DE972056C - Verfahren zur Herstellung verschleissfester UEberzuege - Google Patents

Description

Die Erfindung l>ezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung verschleißfester Überzüge auf im weseitlichen auf Gleitung beanspruchten Oberflächen von Arbeits-, Meß- und Prüfgeräten mit einer Arbeitsfläche aus Diamanten, die miteinander und mit der Unterlage durch ein vorzugsweise galvanisch aufgebrachtes Bindemittel, insbesondere Staihl- oder Hartmetallegierangen, verbunden sind.

Der Erfindung liegt die systemati sehe Beobachtung zugrunde, daß Tief bohrwerkzeuge mit Diamantoder Hartmetallbestückung, z. B. Bohrkronen, häufig vorzeitig außer Betrieb zu nehmen sind, also bevor die wirksamen Hartkörper, die Diamanten oder das Hartmetall, noch kaum beansprucht sind. Als Grund hierfür wurde die verschleißende Wirkung der im Druckspülwasser enthaltenen weggearbeiteten Gesteinsteilchen auf die zähe, weiche Diamantfassung und auf den die Bohrkrone tragenden Staihlschaft erkannt.

Es kommt also erfindungsgemäß bei Arbeits-, Meß- und Prüfgeräten, wie Gewindelehren, Rachenlehren, Lehrdornen, Tastorganen und Fühlhebeln, zur Erzielung einer unbegrenzten Lebensdauer auf die Bewehrung oder Armierung der Arbeitsoberfläehen an.

Im einzelnen wird dieses Ziel durch ein Verfahren erreicht, gemäß welchem zur Herstellung verschleißfester Überzüge auf im wesentlichen auf Gleitung beanspruch ten Oberflächen von den genannten Geräten mit einer Arbeitsfläche aus Diamanten, die miteinander und mit der Unterlage durch ein vorzugsweise galvanisch aufgebrachtes Bindemittel, insbesondere Stahl- oder Hartmetalllegierungen, verbunden sind, die aus der Arbeits-

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fläche heraus ragenden scharfkantigen Diamanten durch mechanische oder chemische Einwirkung abgestumpft werden.

Nach dem Verfahren werden scharfkantige Diamanten in das Bindematerial eingebettet und anschließend die aus der Arbeitsfläche herausragenden Kanten der Diamanten durch mechanische oder chemische Einwirkung abgestumpft.

Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorzug,

ίο daß sich die scharfkantigen Diamantsplitter mit der Bindemasse, für die beispielsweise Hartstahl- oder Hartmetallegierungen in Betracht kommen, in einem höheren Grade und besser verzahnen, als dies beispielsweise bei einem verrundeten Korn der Fall ist.

Die Abstumpfung kann erfindungsgemäß durch einen Glühprozeß erfolgen. Hierbei ist aber zu beachten, daß sich die Abstumpfung nur auf die aus der Oberfläche hervorragenden Diamantspitzen erstreckt. Der Glühprozeß ist also· so> zu leiten, daß ein Eingriff in die Tiefe des Schichtgefüges vermieden wird.

Im Ergebnis des Verfahrens ist die Oberfläche der dem Erosionsangriff ausgesetzten Teile der Arbeitsfläche mit einer Schicht belegt, die in dichter Lagerung feine Diamanten mit stumpfen oder abgestumpften Kanten enthält.

Im Gegensatz zu den an sich bekannten Verfahren zur Herstellung einer Diamantstaub enthaltenen Sinterlegierung für spanabhebende Werkzeuge unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung verschleißfester Überzüge somit dadurch, daß eine besondere Schicht aus möglichst feinen, mit stumpfen oder abgestumpften Kanten versebenen Diamanten geschaffen" wird.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen werden, daß in der Schicht neben den Diamantkörnern noch andere feine Hartmetallkörper eingelagert werden, die ebenfalls an der Arbeitsfläche abgestumpft sind. Als solche feinen Hartmetallkörper haben sich Korund oder Hartkarbide bewährt, die etwa in der gleichen Korngröße wie die Diamantkörner Verwendung finden. Wie weit man mit der Vertretung der Diamanten durch andere Hartkörper gehen kann, hängt im einzelnen von der Flädhengröße der Bewehrung und dem Zweck der bewehrten Fläche ab.

