DE2037454B2 - Verschleißbeanspruchter Metallgegen stand, beispielsweise Rasierklingen Schneide - Google Patents

Description

zeichnende Besonderheit darin besteht, daß der Überzug aus einer intermetallischen Verbindung mit Abweichungen innerhalb von ±5% von der stöchiometrischen Zusammensetzung aus a) einem der Edelmetalle Iridium, Osmium, Palladium, Platin, Rhenium, Rhodium oder Ruthenium und b) einem der Metalle Chrom, Mangan, Molybdän, Niob, Tantal, Titan, Wolfram oder Vanadium besteht, eine maximale Korngröße von weniger als 1000 Angström aufweist und gegebenenfalls mit einem als Beschichtung an sich bekannten Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet ist Dabei wird als zweites Metall vorzugsweise Chrom, Molybdän, Niob, Titan, Vanadium verwendet. Besonders vorteilhaft sind diejenigen Legierungszusammensetzungen, welche eine intermetallische Verbindung mit entweder dem geordneten A-15-Würfelgefüge oder dem tetragonalen geordneten (Sigmaphasen)-Gefüge bilden, da sie ausgezeichnete Wärmestabilität besitzen. Zweckmäßigerweise weist der Überzug aus der intermetallischen Verbindung eine Dicke von mindestens 50 bis weniger als 600 Angström und vorzugsweise von 100 bis 400 Angström auf.

Im Falle von Platin-Chrom-Legierungen besteht der Überzug aus 15 bis 65 und vorzugsweise aus 21 bis 27 Atomprozent Platin und Chrom als Rest.

Die Herstellung von Metallgegenständen gemäß der Erfindung erfolgt nach den in der deutschen Patentanmeldung P 20 65 363.8 beschriebenen Verfahren.

Zwecks Abkürzung wird nachstehend die a)-Konv ponente der intermetallischen Verbindung mit »N-Metall« und deren b)-Komponente als »M-Melall« bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Legierung besitzt eine Mikrohärte von über 750 DPHN (Diamant-Pyramidenhärtenummer) und ein äußerst feinkörniges Gefüge, wobei die Kristallitgröße, nach Bestimmung durch das Elektronenmikroskop oder ein Elektronenbrechungsverfahren, weniger als 1000 A beträgt. Beispielsweise beträgt die Kristallitgröße eines dünnen Films der erfindungsgemäßen Platin-Chrom-Legierungen in aufgesprühtem Zustand weniger als 50 A. Mit erfindungsgemäßen Legierungsüberzügen versehene Grundschichten zeigen keinerlei Anzeichen für Korrosion, wenn sie 1 Minute lang in konzentrierte Salzsäure eingetaucht werden. Eine erfindungsgemäße Platin-Chrom-Legierung mit einem Platingehalt von 21 Atoniprozeut besitzt einen Auflösungsgrad in siedender Salzsäure von 200 μπι pro Minute; dies steht im Gegensatz zu einem Auflösungsgrad von 25,4 mm pro Minute für reines Chrom in siedender Salzsäure.

Wenn der Metallgegenstand die zugeschärfte Kante einer Stahl-Rasierklinge ist, ist die M₃N-Verbindung besonders vorteilhaft, da sie größere Stabilität als der darunterliegende Stahl besitzt. Beispielsweise ist die Härte eines Überzugs aus Cr₃Pt-Legierung auf einer Rasierklinge praktisch unabhängig von Wärmcbehandlungs-Temperaturen bis zu 1200⁰C. Bei einem solchen Platin-Chrom-Legierungsüberzug liegt ein bevorzugter Bereich des Platingehalts bei 15 bis 30 Atomprozent, während besonders vorteilhafte Ergebnisse mit einem Überzug erzielt werden, der einen Platingehalt von 21 bis 27 Atomprozent besitzt. Der erfindungsgemäße Legierungsüberzug ist zumindest so hart wie das darunterliegende Klingenmetall und sollte eine Dicke von 600 A nicht überschreiten; ein bevorzugter Dickenbereich liegt bei 50 bis 500 A, während die besten Ergebnisse mit einer Dicke im Bereich von 100 bis 400 Ä erzielt werden. Wenn eine die Rasur begünstigende Deckschicht aus Fluorkohlenstoffpolymer verwendet wird, gewährleisten außerdem Chrom-Legierungsüberzüge, das günstigste Anhaften des Überzugs. In den Fällen, in welchen die Adhäsion des Fluorkohlenstoffpolymer-Uberzugs an der Legierung unzureichend zu sein scheint, z. B. an einer W-Pt-Legierung, lassen sich die Vorzüge des harten Legierungsüberzugs durch Verwendung eines sehr dünnen, d. h. etwa 75 Ä oder weniger dicken, äußeren Überzugs der Cr₃Pt-Legie-

rung als Zwischenschicht erreichen.

