CH451641A - Verfahren zur Herstellung einer harten Oberfläche auf dem Verschleiss unterworfenen Metallgegenständen, insbesondere Schneidwerkzeugen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung einer harten Oberfläche auf dem Verschleiss  unterworfenen Metallgegenständen, insbesondere     Schneidwerkzeugen       Es ist bekannt, zur Herstellung einer harten, aus  Metallkarbiden,     -nitriden,        -siliziden    oder     -boriden    oder  Mischungen     d rselben    und Bindemetall sich aufbauen  den Schicht auf einem Metallgegenstand einen Legie  rungsstab mit darin     verteilten    Hartstoffen der genannten  Art oder einen Rohrabschnitt, der mit den genannten  Hartstoffen angefüllt ist,

   über die zu überziehende Ober  fläche zu halten     und    durch einen Schweissbrenner oder  elektrischen Lichtbogen zum     Abschmelzen    zu bringen.  



  Nach einem anderen bekannten Verfahren werden  die schwer schmelzbaren     Hartstoffkörner    auf der zu  überziehenden     Oberfläche    verteilt und danach mit Was  serstoff hartgelötet. Dabei wird die zu überziehende       Oberfläche    so lange erhitzt, bis eine sehr dünne Schicht  des Metallgegenstandes     schmilzt.    Die alsdann auf die       geschmolzene    Oberfläche aufgetragenen     Hartstoffkörner     sinken in dieselbe ein und werden dabei mit dem Metall  gegenstand fest verbunden.  



  Ein weiteres bekanntes Verfahren betrifft das Über  ziehen einer Stahloberfläche mit Wolfram und das an  schliessende sehr schnelle Erhitzen desselben, um     Wol-          framkarbide    auf der Oberfläche des Stahlgegenstandes  zu     bilden.    Dabei wird das Wolfram oder ein Wolfram  enthaltendes Metall mit Kohlenstoff vermischt und auf  die Oberfläche mit einem Klebemittel aufgetragen. Das  Wolfram enthaltende Metall reagiert in der Hitze mit  dem Kohlenstoff unter Bildung von     Wolframkarbid,    das  in die geschmolzene Oberfläche des     Grundmetalles    ein  sinkt.

   Um dabei     Wolframkarbid    in nennenswerter Menge  zu bilden, bedarf es     hiezu    beträchtlicher Zeit und natur  gemäss einer Temperatur, die oberhalb des Schmelz  punktes des Stahles, aus dem das Werkzeug besteht,  gelegen ist.  



  Ferner ist die     Elektroplattierung    einer Hartchrom  schicht auf die Oberfläche eines     Grundmetalles,    sowie  das Hartlöten brikettierter oder gesinterter Stücke oder  Einsätze auf dem Werkzeug bekannt.  



  Schliesslich ist es bekannt, ein Pulvergemisch aus  dem Hartstoff und     Chromborid    und Eisen und/oder    Nickel oder/und Kobalt mit einem Pulver aus organi  schen und/oder anorganischen Stoffen zu einer Paste an  gerührt, auf den Trägerkörper aufzustreichen und diesen  Trägerkörper an seiner Oberfläche auf die Schmelz  temperatur des Gemischteiles aus     Chromborid    mit einem  Metall der Eisengruppe zu bringen. Da eine derart aufge  brachte Paste die Vertiefungen im Trägerkörper ausfüllt,  nicht immer jedoch dessen Ecken bedeckt, können des  sen genaue Konturen nicht aufrechterhalten werden.  Eine bestimmte Dicke der     Hartmetallschicht    ist dabei  nicht gewährleistet.  



  Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren  zur Herstellung einer harten Oberfläche auf dem Ver  schleiss unterworfenen Metallgegenständen, insbesondere       Schneidwerkzeugen,    durch Aufbringen eines Pulverge  misches aus     Bindemetall-Legierung    oder in     situ    eine  solche Legierung ergebenden Metallen und Metallkarbid  bzw. Metallkarbid bildendem Metall zusammen mit     py-          rogen        Metallkarbidbildung    bewirkendem organischem  Stoff auf den Metallgegenstand, der an seiner Oberfläche  auf die Schweisstemperatur der     Bindemetall-Legierung     erhitzt wird.

