DE1250130B

DE1250130B -

Info

Publication number: DE1250130B
Application number: DENDAT1250130D
Authority: DE
Priority date: 1961-10-03
Publication date: 1967-09-14
Also published as: US3255522A; AT251896B; GB994435A; US3256072A; FR1335373A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT . 1250130 Int. Cl.

C22c

DeutscheKl.: 40 b-29/00

Nummer: 1250130

Aktenzeichen: U9295VIa/40b

Anmeldetag: 28. September 1962

Auslegetag: 14. September 1967

„ „ . _± ._ . ,, , _TT ^ Verschleißfeste Verbundkörper-und Verfahren zu

Die Erfindung betrifft einen verschleißfesten Hart- ^r
stoff, insbesondere Verbundkörper mit einem sol- ihrer Herstellung

chen Hartstoff, sowie ein Verfahren zur Herstellung

des Hartstoffes.

Besonderes Interesse, beispielsweise für Werk- S zeuge, haben verschleißfeste Stoffe gefunden, die Bor enthalten oder daraus bestehen, wie Boride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Chrom, Tan-, tal, Wolfram, Niob, Molybdän, Aluminium, Mangan, Eisen, Nickel und Kobalt, sowie der Erdalkali- und Seltenen Erdmetalle, Borcarbid, Borphosphid, Borarsenid, Borsilicid und Bor als solches. Diese Stoffe mit besonderer Härte und einem hohen Schmelzpunkt werden im folgenden als »verschleißfeste Hartstoffe auf Borbasis« bezeichnet. Es wurden Schneidwerkzeuge aus ähnlichen abriebfesten Substanzen hergestellt, z. B. verschleißfeste Carbide, indem eine Masse aus verschleißfestem Material in feiner Verteilung mit einem metallischen Bindemittel gesintert wurde. Trotzdem die verschiedensten Metalle, wie Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt, Silber und Aluminium als Bindemittel für gesinterte, borhal.tige verschleißfeste Stoffe vorgeschlagen wurden, erreichte man mit keinem dieser wirklich zufriedenstellende Ergebnisse, und in vielen Fällen war eine zu hohe Temperatur für die Bindung der Teilchen

erforderlich.

Es wurde nun gefunden, daß Legierungen von 2
' Kupfer mit Bor, wenn sie in Berührung mit den ver- '

schleißfesten Hartstoffen auf Borbasis geschmolzen 30 beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, wie

Anmelder:

United States Borax and Chemical Corporation, Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Irig. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dr. E. Frhr. v. Pechmarui, Patentanwälte, München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

George Herbert Buli, Barnet, Hertfordshire, Peter Leslie Timms,
Thornton Heath,

Anthony Arthur Robinson Wood, North Holmwood, Dorking, Surrey (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 3. Oktober 1961 (35 662)

werden, diese bei Temperaturen benetzen, die man in der Praxis leicht erreicht, und so die Ausbildung einer festen Verbindung gestatten. Sie sind daher als Bindephase in der Herstellung von z. B. Schneidwerkzeugen von besonderem Interesse.

Nach der Erfindung kann ein Verbundkörper aus einem verschleißfesten Hartstoff auf Borbasis direkt mit einer Kupfer-Bor-Legierung gesintert werden. Der Borgehalt der Legierung für ausgezeichnete Ergebnisse kann recht gering sein, und zwar 0,1 bis 10^c/o, vorzugsweise 1 bis 2%. Der so hergestellte Körper kann die verschiedensten Formen erhalten, so z. B. kann ein gesintertes Schneidwerkzeug oder ein anderer Gegenstand Teilchen des verschleißfesten Hartstoffes, gebunden mit Hilfe der Legierung, enthalten, oder die Oberfläche aus einem Körper verschleißfesten Hartstoffes auf Borbasis kann direkt verbunden werden mit einer Auflage aus der Legierung. Die letztgenannten Verbundkörper können mit Hilfe der Legierungsschicht auf eine Fläche aus einem anderen Material, welches sich direkt mit der Legierung verbindet, aufgebracht werden. So kann man Messing oder Bronze, mit einem Hauptanteil (mindestens 50*/o) an Kupfer mit Hilfe einer Schicht aus einer Kupfer-Bor-Legierung mit einem Körper aus ' verschleißfestem Borid, wie Titandiborid, verbinden. Dies ist besonders geeignet für die Verbindung von Stromleitern aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit Boridelektroden.

