DE858547C - Verfahren zur Herstellung von Metallkarbiden - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Metallkarbiden Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallkarbiden durch Agglomerieren von Pulvern und Sintern.
• Die Herstellung von Werkzeugen auf der Basis von Hartkarbiden durch Agglomerieren von Pulvern und Sintern umfaßt bei allen bekannten Verfahren das Vermahlen des Hartkarbidpulvers, welches man bis zum Erreichen der gewünschten Feinheit treibt, damit nach Umhüllung und Sintern die Legierung kompakt und homogen zugleich ist. Das Mahlen erfolgt stets in Kugelmühlen, welche, um unter befriedigenden Bedingungen zu arbeiten, begrenzte Abmessungen haben müssen. Daraus geht hervor, daß die Fabrikation von Hartkarbiden umfangreiche Werkstätten mit ganzen Mühlenbatterien erfordert, deren Aufstellung sehr beschwerlich ist. Auch die Mahlarbeiten selbst sind oft sehr langwierig und kostspielig. Der Hauptübelstand ist aber der, daß das gemahlene Pulver durch Teilchen, die vom Verschleiß der metallischen Mühlen herrühren, verunreinigt und die Güte des Endprodukts dadurch erheblich verschlechtert wird. Da das Karbidpulver sehr hart ist und große Schleifwirkung besitzt, ist diese Qualitätsverschlechterung um so bedeutender, je größer die Menge der Verunreinigungen ist, die es in sich aufnimmt.
• Man kann eine wesentliche Verbesserung der Qualität erhalten, wenn man sich des Verfahrens gemäß der französischen Patentschrift 866 891 vom 16. Mai r94o für die Herstellung eines Hartkarbids bedient, und zwar durch eine Säurebehandlung, welche einen großen Teil der von der Vermahlung herrührenden Verunreinigungen löst und sie somit von den Karbidkörnchen trennt, welch. letztere nicht angegriffen werden. Indessen ist diese Reinigung nicht ganz vollkommen, denn um den Verschleiß der Mühlen einzuschränken, ist man gezwungen, in den Werkstoff, aus dem dieselben gebaut sind, harte Bestandteile mit mechanischer Bindung oder Metallkarbide einzuführen, welche durch die Säurebehandlung nicht in Lösung gebracht werden. Auf jeden Fall besteht die Notwendigkeit des Mahlens mit den sich daraus ergebenden Übelständen der langen Dauer und der Kosten, wozu dann noch die Gefahr der zufälligen Verunreinigung durch zusätzliche Arbeiten hinzutritt.
• Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Fabrikationsverfahren ist auf die Herstellung von Metallkarbiden durch direkte Einwirkung des Kohlenstoffs auf das Metall anwendbar und erlaubt, das Karbid ohne jede Mahlung in Pulverform bei genauer Zusammensetzung des letzteren zu erhalten. Infolge Ausfall des Mahlprozesses bleibt das Pulver frei von jeder Verunreinigung.
• # Das Verfahren umfaßt die bereits bekanntenArbeitsgänge der Herstellung eines Agglomerats aus Kohlenstoff und Metall durch Pressen eines Gemisches aus zwei pulverförmigen Produkten mit nachfolgendem Brennen bei einer Temperatur, die genügt, um das eine mit dem anderen zu verbinden. ,Meistens jedoch sintert bei der Temperatur, die man erreichen muß, damit die Verbindung vollständig durchgeführt wird, das Karbid zu einem kompakten Block zusammen, den man in ein Pulver der gewünschten Feinheit nur durch Brechen und nachfolgendes Vermahlen in einer Kugelmühle überführen kann. Das neue Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlen-bzw. Metallpulver in einer Knetmaschine miteinander gemischt werden, und zwar in Gegenwart einer Flüssigkeit, die die Fähigkeit besitzt, die Kohlenstoffkörnchen intensiv zu dispergieren, und welche abdestilliert werden kann, ohne einen Rückstand zu hinterlassen. Man kann dabei Benzine, Rohöle, aromatische Kohlenwasserstoffe, gewisse Alkohole u. dgl. mehr verwenden. Auch ist es von Vorteil, viskose Flüssigkeiten zu verwenden. Es ist richtig, daß in der Praxis üblicherweise die Verrnahlung von Pulvern, z. B. von Metallkarbiden, in Gegenwart einer leicht beweglichen Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, Alkohol usw., durchgeführt wird. Man geht insbesondere dann auf diese Weise vor, wenn zur Vermahlung Kugelmühlen benutzt werden. Die Wirkung der Flüssigkeit besteht dann darin, daß sie die Mahlbahnen dauernd abwäscht und so die Ansammlung von Pulver in Berührung mit diesen Oberflächen vermeidet. In gewissen Fällen hat sie außerdem die Wirkung, die Oxydation zu verhindern. Das Flüssigkeitsvolumen spielt hierbei eine große Rolle; im Zustand der Ruhe setzt sich daraus rasch das in ihr in Suspension befindliche Pulver ab. Auf diese Weise gelangt man also zu einer Vermahlung, d. h. zu einer Verminderung' der Körnchengröße.
• Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren strebt dieses Ziel nicht an, sondern gestattet eine äußerst innige Mischung von Körnchen verschiedener Art. Es wäre unmöglich, das durch Verwendung klarer Suspensionen zu erreichen. In den letzteren würden sich nämlich Kohlenstoff und Metall, z. B. Wolfram, infolge des großen Unterschiedes in ihren spezifischen Gewichten voneinander trennen. Es ist wesentlich und ein wichtiges Kennzeichen des vorliegenden Verfahrens, daß die Menge der dispergierenden Flüssigkeit so gering bleibt, daß ihr Gemisch mit den Pulvern die Konsistenz eines strengen Teiges hat.
• Während nun bei dem üblichen Verfahren der Naßvermahlung die große Masse der Flüssigkeit nach dem Mahlvorgang durch einfaches Dekantieren entfernt wird, kann bei dem erfindungsgemäßen Knetverfahren die Betriebsflüssigkeit nur durch Destillation abgeschieden werden.
• Nach dem Kneten und dem Verdampfen der dispergierenden Flüssigkeit wird die innige Mischung durch Kompression zu kohärenten Preßlingen geformt; die Verbindung der Bestandteile erhält man durch Erhitzen in einem nicht entkohlenden Medium. Unter diesen Verhältnissen ergibt sich die überraschende Tatsache, daß die Verbindung bei einer Temperatur vollendet ist, die weit unter der Temperatur liegt, welche bei gleicher Erhitzungsdauer notwendig wäre, oder aber in einem kürzeren Zeitraum bei gleicher Temperatur, falls das Gemisch von Kohlenstoff und Metall in Abwesenheit einer dispergierenden Flüssigkeit hergestellt werden würde, wie umfangreich die dabei verwendeten Hilfsmittel und wie lange auch immer die Zeit ihrer Anwendung sein mögen. Nach dieser Verbindung bei niederen Temperaturen, die bei dem vorliegenden Verfahren ausreichen, um eine vollständige Bindung zu erzielen, genügen einige Stöße, um den aus dem Ofen genommenen Preßling in ein sehr feines Pulver zu überführen, und zwar in einer so ausgezeichneten Weise, daß man schließlich ein sehr reines und feines hochwertiges Metallkarbid erhält. Das beträchtliche praktische Interesse an diesem Ergebnis und die Einfachheit der dabei verwendeten Mittel erweisen den wirklich überraschenden Charakter der .vorliegenden Erfindung.
• Man wählt als den in die Reaktion eintretenden Kohlenstoff die sehr feinen, von mineralischen Verunreinigungen freien Varietäten, wie z. B. die Rußarten, die aus der unvollständigen Verbrennung von Gasen oderorganischenFlüssigkeitenherrühren. Sehrgeeignet sind gewisse Rußqualitäten, wie sie in der Gummiwarenindustrie als Füllstoff verwendet werden. Eine Nachreinigung des Kohlenstoffs, die den Zweck verfolgt, die hydrierten Verbindungen zu entfernen, geschieht durch Glühen in neutraler Atmosphäre bei hoher Temperatur, zwischen 1300 und 2ooo° ungefähr, vorzugsweise um i7oo°. Das gestattet, das in die Mischung einzuführende Kohlenstoffgewicht genau zu dosieren.
• Es empfiehlt sich, vor Kompression des Gemisches von Kohlenstoff und Metall eine kleine Menge eines Schmiermittels, wie z. B. Vaselin, Paraffin, Stearinsäure usw. einzuführen. So kann man z. B. ein Vaselingewicht von etwa o,2 bis 2"/,) des Pulvergewichts einführen. Nachstehend folgt ein Beispiel für die Herstellung eines Wolframkarbids gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Man mischt 1250 g Wolfram und 81,66 g Lampenschwarz, das frei von Asche und in Wasserstoff geglüht worden ist, miteinander. Man unterwirft dieses Gemisch einer Knetung nach Hinzufügen der Benzinmenge, die gerade erforderlich ist, um eine Masse von der Konsistenz eines strengen Teiges zu erhalten. Das Durchkneten erfolgt vorteilhaft in einem Kollergang mit einem oder mehreren Läufern, so wie man sie zur Aufbereitung des Formsandes verwendet, nur von sehr viel kleineren Abmessungen. Die Läufer können aus Metall sein oder eine Bandage aus Hartkarbiden besitzen; außerdem hat die Knetmaschine eine geeignete Vorrichtung mit Messern, welche die durch Zerdrücken ausgebreitete Paste wieder unter die Läufer führen. Beim Kneten werden der Mischung 9 g Vaselin hinzugefügt. Die Knetdauer beläuft sich auf etwa 2 Stunden. Im Kleinbetrieb kann das Kneten ganz einfach in einem Porzellanmörser erfolgen.