In Abänderung des Verfahrens können zur Schichtbildung Diamanten mit von vornherein stumpfen Kanten in Gestalt von »totem« Diamantstaub Verwendung finden, wie er in der Diamantschleiferei anfällt. Es handelt sich also hierbei um Diamantkörner, die durch das lange Schleifen und Polieren ihrer griffigen Kristallkanten beraubt sind. Auf diese Weise wird gleichzeitig für diesen Abfallstoff eine wertvolle, neue technische Verwendung'geschaffen. Vor allem wird auf diese Weise der Tatsache Rechnung getragen, daß die erfindungsgemäße Armierungsschicht bei gleichem spezifischem Diamantgehalt um so widerstandsfähiger gegen mechanischen Verschleiß ist, je feiner der Diamantstaub ist. Mit abnehmender Größe des Diamantkorns steigt also der Abdeckungschutz der zwischen den Diamantkörnern liegenden weicheren Bindeschicht stark an, so daß gröbere Gesteinsteilchen überhaupt nicht mehr zwischen die Diamantkörner eingreifen können.

Eine Variante des Verfahrens besteht darin, daß der Diamantstaub galvanisch in das metallische Bindemittel so eingebettet wird, daß die Diamantspitzen aus der galvanisch niedergeschlagenen Bindemittelschidht herausragen und daß dann die Lücken zwischen den freien Diamantspitzen mit einem harten Werkstoff, z. B. durch Aufdampfen, ausgefüllt werden, worauf gegebenenfalls noch eine Abstumpfung der Diamantspitzen oder Kanten vorgenommen wird.

Die Erfindung wird dadurch nicht berührt, daß die Herstellung von Hartmetallen mit eingelagertem Diamantstaub an sich bekannt ist, da solche Hartmetalle in erster Linie zur spanabhebenden Bearbeitung dienen und deshalb auch dort die einzelnen Diamanten scharfe Kanten besitzen sollen. Die Erfindung bezieht siah auch nicht auf ein Verfahren, zur Herstellung künstlicher Steine zum Bohren, Drehen und Ziehen Wolfram mit Diamantstaub zu mischen und die entstandene Mischung durch elektrischen Strom zu schmelzen, oder auf ein Verfahren zur Herstellung einer Diamantstaub enthaltenden Sinterlegierung, gemäß welchem der Diamantstaub in einer Grundmasse aus Wolframkarbid mit einem Zusatzmetall verteilt und die Grundmasse unter Druck bei einer Temperatur von etwa 1350⁰ C gesintert wird. Nach den eingehenden Untersuchungen, die zu der Erfindung führten, werden Diamantkörner von 0,1 mm Teilchengröße nach istündiger Erhitzung auf 1150⁰ C im Gemisch mit Metallpulvern zu etwa 75 % in Graphit und zu 25 °/o in Karbidkohlenstoff umgewandelt, so daß Diamantreste überhaupt nicht mehr nachgewiesen werden.

Erfindungsgemäß kommt es gerade darauf an, die Graphitierung zu vermeiden, da ein in Graphit verwandelter Diamant seine Härte verloren hat und nicht mehr verschleißfest ist.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Abb. ι zeigt schematisch einen Schnitt der auf den Schichtträger t aufgebrachten Arbeitsschicht ί mit den Diamantkörnern d. Die Abbildung veranschaulicht die beispielsweise durch Schleifen bewirkte Abstumpfung der Diamantkörner an der Oberfläche der Arbeits schicht.