Die Verbundkörper kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfaliren herstellen durch Erhitzen der Legierung in Berührung mit dem verschleißfesten Hartstoff in massiver Form auf eine Temperatur, die mindestens der eutektischen entspricht, und Abkühlen der Legierung unter die eutektische Temperatur. So kann man beispielsweise eine innige Mischung von Teilchen des verschleißfesten Hartstoffes mit der pulverförmigen Legierung als Bindemittel bei einer solchen Temperatur sintern und dann unter die eutektische Temperatur abkühlen, wodurch man einen Sinterkörper erhält. Die Legierung kann man auf der Oberfläche des massiven Hartstoffes schmelzen, woöTirch man einen Verbundkörper erhält, der sich leicht auf eine andere Metall-

Claims

fläche hart oder weich löten läßt. Wenn gewünscht, kann man die Kupfer-Bor-Legterung in situ bilden. So ist es möglich, z. B. die Oberfläche einer Boridmasse, wie von Titandiborid, mit feingepulvertem Bor zu bedecken und Kupfer oder eine Legierung auf die so überzogene Räche aufzuschmelzen. Wenn das Kupfer abgekühlt ist, so stellt man fest, daß es fest mit dem Borid verbunden ist. Die verwendete Bormenge liegt vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mg/cm2, jedoch sind größere Mengen, beispiels- to weise bis zu 1 mg/cm2, auch möglich. Die für die Herstellung der Verbundkörper angewandten Temperaturen hängen mit der Art der verwendeten Legierungen zusammen. Für die Kupfer-Bor-Legierungen mit 0,1 bis 10% Bor sind Temperaturen zwischen 1100 und 1200° C völlig ausreichend. Bei den erfindungsgemäßen Verbundkörpern ist die Legierung direkt mit dem verschleißfesten Hartstoff verbunden, und es ist keine die Adhäsion begünstigende Schicht erforderlich. Es ist selbstverständlich, daß eine gewisse Wechselwirkung zwischen verschleißfestem Hartstoff und Legierung an der Berührungsfläche auftreten kann, und derartige Körper fallen selbstverständlich unter die erfindungsgemäßen Produkte. Die Erfindung wird an folgenden Beispielen erläutert. Beispiel 1 Hier wird die Herstellung eines Verbundkörper beschrieben und die Vorteile gezeigt, die man durch Verwendung einer Kupfer-Bor-Legierung gegenüber Kupfer allein erhält. Titandiboridkugeln wurden paarweise übereininder mit einer Zwischenlage aus Kupferpulver angeordnet. In ähnlicher Weise wurden BoridkugeIn ingeordnet-mit einer Zwischenlage aus pulverförmi- ;er Kupfer-Bor-Legierung mit 2% Kupfer zwischen edem Kugelpaar. Die Kugeln wurden in einen Ofen ■on 1200° C eingeführt, 3 Minuten darin belassen, Iann ausgetragen und abgekühlt. Die mit Kupfer erbundenen Kugeln brachen leicht und zeigten keine Verbindung zwischen dem Kupfer und dem Titanorid. Die über Kupfer-Bor-Legierung verbundenen Iugeln konnten nur mit Schwierigkeiten getrennt 'erden, und es wurde festgestellt, daß der Bruch icht an der Verbindungsstelle der Kupfer-Bor-Leierung erfolgte, sondern in einer der Titandiboridugeln. Beispiel 2 9 Teile Titanboridpulver und 1 Teil einer Kupfer-Dr-Legierung mit 2% Bor würden in einer Mühle nig gemischt. Die Pulvermischung wurde auf ugeln mit einem Durchmesser von etwa 1,3 cm und lern Gewicht von 2 bis 4 g unter einem Preßdruck η 780 bis 3940 kp/cm2 gepreßt. Die gepreßten igeln wurden auf eine Aluminiumoxydscliale gelegt d in Wasserstoffatmosphäre in einem Aluminiumydrohrofen bei einer Temperatur zwischen 1150 d 1250° C 2 Stunden lang erhitzt. Die Kugeln nnten dann in Wasserstoff abkühlen. In den ferti- \ Kugeln konnte man feststellen, daß die Titandi-"idteilchen durch die Kupfer-Bor-Legierung fest )unden waren. Beispiel 3. Beispiel 2 wurde wiederholt, mit Ausnahme, daß die gepreßten Kugeln 4 Stunden lang im Vakuum bei 1400 bis 1450° C gehalten wurden. Auch in diesen Kugeln waren die Titandiboridteilchen durch die Legierung fest verbunden. Beispiel 4 Hier wird die feste Aufbringung von Kupfer auf Titandiboridelektroden mit Hilfe einer Kupfer-Bor-Legierung gezeigt. Auf eine Titandiboridelektrode mit einem Durch-'messer von 2,5 cm, die sich in einer Graphitform befand, wurde auf die obere Fläche eine geringe Menge Kupfer-Bor-Legierung mit 2% Bor aufgebracht und die Legierung durch Hochfrequenzheizung auf etwa 1200° C erhitzt. Nun wurde geschmolzenes Kupfer oben auf die mit der Legierung überzogene Elektrodenfläche gegossen. Nach dem Abkühlen war das Kupfer mit der Elektrode fest verbunden, die sich nunmehr zum Anschluß an eine übliche Kupfersammelschiene eignete. Viele der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren, abriebfesten Substanzen, insbesondere Titandiborid, besitzen eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und können daher als solche'zur Herstellung von Elektroden, wie man sie.z.B. für die Aluminiumgewinnung verwendet, herangezogen werden. Die Bezeichnung »verschleißfester Hartstoff« soll nicht zum Ausdruck bringen, daß man die Verbundkörper nur so verwenden soll, daß ihre Abriebfestigkeit von Wichtigkeit ist. Wie oben bereits angedeutet, ist eine wichtige Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bildung einer festen und gut leitfähigen Verbindung zwischen Leitern auT Kupfer oder Kupferlegieningen und Elektroden aus Titandiborid u. ä. Patentansprüche:

