DE1816663B2

DE1816663B2 - Verfahren zum herstellen von feuerfesten koerpern aus oxidkeramik

Info

Publication number: DE1816663B2
Application number: DE19681816663
Authority: DE
Inventors: Peter Kingsley Cascade; Knutson Oliver J. Colorado Springs; Col. Church (V .StA.)
Original assignee: Kaman Sciences Corp., Colorado Springs, CoI. (V.St.A.)
Priority date: 1967-06-01
Filing date: 1968-12-23
Publication date: 1977-02-24
Also published as: LU57684A1; NL173742C; DE1816663A1; CH542938A; NL6818799A; US3789096A; BE726180A; NL173742B; FR95838E; ES361960A1; GB1247374A; JPS5118445B1; CH525170A

Description

D^:e Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von harten, feuerfesten, aus Oxidkeramik bestehenden Körpern, bei welchem durch wenigstens einmaliges Imprägnieren eines zuvor erzeugten Körpers mit einer Lösung einer Metallverbindung, weiche durch Erhitzer, in ein Metalloxid überführbar ist, und nachfolgend wenigstens einmalige Erhitzung des imprägnierten Körpers eine Härtung desselben hervorgerufen wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Lebensdauer oder Beständigkeit feuerfester Erzeugnisse durch Verringerung deren Porosität zu verbessern. Die Porosität feuerfester Werkstoffe ist durch die Erfordernisse bestimmt, daß beim Brennen ein nur geringes Schrumpfen auftreten soll, daß Risse und Ungleichmäßigkeiten im Hinblick auf Größe und Gestalt vermieden werden und daß die gebrannten Feuerfestwerkstoffe bei oberhalb der Brenntemperatur liegenden Betriebstemperaturen volumenstabil sind. Bedingt durch diese Anforderungen ist der obere Bereich der verwendeten Korngrößenabstufung relativ grob, um innerhalb des feuerfesten Erzeugnisses ein Gerüst oder Skelett aus relativ groben und schrumpfungsfreien Teilchen zu bilden. Als Ergebnis der Teilchengrößenverteilung und der aufgebrachten Preßdrücke wird eine hohe Dichte im verpreßten Materialzustand erwartet.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Porosität gebrannter feuerfester Erzeugnisse dadurch zu verringern, daß die Feuerfesterzeugnisse mit Chromsäurelösungen imprägniert und die imprägnierten Erzeugnisse erhitzt werden, damit aus der in den Poren des Feuerfestwerkstoffes enthaltenen Chromsäure Chromtrioxid gebildet wird.

Manche Feuerfestwerkstoffe sind schwierig zu sintern oder nur schwer in gesinterter Form verfügbar. Außerdem hat das bisher vorgeschlagene Verfahren zur Verringerung der Porosität von feuerfesten Erzeugnissen den Nachteil, daß zusätzlich zu der im Anschluß an das Imprägnieren vorgenommenen Erhitzung noch eine vorangehende Sinterstufe erforderlich ist.

Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß feinzerteilte Teilchen, die wenigstens an ihrer Oberflä-

ehe teilweise aus wenigstens einem Metalloxid bestehen und zu einem porösen ungesinterten Formkörper verarbeitet worden sind, mit der Lösung imprägniert und nachfolgend erhitzt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es s möglich, gehärtete Feuerfestwerkstoife aus relativ ieinzerteilten Teilchen herzusteiltii. Ein anfänglicher Sinterschritt ist überflüssig geworden und die Verwendung von Pulververfahren gestattet die Verwendung einer breiten Vielzahl von Ausgangsmaterialicn, die |₀ nicht leicht im gesinterten Zustand verfügbar oder nur schwer zu sintern sind. Außerdem können keramische Fasern, Metallpulver sowie eine breite Vielzahl von Verfestigungs- oder Verstärkungswerkstoffen, wie Drähte, Netze und dergleichen in die erzeugten Feuerfestwerkstoffe eingefügt werden. Sogar Verstär kungen aus Glasfaser können verwendet werden, sofern ausreichend niedrige Härtungstemperaturen verwendet werden.