Die Erfindung lag auch bei Berücksichtigung der Darlegungen auf S. 599 des Buches von F. E i s e η k ο 1 b, »Fortschritte der Pulvermetallurgie«, Bd. II (1963), für den Fachmann nicht nahe, da dort zwar

intermetallische Verbindungen genannt werden, deren Schmelzpunkte weit höher liegen als die Schmelzpunkte der Komponenten. Daraus war aber keinesfalls zu schließen, daß solche Verbindungen als Beschichtungen auf verschleißbeanspruchten Metallgegenständen geeignet sind.

Auch aus dem Aufsatz in der Techn. Rundschau (1960), 23, S. 35, in dem eine Vielzahl intermetallischer Verbindungen als mit geordnetem kubischen A-15-Gefüge oder als Sigma-Phase auftretend aufgezählt

werden, konnte der Fachmann nicht erkennen, welche intermetallischen Verbindungen dieser Gefügetypen die hohen Werte an Korrosionsbeständigkeit besitzen, wie sie bekannterweise binäre Edelmetallegierungen aufweisen.

Da eine wirtschaftliche Herstellung von Rasierklingen eine Massenproduktion mit einem Mindestmaß an zusätzlichen Verarbeitungsschritten voraussetzt, benutzt man vorzugsweise an späterer Stelle näher beschriebene Verfahren und Vorrichtungen, um auf die geschärften Schneidkanten von Rasierklingen den erfindungsgemäßen Überzug aus einer intermetallischen Verbindung aus einem N-Metall und einem M-Metall mit gesteuerter Gleichmäßigkeit aufzutragen. Diese bevorzugten Verfahren und Vorrichtungen sind Gegenstand einer gesonderten Anmeldung.

Die erfindungsgemäßen Überzüge haben keinen nachteiligen Einfluß auf die Rasiereigenschaften der Klinge und machen zwecks Gewährleistung zufriedenstellender Güte bei der Erst-Rasur keine weitere mechanische Bearbeitung der Schneidkantenbereiche der Rasierklinge nötig. Hierfür kann ein weiter Bereich von Rasierklingen-Werkstoffen verwendet werden; spezielle Rasierklingen-Stahlzusammensetzungen, auf welche die Erfindung angewandt werden kann, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Zusammensetzung (%)

55 C	Cr	Mo	Si	Ni
1,25	0,2	_	0,2
1,00	6,0	—	1,4	—
0,96	13,9	—	0,3	—
60 0,65	10,5	1,0	0,3	—
0,58	14,0	—	0,3	—
0,40	13,5	1,25	0,3	—
0,09	17,0	0,70	1,2	8,0

Die erfindungsgemäß an den Schneidkanten der Rasierklingen vorgesehenen bevorzugten Legierungs-Überzüge sind beträchtlich härter als die Rasierklingen-

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Grundkörper, d. h. sie besitzen Mikrohärten von bis eine Härte von etwa 960 DPHN und eine Dicke von zu etwa 1700 DPHN, bleiben härter als herkömmliche etwa 350 Ä und erstreckte sich über die gesamte handelsübliche Rasierklingen, nachdem die Klingen Schneidkante jeder Rasierklinge und über eine Länge den Aushärtetemperaturen für das Polymerisat von von mindestens etwa 0,025 mm Längs der Endfacette etwa 288 bis 427°C ausgesetzt wurden, und besitzen 5 zurück. Im Anschluß hieran wurde gemäß USA.-ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Patentschrift 384 805 ein Überzug aus Polytetrafluor-In der Figur werden die Eigenschaften einer erfin- äthylen-Telomer auf die Schneidkanten der Rasierdungsgemäßen Rasierklinge als Funktion des Platin- klingen aufgebracht. Hierbei wurden die Rasierklingen gehaltes des Überzugs dargestellt. in einer Argonatmosphäre auf eine vorzugsweise im Die graphische Darstellung zeigt die — unter Ver- io Bereich von etwa 310 bis 43O⁰C liegende Temperatur wendung einer Vickers-Diamantnadel mit 200 g Be- erwärmt, wobei eine auf den Rasierklingen-Schneidlastung bestimmte und auf DPHN (= Diamant-Pyra- kanten haftende Deckschicht aus einem festen Fluormidenhärtenummer) umgerechnete — Mikrohärte von kohlenstoff-Polymer gebildet wurde. Nach dem ErPlatin-Chrom-Legierungen unterschiedlicher Zusam- wärmen entsprach die Mikrohärte des Schneidkantenmensetzung, die in beschriebener Weise durch Auf- 15 metalls, d. h. der Verbundmasse aus dem erfindungssprühen auf eine ebene Fläche in einer Dicke von gemäßen dünnen Legierungsüberzug und dem darunter-0,038 mm abgelagert wurden, wobei die Kurve eine liegenden Rasierklingenmaterial einem DPHN-Wert Auswertung der Härte als Funktion des Platingehalts von 700. Diese Rasierklingen zeigten ausgezeichnete der aufgesprühten Legierung darstellt. Die Härte der Rasiereigenschaften und lange Rasier-Betriebslebens-Legierungen in der Nähe der intermetallischen Ver- 20 dauer.