1. Verbundkörper, bestehend aus einem verschleißfesten Hartstoff auf Borbasis, insbesondere Titandiborid und einem Bindemetall, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemetall eine Kupfer-Bor-Legiemng mit 0,1 bis 10% Bor ist.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemetall 1 bis 2% Bor enthält.

3. Verbundkörper, insbesondere Schneidwerkzeug, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen des verschleißfesten Hartstoffes durch die Legierung direkt miteinander verbunden sind.

4. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht der Legierung direkt verbunden ist mit der Oberfläche einer Masse aus verschleißfestem Hartstoff auf Borbasis.

5. Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er über die Legierungsschicht in Form der Ktipfer-Bor-Legierung mit einer Fläche, die sus Kupfer besteht oder in der Hauptsache Kupier enthält, verbunden ist.

6. Verbundkörper iiach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Titandiboridelektrode, einem Kupferleiterund einer Zwischen-

Schicht aus der Kupfer-Bor-Legierung, direkt verbunden mit der Elektrodenoberfläche und der Leiteroberfläche, besteht.

7. Verfahren zur Herstellung der Verbundkörper nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bindelegierang, in Berührung mit der festen Masse aus verschleißfestem Hartstofl auf mindestens die eutektische Temperatur erhitzt und dann unter die eutektische Temperatur abkühlt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche eines verschleißfesten Borids mit Borpulver bedeckt und Kupfer oder eine Kupferlegierung in Berührung mit der überzogenen Oberfläche aufschmilzt und das ganze dann abkühlt.