Schließlich schafft die Erfindung -ur Herstellung eines Schleifkörpers ein Verfahren, in dem aus Teilchen aus gemahlenem Glas, Glas- oder keramischen Fasern, Borcarbid, Siliciumcarbid oder einem anderen feuerfesten Schleifmittel ein Körper gebildet und dieser durch wiederholtes Imprägnieren mit konzentrierter Chromsäurelösung und anschließendes Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 315° C und 815° C gehärtet wird.

Es hat sich gezeigt, daß das feuerfeste Ausgangsmaterial in Form eines Pulvers, z. B. eines in der Kugelmühle gemahlenen Aluminiumoxyds, verwendet und einfach durch Pressen, Formpressen, Schlammgießen, Strangpressen oder auf andere Weise derart verarbeitet werden kann, daß die Oxydteilchen dicht zusammengepreßt werden und einen poösen Körper bilden. Die Härtung der ungesinterten Körper erfolgt im wesentlichen in derselben Weise wie bei den teilgesinterten porösen Materialien. Beispielsweise kann man zum Härten der porösen Körper mit einer beispielsweise in Lösung vorliegenden Metallverbindung imprägnieren, die bei einer im Bereich von etwa 315—815⁰C liegenden Temperatur unterhalb der Sintertemperatur in situ in das Metalloxyd umgewandelt werden kann, worauf durch Erhitzen des Körpers die Verbindung in ihr Oxyd umgewandelt wird. Dieses Imprägnieren und Erhitzen soll mindestens je zweimal erfolgen, damit eine brauchbare Härtewirkung erzielt wird. Ferner hat es sich gezeigt, daß andere feinverteilte Materialien, beispielsweise Pulver aus Metalloxydgemischen und dergleichen, als Ausgangsmaterial verwendet werden können, das ferner Zusatzstoffe, beispielsweise Glas- oder Metallfasern oder Schleifmittelkörner enthalten kann, so daß das Fertigprodukt bestimmte Eigenschaften erhält.

Nachstehend wird der Erfindungsgegenscand ausführlicher anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind

Fig. 1, 2 und 3 Photographien eines aus Aluminiumoxydpulver gepreßten Körpers nach einer zunehmenden Anzahl von erfindungsgemäß durchgeführten Imprägnier- und Wärmebehandlungen.

Fig.4 ist eine Photographie eines Rasters in derselben Vergrößerung wie F i g. 1 — 3.

Fig.5 zeigt in einem Schliffbild in 200facher Vergrößerung einen gepreßten und chemisch gehärteten Körper aus Aluminiumoxyd Alcoa T-61 ( — 325 mesh), das 48 Stunden lang kugelgemahlen worden war,

F i g. 6 in einem Schliffbild in 200facher Vergrößerung einen eeDreßten und chemisch gehärteten Körper aus Aluminiumoxyd Alcoa T-61 (-325 mesh), das 96 Stunden kugelgemahlsn worden war,

F i g. 7 in einem Schliffbild in 200facher Vergrößerung einen gepreßten und chemisch gehärteten Körper aus Berylliumoxydpulver,

F i g. 8 in einem Schliffbild in 200facher Vergrößerung einen gepreßten und chemisch gehärteten Körper aus Chromoxydpulver,

F i g. 9 in einem Schliffbild in 200facher Vergrößerung einen unter Zusatz von Aluminiumfasern gepreßten und chemisch gehärteten Körper aus Alcoa T-61 (- 325 mesh), das 96 Stunden lang kugelgemahlen worden war,

Fig. 10 in einem Schliffbild in 200facher Vergrößerung einen chemisch gehärteten Anstrich aus einem feuerfesten Oxyd auf einem Metallsubstrat,

F i g. 11 eine Photographie einer handelsüblichen, gesinterten Schleifscheibe und daneben eine erfindungsgemäß hergestellte Schleifscheibe,

F i g. 12 in einem Schliflbild bei 30Ofacher Vergrößerung einen Querschnitt durch einen üblichen, durch Plasmaspritzen aufgetragenen Oberzug aus Chromoxyd vor der erfindungsgemäßen Behandlung und

F i g. 13 in einer Photographie bei 300facher Vergrößerung den in Fig. 12 gezeigten Querschnitt nach der Behandlung.

Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, in dem neuartige Materialien erzeugt werden. Dabei wird ein relativ weicher, poröser Körper aus feinverteilten, feuerfesten Oxyden mehrmals mit Chemikalien imprägniert und nach jeder Imprägnierung einer milden Wärmebehandlung unterworfen, durch die das Imprägnierungsmittel in ein Oxyd umgewandelt wird. Es hat sich gezeigt, daß das auf diese Weise gebildete, keramische Gefüge eine sehr große Härte, eine hohe Druckfestigkeit und in einem großen Temperaturbereich eine hohe Maßhaltigkeit besitzt. Mehrere dieser neuartigen keramischen Materialien besitzen ferner einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Abriebfestigkeil.

Aus dem neuartigen Material kann man auf wirtschaftliche Weise die verschiedenartigsten Teile in verschiedenen Größen und komplizierten Formen herstellen. Zu diesem Zweck verwendet man das feuerfeste Ausgangsmaterial am besten in Pulverform, worauf in geeigneter Weise die Pulverteilchen zu einem porösen Körper von vorherbestimmter Form dicht zusammengepreßt werden. Danach werden die Formkörper wiederholt mit Chemikalien behandelt und jeweils anschließend einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterworfen, die beträchtlich niedriger ist als die für die normale Verglasung ^von keramischem Material verwendete Temperatur.

In dem Verfahren gemäß dem Stammpatent werden teilgesinterte feuerfeste Ausgangsmaterialien mit Chemikalien behandelt Es wurc'e nun gefunden, daß das feuerfeste Ausgangsmaterial in Form eines Pulvers odei in einer anderen fein verteilten Form verwendet werder und insbesondere mit einem geeigneten Bindemittel z. B. Ton, Kaolin und dergleichen vereinigt und danacl durch Pressen, Formpressen, Schlammgießen, Strang pressen oder auf andere Weise zu einem Formkörpe verarbeitet werden kann, in dem die Teilchen de oxydischen Ausgangsmaterials dicht nebeneinanderlie gen. Als oxydisches Ausgangsmaterial kann man Oxyd< des Aluminiums, Bariums, Berylliums, Bors, Calcium! Ceriums, Chroms, Kobalts, Galliums, Hafniums, Eisen: Lanthans, Magnesiums, Mangans, Molbydäns, Nickel:

Niobs, Siliciums, Tantals, Thors, Zinns, Titans, Wolframs, Urans, Vanadins, Yttriums, Zinks, Zirkoniums oder ein Gemisch von zwei oder mehreren dieser Oxyde verwenden. Die Teilchen liegen nur so nahe beieinander, daß sie ein poröses Gefüge bilden, dessen miteinander verbundene Poren ein beträchtliches Volumen besitzen, so daß eine Imprägnierung mit der chemischen Behandlungslösung möglich ist. Anstelle der Verwendung eines Bindemittels können die Teilchen auch mit der chemischen Behandlungslösung benetzt und in einer ι ο Form gepreßt oder zuerst in einer Form gepreßt und dann in dieser benetzt werden, worauf die Teilchen mindestens einmal mit der chemischen Behandlungslösung imprägniert und wärmebehandelt werden, so daß die Teilchen so fest zusammenhalten, daß der Formkörper aus der Form herausgenommen und manipuliert werden kann. Man kann auch aus der chemischen Behandlungslösung und den Teilchen ein Gemisch bilden, das nur so viel Lösung enthält, daß die Teilchen benetzt werden, oder so viel Bindemittel zusetzen, daß eine knetbare Masse erzeugt wird, die geformt und wärmebehandelt werden kann. Nach der ersten Formgebung werden diese Teile wiederholt imprägniert und danach jeweils wärmebehandelt, bis der Formkörper die erforderliche Härte besitzt. Die chemische Behandlungslösung ist eine Lösung einer Verbindung, die in den Poren zwischen den Teilchen des Formkörpers bei unterhalb der Sintertemperatur der Teilchen liegenden Temperaturen im Bereich von etwa 315—815°C liegen, in ein Metalloxyd umgewandelt werden kann.