   Diese wird erfindungsgemäss dadurch er  reicht, dass auf die     vorgereinigte    Oberfläche des Metall  gegenstandes als ein in der Hitze sich zersetzendes  Klebemittel Schellack aufgebracht wird, alsdann das ge  nannte Pulvergemisch unter Zusatz eines     Flussmittels,     z. B. Borax, auf den     Schellack,    geschichtet und nach  Entfernung des nichthaftenden überschüssigen Pulvers  die Schicht nach     Vortrocknung,    z. B. durch elektrische  Heizung, gegebenenfalls in einer schützenden reduzieren  den Atmosphäre, auf eine Temperatur erhitzt wird, bei  welcher die     Bindemetall-Legierung    mindestens teilweise  schmilzt.  



  Die Erhitzung kann schnell, zweckmässig induktiv  und nötigenfalls unter Anwendung einer schützenden  Atmosphäre erfolgen, die aber bei Anwendung von In  duktionserhitzung wegen ihrer Schnelligkeit auch weg  fallen kann. Als Schutzgas kommt hierfür dissoziiertes  Ammoniak, gegebenenfalls unter Zugabe von Methan      oder Naturgas in Betracht. Mit Vorteil ist dabei das  Pulvergemisch zwischen     Liquidus    und     Solidus,    beispiels  weise von 816     bis    1360  C, in plastischem Zustande.

    Durch die einsetzende schnelle Erhitzung     verflüchtigt     sich der Schellack, wobei reduzierend wirkende Gase  entstehen, die durch die anfänglich noch vorhandenen  Zwischenräume des     aufgestaubten    Pulvers entweichen,  ein etwaiger     Kohlenstoffrest    aus dem Schellack gebildet  wird und dann in Verbindung mit dem     Flussmittel    die  Legierungsbildung und damit eine sehr feste Bindung an  der Grenzschicht zwischen dem aufgetragenen Pulver  gemisch und dem Metallgegenstand stattfindet, sobald  der erhitzte Gegenstand abschliessend abgekühlt bzw.  abgeschreckt wird.

   Es ist ein besonderer Vorteil des  Verfahrens nach der Erfindung, dass die Stärke der auf  diese Weise aufgeklebten Kornschicht einmal von der  Dicke und Viskosität des aufgetragenen Schellacks und  zum anderen von dem maximalen     Korngrössendurch-          messer    des aufgestreuten Pulvergemisches abhängig ge  macht werden kann. Dementsprechend werden Pulver  gemische bevorzugt, deren Korngrössen zwischen etwa  25 bis 130     Mikron    liegen, wobei naturgemäss der er  wünschte     Dünnschichtüberzug    noch dadurch erreicht  wird, dass möglichst nur eine Kornschicht auf das ent  sprechend dünn aufgetragene Klebemittel aufgetragen  wird.

   In Ausnahmefällen können Schichten bis zu 400       Mikron    Stärke durch Auftragen entsprechend gröberer  Pulverkörner erwünscht sein.  



  Dem aus der     Bindemetall-Legierung    und dem     Wol-          framkarbid    bestehenden Pulvergemisch kann noch ein       Flussmittel,    z. B. Borax, zugefügt werden. Das Fluss  mittel kann dabei in wässeriger Lösung oder in Pulver  form und gegebenenfalls auch in einem besonderen an  schliessenden Arbeitsgang zugegeben werden, so dass das  auf den Schellack aufgetragene, Bindemetall enthaltende       Metallkarbidpulver,    abschliessend mit einer Staubschicht  des     Flussmittels    vollständig überdeckt wird.

   Am Ende  einer kurzzeitigen Erhitzung, d. h. im Zeitpunkt der  Aufweichung     (Schweissung)    der Oberfläche des Grund  metalles bewirkt das Hochsteigen des     Flussmittels    durch  die Metallkörner das Festhaften des Pulvergemisches  auf dem Grundmetall.  



  Anstelle von Borax als     Flussmittel    können Borsäure,  Natrium- oder     Kaliumfluoborat    oder Kalium- oder     Na-          triumfluorid,        Lithiumsalze,        Metaborat    oder     Tetraborat     verwendet werden. Die Schmelzpunkte dieser     Flussmittel     variieren bekanntlich zwischen etwa 800 und 1100  C.  Für das Aufbringen einer stets gleich starken Schellack  schicht hat sich das Aufstempeln oder Aufdrücken der  selben mit Hilfe eines mit dem Schellack durchtränkten  Schwammes, porösen Körpers, Schaumgummi und der  gleichen als vorteilhaft erwiesen.  