bindung Cr₃Ft (mit 25 Atomprozent Platin) mit A-15- Bei einem zweiten Beispiel erhielten die Kanten der

Würfel-Kristallgefüge bleibt stabil und ist bis zu Rasierklingen einen erfindungsgemäßen Überzug aus

1200⁰C praktisch unabhängig von der Wärmebehand- einer Platin-Chrom-Legierung mit 58°/₀ Platin und

lung. Die 50-Atomprozent-Chrom-Platin-Legierung 42% Chrom, der eine Dicke von etwa 250 Ä und eine

ist beim Aufsprühen in einem dünnen Überzug unge- 25 Härte von etwa 800 DPHN besaß. Nach Beschichtung

ordnet, erfährt jedoch beim Erwärmen eine Ordnung mit einem dünnen Film aus einem Polytetrafiuor-

mit beträchtlicher Festigkeitserhöhung; die Härte- äthylen-Telomer auf die im vorigen Beispiel beschrie-

spitze bei etwa 50 Atomprozent Platin beruht auf der bene Weise zeigten diese Rasierklingen ausgezeichnete

Erwärmung, welcher das Material während des Auf- Rasiereigenschaften.

sprühens der Schicht auf eine Dicke von 0,038 mm 30 Bei einem dritten Beispiel bestand der Überzug aus

ausgesetzt war. einer Platin-Titan-Legierung von 24 Atomprozent PIa-

AIs Beispiel wurden 60 000 Rasierklingen aus rost- tin und 76 Atomprozent Titan; er besaß eine Dicke

freiem Stahl mit der Zusammensetzung von etwa 350 Ä und war härter als das darunterliegende Klingenmetall. Nach Beschichtung mit einer

Prozent ₃₅ Zwischenschicht und einem dünnen Film aus Polytetra-

Kohlenstoff 0,54 bis 0,62 fluoräthylen-Telomer zeigten diese Rasierklingen ausChrom 13,5 bis 14,5 gezeichnete Rasiereigenschaften und lange Lebensdauer.

Mangan 0,20 bis 0,50 Bei einem vierten Beispiel erhielten die Kanten der

Silizium 0,20 bis 0,50 Rasierklingen einen Überzug aus einer Osmium-Phosphor maximal 0,025 40 Chrom-Legierung mit 32 Atomprozent Osmium und

Schwefel maximal 0,020 68 Atomprozent Chrom in einer Dicke von 250 A.

Nickel maximal 0,50 Die Rasierklingen wurden sodann mit einem dünnen

Eisen Rest Film eines Polytetrafluoräthylen-Telomers beschichtet

und zeigten ausgezeichnete Rasiereigenschaften.

beschichtet. 45 Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in

Der Überzug aus Platin-Chrom-Legierung besaß der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Legierung	Prallscheiben- Zusammensetzung	Reinigen	Behai Vor- sprühen	ldlung Auf- spiühen	Dicke (A)	Überzug Zusammensetzung	Härte
Iridium-Chrom	71,7% Chrom	HF	HF	HF	250	69% Chrom	1700
	28,3% Iridium	0,2 kW	7 min	75 see		31% Iridium
		2 min	0,4 kW	0,4 kW
Iridium-Vanaditrm*)	84,8% Vanadium	=	HF	HF	200	V3Ir	1300
	15,2% Iridium	2000V	6 min	120 see
		25 mA	0,4 kW	0,4 kW
		7min
Iridium-Tantal*)	86% Tantal	HF	HF	HF	240	Ta8Ir	1450
	14% Iridium	0,2 kW	8 min	120 see
		2 min	0,4 kW	0,4 kW
Ruthenium-Chrom	71% Chrom	=	HF	HF	250	71 % Chrom	1200
	29% Ruthenium	2000 V	5min	100 see		29% Ruthenium
		25 mA	0,4 kW	0,4 kW
		7 min