Das Härten von Gefügen aus relativ feinvc^rteilten Teilchen des feuerfesten Ausgangsmaterials hat gegenüber der Verwendung von teilgesinterten Körpern mehrere Vorteile. Erstens entfällt das zunächst bei mäßig hoher Temperatur durchgeführte Sintern. Zweitens kann man in dem Verfahren, in dem ein Pulver verformt wird, verschiedene Ausgangsmaterialien verwenden, die in gesinterter Form nicht leicht erhältlich sind oder nur schwierig gesintert werden können. Man kann auch die verschiedenartigsten Oxydgemische in fast beliebigen Mengenverhältnissen verwenden und braucht dabei keine Rücksicht darauf zu nehmen, wie sich diese Oxyde verhalten würden, wenn sie in den normalen Verfahren bei hohen Temperaturen zusammengeschmolzen werden. Man kann auch sehr reine Oxydkörper verwenden, während bei der Herstellung von gesinterten Körpern Siliciumdioxyd, Magnesiumoxyd und andere Flußmittel zugesetzt werden, damit die Sintertemperaturen auf geeignete Werte herabgesetzt werden. Ferner gestattet das neue Verfahren die Mitverwendung von keramischen Fasern, Metallpulvern und den verschiedenartigsten Verstärkungsmaterialien, z. B. von Drähten, Sieben und dergleichen. Die Wärmebehandlung wird bei so niedrigen Temperaturen durchgeführt, daß man sogar Glasgewebe verwenden kann.

Zum Härten des porösen Körpers wird dieser vorzugsweise mehrmals mit einer Lösung einer Verbindung imprägniert, die bei Temperaturen, welche unterhalb der Sintertemperatur des Körpers liegen, in ein Oxyd umgewandelt werden können, worauf durch Erhitzen des Körpers die Verbindung in das Oxyd umgewandelt wird. Die Chemikalienlösung besteht gewöhnlich aus einer relativ konzentrierten, wäßrigen Lösung eines löslichen Metallsalzes oder -oxyds, das durch Erwärmung in ein beständiges Oxyd umgewandelt werden kann. Diese Forderung erfüllende Verbindungen sind beispielsweise Cerium(lII)-nitrat, Zirkonylchlorid, Kobalt- und Nickelnitrat,Titanoxalat, Kieselwolframsäure, Magnesiumchromat, Berylliumnitrat, Chromtiioxyd oder Chromsäure, Chromsulfat, Chromchlorid und dergleichen. Von den Verbindungen eines bestimmten Metalls wird gewöhnlich jene verwendet, welche die größte Löslichkeit besitzt. Mit der Löslichkeit nimmt auch die Menge zu, in der das Metalloxyd bei jeder Imprägnierung und anschließenden Wärmebehandlung in dem Körper aus dem feuerfesten Oxyd abgelagert wird. Aus demselben Grund verwendet man besser eine konzentrierte als eine verdünnte Lösung der Verbindung. Man kann als Lösungsmittel beispielsweise Alkohol und Äther verwenden. Bevorzugt wird jedoch Wasser, weil es für last alle der in Frage kommenden Metallsalze und -oxyde ein höheres Lösungsvermögen hat Bei der Auswahl und Herstellung der zum Imprägnieren verwendeten Chemikalienlösung sind noch andere Faktoren zu berücksichtigen, beispielsweise die Temperatur, bei der das Salz in das Oxyd umgewandelt wird, die Beständigkeit im ganzen Umwandlungstemperaturbereich, die Beziehung zwischen den während der Umwandlung vorhandenen Kristallgrößen und den Porenräumen des porösen Ausgangskörpers, sowie die gewünschte Härte und Festigkeit des Endproduktes.

