DE202007000041U1

DE202007000041U1 - Pulvermischung für kobaltgebundene gesinterte Hartmetallgegenstände

Info

Publication number: DE202007000041U1
Application number: DE200720000041
Authority: DE
Original assignee: DR KONRAD FRIEDRICHS EK; KONRAD FRIEDRICHS E K DR
Current assignee: DR KONRAD FRIEDRICHS EK; KONRAD FRIEDRICHS E K DR
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2017-10-27

Abstract

Pulvermischung als Ausgangssubstanz für kobaltgebundene gesinterte Hartmetallgegenstände, wobei der Kobaltgehalt in Form von Kobaltoxid, insbesondere als Kobalt(II,III)oxid Co₃O₄, enthalten ist.

Description

Einleitung:
Unter Hartmetallen sind gesinterte Werkstoffe aus metallischen Hartstoffen auf Basis hochschmelzender Carbide der Metalle aus den Gruppen 4b bis 6b des Periodensystems und niedrigschmelzender Bindemetalle aus der Eisengruppe, insbesondere Kobalt, zu verstehen. Sie werden hauptsächlich für die Zerspanungstechnik und zur Verschleißbekämpfung benutzt. Für die Herstellung dieser Hartmetalle werden Pulvermischungen, auch Mischungsansätze genannt, eingesetzt, welche die üblicherweise pulverförmigen Hartstoffe sowie den Metallbinder, welche den Hartstoff während des Sinterprozesses unter Legierungsbildung benetzt, enthalten. Erst dadurch entsteht die für die Verwendung geeignete zähe-harte Mikrostruktur der Hartmetalle.
Zur Herstellung von gesinterten Hartmetallstäben wird beispielsweise ein aus den Grundsubstanzen Wolframcarbid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid und Kobalt bestehende Pulvermischung durch Vermahlen und Homogenisieren in einem Attritor (Rührwerkskugelmühle) oder einem anderen geeignetem Mahlaggregat hergestellt. Dies hat den Nachteil, dass sich die Vermischung der Einzelkomponenten durch die unterschiedlichen Korngrößen und Morphologien speziell des Kobalts bei höheren Kobaltgehalten als schwierig erweist, da das Kobalt als elementares Pulver relativ weich ist und zu Verklebungen und Agglomerationen neigt.
Aufgabe der Erfindung:

1. Mahlfähigkeit des Mischungsansatzes erhöhen und/oder
2. homogene Verteilung des Co innerhalb der Mischung

Lösung:
Merkmalskombination von Anspruch 1, insbesondere Verwendung einer entsprechenden Menge Kobaltoxid anstelle des elementaren Kobalts, insbesondere mit einer Korngröße kleiner 10 μm.
Da Kobaltoxid nach der Reaktionsgleichung Co₃O₄ + 2C → 3Co + 2CO₂ reagiert, entspricht dies einem Wirkungsgrad von 73,4%. Um nun einen Hartmetallansatz zu berechnen, berechnet man vorteilhafterweise den Wirkungsgrad der Reaktion und den Kohlenstoffbedarf mit ein. Die anderen Zugaben können davon unberührt bleiben. Dadurch kann erreicht werden, dass der Gehalt an Kobalt nicht geändert wird.
Ausführungsbeispiel:
Es wurde eine erste herkömmliche Pulvermischung hergestellt. Dazu wurden 1803 g Wolframcarbid (WC) mit einer Korngröße von 0,5 μm, 180 g elementares Kobalt (Co) mit einem mittleren Korndurchmesser von 5,35 μm, 10 g Chromcarbid (Cr₃C₂) und 5 g Vanadiumcarbid (VC) in einer Labormühle für 24 Stunden vermahlen. Anschließend wurde an dieser ersten Pulvermischung eine Korngrößenmessung mit einem Cilas 1064 durchgeführt. Dabei ergab sich die in Tabelle 1 dargestellte Korngrößenverteilung. Der mittlere Korndurchmesser lag bei 0,47 μm. Tabelle 1: Korngrößenverteilung herkömmliche Pulvermischung nach Aufmahlung

Durchmesser/μm kumulative Werte des Durchgangs/%

0.04 0.23

0.10 5.12

0.50 53.51

1.00 87.78

2.00 97.14

3.00 98.63

4.00 99.70

5.00 100.00
Anschließend wurde eine erfindungsgemäße zweite Pulvermischung hergestellt. Diese bestand im wesentlichen aus den selben Bestandteilen. Das elementare Kobalt wurde jedoch durch Kobaltoxid Co₃O₄ ersetzt. Um den gleichen Kobaltgehalt in der Pulvermischung und damit auch in dem damit hergestellten gesinterten Hartmetallgegenstand zu erhalten, wurde eine um das 1,362-fache Menge Kobaltoxid Co₃O₄ im Vergleich zur Menge des elementaren Kobalts zugegeben.