Die mit einem Sternchen bezeichneten Legierungen zeigten mangelhafte Adhäsions-Verträglichkeit mit dem Polytetrafluoräthylen-Telomer. Eine zufriedenstellende Adhäsion wurde durch Ablagerung einer Zwischenschicht Cr₃Pt auf diese Legierungen erzielt. Nach der Sprühablagerung der Legierung wurde eine Chromscheibe mit durch Punktschweißen an ihr befestigten Platin-Quadraten an Stelle der Prallscheibe in die Ablagerungskammer eingesetzt. Die mit dem Legierungsüberzug versehenen Rasierklingen wurden 30 see lang mit Hochfrequenz (Leistung 0,2 kW) ge-

reinigt, die ersatzweise eingesetzte Prallscheibe wurde 10 see lang unter Anwendung einer HF-Spannung (0,4 kW Leistung) vorbesprüht, und anschließend wurde die Cr₃Pt-Legierung 30 see lang unter Anwen-

dung einer HF-Spannung (0,4 kW Leistung) durch Aufsprühen abgelagert, so daß eine 75 Ä dick« Zwischenschicht für das Polytetrafluoräthylen-Telo mer gebildet wurde. Die so behandelten Rasierklingei besaßen ausgezeichnete Rasiereigenschaften und langt

ίο Rasier-Lebensdauer.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

längs im wesentlichen parallel zur eigentlichen Schneid-Patentansprüche: kante verlaufender Zonen schneiden. Die Endfacette, d. h. die unmittelbar an der Schneidkante befindliche Facette, kann eine Breite von nur etwa 0,0075 mm

1. Verschleißbeanspruchter Metallgegenstand, 5 oder weniger besitzen, während die Dicke der eigentbeispielsweise Rasierklingen-Schneide, mit einem liehen Schneidkante im allgemeinen weniger als 6000 A Überzug aus einer binären Legierung auf Edel- und vorzugsweise weniger als 2500 A beträgt. Infolge metall-Basis, dadurch gekennzeichnet, dieser sehr geringen Dicke ist die Schneidkante äußerst daß der überzug aus einer intermetallischen Ver- anfällig für mechanischen Bruch und, speziell im Fall bindung mit Abweichungen innerhalb von ±5% « von Kohlenstoffstahl, für Korrosionsbruch.

von der stöchiometrischen Zusammensetzung aus Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Beschich-

a) einem der Edelmetalle Iridium, Osmium, Palla- tung aus einem korrosionsbeständigen Metall, wie dium, Platin, Rhenium, Rhodium oder Ruthenium Gold, Rhodium oder Chrom, durch Aufdampfen oder und b) einem der Metalle Chrom, Mangan, Molyb- Aufsprühen auf die zugeschärfte Kante einer Rasierdän, Niob, Tantal, Titan, Wolfram oder Vanadium 15 klinge aufzubringen. Edelmetalle haben sich jedoch besteht, eine maximale Korngröße von weniger als nicht als zufriedenstellend erwiesen, da sie dazu neigen, 1000 Angström aufweist und gegebenenfalls mit sich unter den während der Rasur auftretenden Scheuereinem als Beschichtung an sich bekannten Fluor- kräften von der darunterliegenden Schneidkante abzukohlenstoffpolymer beschichtet ist. lösen, weshalb diese Rasierklingen wirtschaftlich un-

2. Metallgegenstand nach Anspruch 1, dadurch 20 genügend sind.

gekennzeichnet, daß der Überzug aus der inter- Es ist fernerhin gemäß der schweizerischen Patentmetallischen Verbindung eine Dicke von minde- schrift 261 380 bekannt, sowohl den Schneidenkörper stens 50 bis weniger als 600 Angström und Vorzugs- als auch die Schneide einer Rasierklinge mit zwei oder weise von 100 bis 400 Angström aufweist. mehreren Metallen zu überziehen, wobei als Metall-