• Man schreitet sodann zur Abscheidung der dispergierenden Flüssigkeit durch Erhitzen bei mäßiger Temperatur, vorzugsweise im Vakuum. Erhitzen imVakuum bei einer Temperatur von 4o° ist dazu geeignet. Das so hergestellte.Pulver wird unter einem Druck von 2o kg/mm2, der aber beispielsweise zwischen 15 und 3o kg/mm2 schwanken kann, zu kegelstumpfförmigen Preßlingen von je ioo g komprimiert. Die Preßlinge werden sodann in einen Graphittiegel eingebracht, in Graphitpulver getaucht und während i Stunde in einer Wasserstoffatmosphäre auf i4oo° erhitzt. Man muß dafür Sorge tragen, den Tiegel in einen kalten Ofen einzusetzen und langsam aufzuheizen, damit das Vaselin durch Verdampfen entweichen kann, ohne sich im Innern der Preßlinge zu zersetzen.
• Nach dem Brennen und Abkühlen werden die Preßlinge sorgfältig getrocknet. Einige Stöße oder ein Zerdrücken des Preßlings durch leichten Druck der Hand genügt, um ihn in ein Pulver von einer Feinheit überzuführen, welche der besten Qualität der gesinterten Werkzeuge auf Wolframkarbidbasis angepaßt ist. Das auf diese Weise hergestellte Karbid entspricht fast genau der Formel WC. Es enthält weniger als 0,25 °/o freien Kohlenstoff und ist frei von allen anderen fremden Bestandteilen sowie von dem Karbid W,C, welch letzteres die Härte herabsetzen würde.
• Die mit diesem Karbid hergestellten 'Werkzeuge besitzen nach Umhüllung mit Kobalt gemäß der französischen Patentschrift 866 944 vom 17. Mai 194o zur Herstellung von Legierungen durch Sintern mittels einer Lösung von Kobaltchlorid und folgendes Formen sowie einen Sinterbrand einen sehr viel höheren Verwendungswert als alle bisher im Handel bekannten Werkzeuge.
• Man kann hier als Beispiel die Schnittwerkzeuge anführen, welche bei der Bearbeitung von Ventilführungen aus Grauguß für Automobilmotoren auf der Drehbank verwendet werden. Wenn sie aus einem Karbid gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, kann man mit ihnen 73o solcher Teile ohne Nachschleifen bei einer Schnittgeschwindigkeit von 85,5o m je Minute, einem Vorschub von 0,3 mm und einer Schnittiefe von 2 nun bearbeiten. Unter gleichen Verhältnissen gestatten die besten Werkzeuge zweier bekannter Marken lediglich die Bearbeitung von 370 bzw. 438 Stücken ohne Nachschleifen.
• Die vorliegende Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die Herstellung von einfachen Metallkarbiden, sondern auch auf die von gemischten Metallkarbiden. In diesem Falle schreitet man, wie oben erwähnt, zu dem Durchkneten eines Gemisches von Pulvern verschiedener Metalle mit der gewünschten :Menge an Kohlenstoff.
• Sie erstreckt sich ebenso mit Erfolg auf ein Verfahren, bei dem man, anstatt von den reinen Metallen auszugehen, sich metallischer Verbindungen bedient, bei welchen das Metall während des Erhitzens frei wird. Dies ist z. B. der Fall bei den Hydriden, welche ihr Metall durch Spaltung freigeben, und bei den Oxyden, bei denen es durch Reduktion frei wird.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von einfachen oder gemischten Metallkarbiden in Form eines feinen Pulvers von großer Reinheit, ausgehend von Kohlenstoff und Metall oder einer Verbindung, welche imstande ist, das oder die Metalle während des Verfahrensganges in reinem Zustand frei zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß das ursprüngliche Gemisch in vollkommener Homogenität durch Kneten in Form eines Teiges dichter Konsistenz aus Metall- und Kohlepulvern in Gegenwart einer das letztere Element sehr dispergierenden Flüssigkeit hergestellt wird, das so hergestellte Gemisch nach Entfernen der Flüssigkeit komprimiert wird und die Verbindung, der Bestandteile bei solch niedriger Temperatur und während einer so kurzen Zeit vor sich geht, daß der Preßling nicht so zusammenbäckt, daß er noch vermahlen werden muß, um ein feines Pulver zu erhalten.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß a) als Kohlenstoff Ruß verwendet wird, der von der unvollständigen Verbrennung von Gasen oder organischen Flüssigkeiten herrührt, b) vor der Kompression der Pulver aus Kohlenstoff und Metall der Mischung eine kleine Menge an Schmiermitteln zugesetzt wird, c) als Dispergens eine Flüssigkeit verwendet wird, welche abdestilliert werden kann, ohne einen Rückstand zu hinterlassen, wie z. B. die Benzine, die Rohöle, die aromatischen Kohlenwasserstoffe, gewisse Alkohole USW.