  Das Pulvergemisch aus Metallkarbid,     Bindemetall-          Legierung    und     Flussmittel    wird vorteilhaft durch eine  elektromagnetisch betriebene     Schwingförderrinne    in  dünner Schicht in Form eines Vorhanges oder Schleiers  auf den Schellack     hinabrieseln    gelassen, wobei der zu  beschichtende Metallgegenstand mit regelbarer Ge  schwindigkeit durch diesen Vorhang hindurchgeführt  wird. Dies erfolgt zweckmässig in einer Schräglage der  Oberfläche, damit das überschüssige Pulver sofort wie  der in einem darunter angeordneten Behälter abfallen  kann.

   Sofern das     Flussmittel    nicht vorher bereits dem  Gemisch aus Metallkarbid und Bindemetall zugefügt  wurde, erfolgt die Zufuhr des     Flussmittelpulvers    zweck  mässig ebenfalls durch eine     Vibrationsrinne    in einem    gleichen Vorhang, durch den hindurch der Metallgegen  stand mit regelbarer Geschwindigkeit geführt wird.  



  Schliesslich kann das     Metallkarbidpulver    in einem  getrennten Arbeitsgang zunächst auf den Schellack auf  gebracht und die pulvrige     Bindemetall-Legierung    in  einem anschliessenden Arbeitsgang als     Einbettmasse    über  die     Hartstoffschicht    geschichtet werden, wodurch eine  geringe Menge dieses     Einbettmaterials    zwischen die     Me-          tallkarbidkörner    fällt, die Pulvermischung also in     situ     gebildet wird, wobei nach der Verschmelzung die     Me-          tallkarbidkörner    leicht hervorragen.  



  Wenn die anfänglich aufgetragene     Schellacklösung     eine ungenügende Benetzung der aufgetragenen Pulver  schichten bewirken sollte, kann eine sehr dünne Schicht       Schellacklösung    als Klebemittel zwischen diesen einzel  nen Arbeitsgängen zusätzlich aufgetragen werden.  



  Anstelle der genannten     Bindemetall-Legierung    kann  Chrom und Kobalt in sehr feinpulveriger Form mit     Wol-          framkarbid    oder Wolfram und einem Kohlenhydrat ver  wendet werden. In letzterem Falle werden die Karbide  aus dem Kohlenstoff des Kohlenhydrates     pyrogen    unter  Erhitzung mit einem Schweissbrenner oder dergleichen  gebildet. Chrom und Kobalt schmelzen beim Erhitzen  unter Bildung der     Bindemetall-Legierung.     



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist nachstehend an  Hand eines     Ausführungsbeispieles    näher erläutert.  



  Es wird eine     Alkohol-Schellackmischung    aus 3,75       Gew.%        Orange-Schellack    und 96,25     Gew.    % 80 %     igem     denaturiertem Alkohol zur Bildung einer Lösung her  gestellt, ähnlich wie diese in der     Anstrichtechnik    in     Farb-          konsistenz    gebraucht und im     Eintauchverfahren    ange  wendet wird. Damit wird die Oberfläche des erfindungs  gemäss zu behandelnden Werkzeuges, eines Schneide  zahnes aus Stahl, überzogen.  



  Dann wird eine Pulvermischung mit Zusammenset  zung<B>11,5</B>     Gew.    ö Borax als     Flussmittel,    32,6     Gew.%          Bindemetall-Legierung    und 55,9     Gew.%        Wolframkarbid     hergestellt.

   Das     Pulvergemisch    enthält Teilchen mit  einem Durchmesser von ungefähr 127     Mikron    bis un  gefähr 63,5     Mikron.    Die Metallkomponenten des Binde  metalls hegen in einem     nicht-eutektischen    Legierungs  typ vor, der einen im wesentlichen plastischen Tempera  turbereich innerhalb weiter Temperaturgrenzen zwischen       Liquidus    und     Solidus    unterhalb des Schmelzpunktes des  metallischen Gegenstandes aufweist.