Vor der Zugabe des Kobaltoxids in die Pulvermischung wurde dessen Korngrößenverteilung bestimmt. Es ergab sich die in Tabelle 2 dargestellte Verteilung. Der mittlere Korndurchmesser lag bei 4,44 μm. Tabelle 2: Korngrößenverteilung des zugegebenes Kobaltoxid vor Aufmahlung

Durchmesser/μm	kumulative Werte des Durchgangs/%
0.04	0.00
0.10	0.53
0.50	4.04
1.00	6.54
2.00	16.44
3.00	31.36
4.00	44.84
5.00	55.88
7.00	71.81
10.00	84.25
15.00	93.46
20.00	98.07
30.00	100.00

Es wurden somit für die erfindungsgemäße zweite Pulvermischung 1803 g Wolframcarbid (WC) mit einer Korngröße von 0,5 μm, 245,158 g Kobaltoxid (Co₃O₄), 10 g Chromcarbid (Cr₃C₂) und 5 g Vanadiumcarbid (VC) in einer Labormühle für 24 Stunden vermahlen. Anschließend wurde entsprechend des bei der ersten Pulvermischung angewandten Verfahrens die Korngrößenverteilung der Pulvermischung bestimmt. Dabei ergab sich die in Tabelle 3 dargestellte Korngrößenverteilung. Der mittlere Korndurchmesser lag bei 0,28 μm. Tabelle 3: Korngrößenverteilung der erfindungsgemäßen Pulvermischung nach Aufmahlung

Durchmesser/μm kumulative Werte des Durchgangs/%

0.04 1.18

0.10 12.27

0.50 80.30

1.00 98.41

2.00 100.00

3.00 100.00

4.00 100.00

5.00 100.00
Nach gleicher Aufmahlzeit ergab sich für die erfindungsgemäße zweite Pulvermischung somit eine feinere Pulvermischung. Der mittlere Korndurchmesser betrug bei der erfindungsgemäßen zweiten Pulvermischung 0,28 μm, während er bei der herkömmlichen ersten Pulvermischung 0,47 μm betrug.
Durch die Zugabe von Kobaltoxid anstelle des elementaren Kobalts konnten somit ein Verkleben und eine Agglomeration der einzelnen Pulverbestandteile vermieden werden und dadurch die Mahlfähigkeit verbessert. Besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Zugabe von Kobaltoxid mit einer mittleren Korngröße von kleiner 10 Mikrometern, insbesondere kleiner 5 Mikrometern herausgestellt.
Auch ist durch die feinere Aufmahlung eine homogenere Verteilung der einzelnen Bestandteile innerhalb der Pulvermischung und damit auch in einem anschließend durch Sintern aus dieser Pulvermischung hergestellten Hartmetallgegenstand möglich. Dies führt im allgemeinen zu homogenen mechanischen Eigenschaften. Auch erhöht ein feinkörniges Gefüge verschiedene mechanische Eigenschaften wie beispielsweise die Härte. Werden Hartmetallgegenstände, die einer Biegebelastung ausgesetzt sind aus dem erfindungsgemäßen Pulvergemisch hergestellt, erhöht sich auch deren Biegebruchfestigkeit.

Claims

Pulvermischung als Ausgangssubstanz für kobaltgebundene gesinterte Hartmetallgegenstände, wobei der Kobaltgehalt in Form von Kobaltoxid, insbesondere als Kobalt(II,III)oxid Co₃O₄, enthalten ist.
Pulvermischung nach Anspruch 1, wobei das Kobaltoxid eine mittlere Korngröße kleiner 10 Mikrometer aufweist.
Pulvermischung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Kobaltoxid eine mittlere Korngröße kleiner 5 Mikrometer aufweist.
Pulvermischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pulvermischung Wolframcarbid, Vanadiumcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid, Nickel und/oder Chromcarbid enthält.
Pulvermischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pulvermischung 85-95 Gew% Wolframcarbid (WC), 0,1-1,0 Gew% Vanadiumcarbid (VC), 0,3-1,0 Gew% Chromcarbid (Cr₃C₂) und/oder 5-20 Gew% Kobaltoxid (Co₃O₄) enthält.
Hartmetallgegenstand, gesintert aus der Pulvermischung nach einem der Ansprüche 1-5.
Hartmetallgegenstand nach Anspruch 6, wobei der Hartmetallgegenstand ein Hartmetallstab mit einem Durchmesser kleiner 10 Millimeter ist.