.As shown in FIG. 7, a plate 28 can be made of any highly thermally conductive material, such as Replace copper, pan 24 and the coolant in it, e.g. water23.

ao Es ist auch möglich, wie Fig. 7 zeigt, das Stück 11 z. B. mit einem Brenner 29 erst dann zu erhitzen, wenn es bereits auf das geschmolzene Lot am Sitz 12 aufgebracht wurde. Dann muß aber das Stück 11 vorher angewärmt werden, um das Springen zu vermeiden. Die Platte 28 oder die Kühlflüssigkeit 23 verhindert, daß die Temperatur des Schaftes 13 über ein zulässiges Maß ansteigt.
In allen Fällen wird das Stück 11 mit der Zange 27 auf dem Sitz 12 so lange gehalten, bis das Lot erstarrt ist. Erst dann darf das Werkzeug aus dem Wasser 23 oder von der Platte 28 entfernt werden. Man läßt es hierauf während mehrerer Stunden an der Luft abkühlen oder packt es in Magnesit oder Kieselgur oder ein anderes Isoliermittel ein.ao It is also possible, as Fig. 7 shows, the piece 11 z. B. to be heated with a burner 29 only when it has already been applied to the molten solder on the seat 12. But then the piece 11 must be warmed up beforehand in order to avoid jumping. The plate 28 or the cooling liquid 23 prevents the temperature of the shaft 13 from rising above a permissible level.
In all cases, the piece 11 is held with the pliers 27 on the seat 12 until the solder has solidified. Only then may the tool be removed from the water 23 or from the plate 28. It is then left to cool in the air for several hours or it is wrapped in magnesite or diatomite or some other insulating material.

Es wurde gefunden, daß das elektroplattierte Stück 11, nachdem der Überzug in dem Ofen 32 festgebrannt wurde, an dem Schaft 13 auch mittels eines Lotes befestigt werden kann, das aus Zink mit oder ohne Zusatz von ungefähr 0,25 °/₀ Aluminium und gegebenenfalls bis zu 5 °/₀ Kupfer besteht.
Zwecks Herstellung der Verbindung mit den letztgenannten Loten wird zweckmäßig Ammoniumchlorid mit oder ohne Zinkchlorid auf den Sitz 12 aufgebracht. Dann wird ein Bad aus Zink oder den erwähnten Zinklegierungen durch Schmelzen in einem Tiegel vorbereitet. Das plattierte Einsatzstück 11 und der Schaft 13 werden sodann getrennt in das Schmelzbad eingetaucht, und zwar der Schaft 13 so weit, daß der Sitz 12 darin untertaucht.It has been found that the electroplated piece 11, after the coating has been burned in the furnace 32, may be attached to the shaft 13 by means of a solder, the zinc with or without addition of approximately 0.25 ° / ₀ Aluminum and optionally up to 5 ° / ₀ copper.
In order to establish the connection with the last-mentioned solders, ammonium chloride with or without zinc chloride is expediently applied to the seat 12. Then a bath of zinc or the zinc alloys mentioned is prepared by melting it in a crucible. The plated insert 11 and the shaft 13 are then immersed separately in the molten bath, namely the shaft 13 so far that the seat 12 is immersed therein.

Sobald das Stück 11 und der Sitz 12 des Schaftes 13 mit dem geschmolzenen Metall überzogen sind, werden sie mittels Zangen oder anderer Geräte aus dem Bad herausgenommen. Alsdann wird das Stück ii auf den Sitz 12 gelegt und darauf gehalten, bis das Zink erstarrt. Das Werkzeug läßt man dann an der Luft abkühlen. Überschüssiges Zink an den Seiten des Schaftes und des Einsatzstückes wird entfernt.As soon as the piece 11 and the seat 12 of the Shank 13 are coated with the molten metal, they are by means of pliers or other devices taken out of the bathroom. Then piece ii will open placed the seat 12 and held on it until the zinc solidifies. The tool is left then cool in the air. Excess zinc on the sides of the shaft and insert will be removed.

Das fertiggestellte Werkzeug ist in Fig. 8 dargestellt. Eine dünne Lotschicht 31 hält das Einsatzstück 11 auf dem Sitz 12 fest und bildet eine feste Verbindung zwischen Einsatzstück und Schaft. Das Einsatzstück eines solchen Werkzeuges springt nicht bei der Abkühlung, noch löst es sich bei der Arbeit ab. Die Erfindung ergibt ein Werkzeug, das für genaue Hochleistungsarbeiten besonders geeignet ist.The finished tool is shown in FIG. A thin layer of solder 31 holds the insert 11 firmly on the seat 12 and forms a firm connection between the insert and the shaft. The insert of a Such a tool does not jump when it cools down, nor does it come off when working. The invention provides a tool which is particularly suitable for precise, high-performance work is.

Claims

Patent claims:

1. Method of preparing with the addition of an iron group metal sintered tantalum carbide or tantalum boride plates for connection to a tool holder by soldering, characterized in that the platelets are subjected to a surface treatment for the purpose of superficial roughening, for example in melted Immersed in alkali, then coated with a solderable metal, preferably electroplated with nickel and finally for the purpose of baking the coating, particularly in a vacuum or in a hydrogen atmosphere.

2. The use of a high silver content having one or of zinc or of an alloy of zinc with 0.25 ₀ Of Aluminum and optionally 5 ° / ₀ existing copper solder for connecting the prepared according to claim 1 or Tantalcarbid- Tantalboridplättchen.mit the tool holder .

3. A method for soldering according to claim 1 prepared tantalum carbide or tantalum boride platelets on the holder, characterized in that the soldering surface facing away from the tool holder (13) in a cooling container (24) immersed or brought into contact with a thermally conductive plate (28) and meanwhile that on the tool holder Applied solder is heated, then no the plate prepared according to claim 1 is also heated and applied to the tool holder while continuing to heat it.

For this purpose ι sheet of drawings