   Der Schneidezahn  mit seinem noch feuchten Oberflächenüberzug aus einer       Schellack-Alkohollösung    wird durch einen     herabrieseln-          den    feinen Vorhang aus dem pulverförmigen Material  geführt, um so die Spitze und die Seiten des schneiden  den Teiles des Zahnes mit der Pulvermischung zu be  decken. Der nasse Zahn hält nur eine dünne, gleich  mässige Schicht der pulverförmigen Mischung fest. Die  Aussenseite der haftenden Pulverschicht ist trocken und  erlaubt weiterem, darauf abgelagertem Pulvermaterial ab  zufallen, abgeschüttelt oder     abgerüttelt    zu werden.

   Dies  bewirkt eine Entfernung der überschüssigen Pulvermi  schung, so dass im wesentlichen nur eine einzelne Korn  schicht durch den     Schellackfilm    auf der Oberfläche des  Zahnes oder des Metallgegenstandes zurückgehalten  wird. Die Viskosität dieser     Schellacklösung    ist mit Rück  sicht auf die Dicke ihres Filmes und die Schichtdicke des  darauf haftenden Metallpulvers entsprechend eingestellt  worden.  



  Der Sägezahn mit der durch die     Schellacklösung     festgehaltenen Pulverschicht wird nach der Trocknung  auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher die Binde  metall-Legierung teilweise     geschmolzen    ist. An der           Grenzfläche        zwischen    Bindemetall und Metallgegenstand  ergibt sich dabei eine     Schmelzverbindung.    Während der  Erhitzung wird der Schellack der Pyrolyse unterworfen.  Das im Pulvergemisch enthaltene Borax     wirkt    als nicht  flüchtiges,     anorganisches        Flussmittel.    Auf den behandel  ten Flächen wird so eine glatte, dünne und harte Schicht  gebildet, die deren Umriss genau wiedergibt.

   Die Schicht  ist fest mit dem Zahn verbunden und erfordert keine  Schleifbehandlung. Der Zahn kann wärmebehandelt wer-

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung einer harten Oberfläche auf dem Verschleiss unterworfenen Metallgegenständen, insbesondere Schneidwerkzeugen, durch Aufbringen eines Pulvergemisches aus Bindemetall-Legierung oder in situ eine solche Legierung ergebenden Metallen und Metallkarbid bzw.

   Metallkarbid bildendem Metall zu sammen mit pyrogen Metallkarbidbildung bewirkendem organischem Stoff auf den Metallgegenstand, der an seiner Oberfläche auf die Schweisstemperatur der Binde metall-Legierung erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die vorgereinigte Oberfläche des Metallgegen standes als ein in der Hitze sich zersetzendes Klebe mittel Schellack aufgebracht wird,

   alsdann das genannte Pulvergemisch unter Zusatz eines Flussmittels auf den Schellack geschichtet und nach Entfernung des nicht haftenden überschüssigen Pulvers die Schicht nach Vor trocknung auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher die Bindemetall-Legierung mindestens teilweise schmilzt. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass als Metallkarbid Wolframkarbid bzw. dass Wolframpulver zusammen mit pyrogen Wolframkarbid bildender organischer Substanz, wie einem Kohlehydrat, verwendet wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass als Bindemetall-Legierung eine Wolfram- Kobalt-Chromlegierung oder eine Chrom-Kobaltlegie- rung verwendet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Einbettmasse dienende Bindemetall-Legierung in einem Temperaturbereich plastisch ist, der unterhalb des Schmelzpunktes des dem Verschleiss unterworfenen Me tallgegenstandes, nämlich zwischen 816 und 1360 C, liegt. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass als Flussmittel Borax verwendet wird. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Borax dem pulverförmigen Binde- metall-Legierung-Metallkarbid-Gemisch, gegebenenfalls gemeinsam mit einem Kohlehydrat, zugegeben wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass das Pulvergemisch und/oder das pulvrige Flussmittel in Form eines Vorhanges oder Schleiers vor- teilhaft mit elektromagnetischer Vibrationsförderung auf den Schellack aufgebracht wird. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass das Pulvergemisch in einer Stärke bis zu 400 Mikron, vorzugsweise 25 bis 130 Mikron, aufge schmolzen wird. B. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schellack bei mehrschichtigem Pulver auftrag zwischen jedem Auftrag angewendet wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Erhitzung der mit dem Pulvergemisch und dem Flussmittel überzogenen Oberfläche in einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre, z. B. aus dissoziier tem Ammoniak, dem gegebenenfalls Methan oder Na turgas zugeführt wurde, erfolgt.