3. Metallgegenstand nach Anspruch 1 oder 2, 25 kombinationen Nickel/Chrom und Nickel/Rhodium dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus 21 aufgeführt sind, die bekanntlich feste Lösungen und bis 27 Atomprozent Platin und Chrom als Rest keine intermetallischen Verbindungen bilden,
besteht. Weiterhin wird häufig ein die Rasur erleichternder

4. Metallgegenstand nach einem der vorangehen- Fluorkohlenstoff auf den Klingen-Kanten ausgehärtet, den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er 30 indem die Rasierklingen erhöhten Temperaturen von als Zwischenschicht unter der F'"orkohlenstoff- beispielsweise etwa 288 bis 427° C ausgesetzt werden. polymer-Schicht einen dünnen Überzug aus einer Diese Temperaturen haben jedoch einen erweichenden Chrom-Platin-Legierung aufweist, der beispiels- Einfluß auf das darunterliegende Klingenmaterial, woweise 75 oder weniger Angström dick ist. durch die Rasiereigenschaften der Klingen nachteilig

35 beeinflußt werden. Im Fall von Rasierklingen muß daher der Metallfilm neben seiner Korrosionsbeständigkeit auch eine beträchtliche Härte bei den Fluor-

kohlenstoff-Rintertemperaturen beibehalten, auch wenn

der darunterliegende Stahl erweicht; auch muß er 40 Adhäsions-Verträglichkeit sowohl mit dem darunterliegenden Stahl als auch mit dem über ihm befindlichen

Die Erfindung bezieht sich auf verschleißbeanspruch- Polymerisat-t überzug besitzen, so daß alle Schichten te Metallgegenstände, beispielsweise Rasierklingen- während der gesamten Gebrauchsdauer der Klinge Schneiden, mit einem Überzug aus einer binären fest miteinander verbunden bleiben; andererseits darf Legierung auf Edelmetall-Basis und bezweckt eine 45 der Metallfilm keinen nachteiligen Einfluß auf die Verbesserung ihrer Korrosions- und Verschleiß- Rasiereigenschaften haben.

festigkeit. Aufgabe der Erfindung ist mithin die Schaffung

Häufig muß die Oberfläche eines Gegenstands so- neuartiger verschleißbeanspruchter Metallgegenstände wohl gegen mechanischen Abrieb bzw. Verschleiß als mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und verauch gegen Korrosion geschützt werden. Beispiele für 50 besserter Korrosions- und Verschleißbeständigkeit, derartige, eines besonderen Schutzes bedürftige Flä- Fernerhin bezweckt die Erfindung die Schaffung eines chen sind die Innenflächen der Kolbenlaufbahnen, Überzuges auf solchen Metallgegenständen, der obenz. B. in Brennkraftmaschinen, die Oberflächen von drein eine robuste Grundlage für Polymerisat-Deck-Vorrichtungen, wie Pumpen oder Ventilen, die in den schichten bildet, welche bei erhöhten Temperaturen menschlichen Körper eingepflanzt werden, die jähre- 55 erzeugt werden.

lang zuverlässig und ohne nennenswerten Verschleiß Im speziellen bezweckt die Erfindung die Schaffung

arbeiten müssen und nicht korrodieren oder das einer neuartigen und verbesserten Rasierklinge, die System, in welches sie eingesetzt ist, verunreinigen überlegene Rasiereigenschaften aufweist, und insbedürfen, sowie die Schneidkanten von Rasierklingen, sondere eines metallischen Überzuges auf einer Rasierdie mit hoher Genauigkeit zugeschärft sind und wäh- 60 klinge, der verbesserte Korrosionsbeständigkeit besitzt, rend der Rasur sowohl korrodierenden Atmosphären fest an den Flächen der Klingen-Schneidkante anhaftet als auch beträchtlichen mechanischen Kräften unter- und eine robuste und verträgliche Grundlage für PoIyworfen sind. merisat-Uberzüge bildet, welche bei erhöhten Tempe-

Die Flächen bzw. Flanken der Schneidkanten von raturen erzeugt werden.

Rasierklingen erstrecken sich von der eigentlichen 65 Die Erfindung besteht demgemäß aus einem ver-Schneidkante aus zurück und können zwei oder meh- schleißbeanspruchten Metallgegenstand, beispielsweise rere, durch aufeinanderfolgende Schleif- oder Hon- Rasierklingen-Schneide, mit einem Überzug aus einer vorgänge gebildete »Facetten« aufweisen, die einander binären Legierung auf Edelmetall-Basis, dessen kenn-