Abb. 2 zeigt im einzelnen die erfindungsgemäße Ausgestaltung der galvanischen Bindung von Diamantstaub. Zunächst werden auf den Träger t die Diamantkörner d bis etwa über die Hälfte ihrer Größe durch eine galvanisch aufgebrachte Schicht s gebunden. Da diese galvanischen Schichten im allgemeinen zwar zäh, aber wenig fest sind, wird in einem Sonderverfahren, z. B. durch Aufdampfung in die Lücken zwischen den Diamanten und zum Teil die Diamanten überdeckend, eine weitere Schicht aus hartem, verschleißfestem Material m, z. B. aus Korund oder einem Hartkarbid, wie SiIiciumkarbid, Borkarbid oder Wolframkarbid, auf-

gebracht. Ein anschließendes Beschleifen empfiehlt sich hier auf jeden Fall, um etwa mit dem Material m abgedeckte Diamantkörner freizulegen. Im Hinblick auf die geringe Dicke des Diamantstaubes ist auch die zur Lückenauffüllung benötigte Menge an Material m gering und auch bei dem an sich kostspieligen Aufdampfverfahren tragbar. Verwendet man z. B. ein Diamantkom von 0,005 mm Teilchengröße, so ist eine galvanische Schicht von etwa 0,003 bis 0,004 mm zur zähen Befestigung ausreichend, so daß nur noch 0,001 bis 0,002 mm aufzudampfen sind. Selbst gröbere Diamantkörnungen von etwa 0,015 mm Größe, die sich für die Bewehrung von Grenzlehrdornen nach Beschleifen der Arbeitsfläche ohne Kratzwirkung auf zu prüfende Bohrungen vorzüglich bewährt haben, erfordern nur etwa 0,002 bis 0,003 nun Aufdampfung bei entsprechend gehaltener galvanischer Schicht.

Es wurden bereits als· Werkstoff für das Binde-

ao material harte Stahl- oder Metallegierungen genannt. Im einzelnen ist noch darauf hinzuweisen, daß sich zur Erzielung einer Unempfindlichkeit der ernndungsgemäß bewehrten Werkzeuge gegen unbeabsichtigten Stoß oder Schlag Bindesubstanzen empfehlen, die neben einer guten Bindefähigkeit des Diamantstauibes auch noch eine erhebliche Druck- und Schlagfestigkeit besitzen, also in erster Linie zähe, feste Stahllegierungen oder auch reine Hartmetallegierungen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung verschleißfester Überzüge auf im wesentlichen auf Gleitumg beanspruchten Oberflächen von Arbeits-, Meß- und Prüfgeräten mit einer Arbeitsfläche aus Diamanten, die miteinander und mit der Unterlage durch ein vorzugsweise galvanisch aufgebrachtes Bindemittel, insbesondere Stahl- oder Hartmetallegierungen, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Arbeitsfläche heraus ragenden scharf kantigenDi-amanten durch mechanische oder chemische Einwirkung abgestumpft werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Diamantkörnern in bekannter Weise noch andere Harrmetallkörper eingelagert und diese ebenfalls an der Arbeitsfläche in ihrem herausragenden Teil abgestumpft werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken zwischen den aus einer galvanisch niedergeschlagenen Bindemittelschicht herausragenden Diamantspitzen mit einem harten Werkstoff ausgefüllt werden.
4. 4. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der abgestumpften Diamanten toter Diamantstaub, wie er in der Diamantschleiferei anfällt, verwendet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 611 860, 604853;

   österreichische Patentschriften Nr. 143 627,
   144642;

   schweizerische Patentschrift Nr. 222 160;

   britische Patentschriften Nr. 175638, 462809, 074;

   »Hartmetallwerkzeuige«, 1937, S. 190;

   »B. I. O. S. Final Report«, Nr. 1448, London, 1946, S. 91 bis 95;

   »Draht-Welt«, 1942, S. 19/20;

   »Allmetallwirtschaft«, Nr. 13, 1948, S. 205;

   »The South African Mining and Engineering Journal«, 1938, S. 99/100;

   »Diamond Drill Handbook«, Toronto, 1951,
   S. in/112.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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