Es hat sich gezeigt, daß die größte Härte und die höchste Festigkeit erzielt werden, wenn man für die chemische Behandlung eine oder mehrere der eine hohe Löslichkeit aufweisenden Chromverbindungen verwendet. Von diesen hat sich konzentrierte Chromsäure insofern als vorteilhaft erwiesen, als mit ihr die größte Härte mit der kleinsten Anzahl von Imprägnierungsund Wärmebehandlungen erzielt werden kann. Es haben aber auch andere Chromverbindungen Vorteile. Beispielsweise kann man die dreiwertigen Salze, ζ. Β. das Chlorid oder Sulfat, verwenden, wenn das sechswertige Chromtrioxyd eine Gesundheitsgefährdung bedingt. Es kann auch ein nichtsaures Salz, ζ. Β. das Magnesiumchromat, zweckmäßig sein, wenn basische feuerfeste Körper, z. B. aus Calciumoxyd, chemisch gehärtet werden sollen.

Die Imprägnierung mit Chromsäure hat zwar zahlreiche Vorteile, doch kann man auf diese Weise im allgemeinen keine Teile herstellen, die einen hohen elektrischen Isolationswiderstand haben sollen, weil der spezifische elektrische Widerstand eines solchen Körpers bei zunehmender Temperatur abnimmt Wenn eine niedrige elektrische Leitfähigkeit in einem großen Temperaturbereich erforderlich ist muß man eines der anderen Härtemittel verwenden, z. B. Cerium(IIl)-nitrat, Zirkoniumoxychlorid, Berylliumnitrat usw.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die größte Härte erst durch wiederholte chemische Behandlung erzielt Zwei oder mehrere Behandlungen sind unbedingt erforderlich. Wie vorstehend kurz angedeutet worden ist, hat es sich gezeigt, daß in dem chemischen Härteverfahren die verschiedenartigsten Metallsalze und löslichen Oxyde verwendet werden können, wobei mit manchen bessere Ergebnisse, z. B. hinsichtlich der schließlich erhaltenen Härte und Festigkeit erzielt werden als mit anderen. Bei der ersten Wärmebehandlung wird das gebildete feuerfeste Oxyd, z. B. Cr2Ü3 und dergleichen, anscheinend sehr fest mit den feuerfesten Oxydteilchen gebunden, die beispielsweise aus Aluminiumoxyd usw. besteben und den porösen Oxydkörper bilden. Die nachfolgenden Behandlungen führen anscheinend zu einer festen Bindung

an das vorher abgelagerte Oxyd. Ein dünner (petrographischer) Schliff eines porösen Aluminiumoxydkörpers zeigt, daß die zunächst durchgeführte Behandlung mit Chromsäure und die anschließend unter Wärmeeinwirkung erfolgende Umwandlung in Cr2Ö3 dazu führt, daß das grüne Oxyd einen geschlossenen Überzug auf den Aluminiumoxydteilchen bildet. Die Untersuchung von Poren mit einem relativ großen Querschnitt zeigt, daß diese Überzugsbildung durch anschließende Imprägnierungen und Wärmebehandlungen fortgesetzt wird. Die als Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Photographien stellen einen aus Aluminiumoxydpulver Cars AP-99-L3 gepreßten Körper nach wiederholter Imprägnierung mit konzentrierter Chromsäure und Wärmebehandlung dar. F i g. 1 zeigt einen Schliff des Körpers nach einer einmaligen Chromsäureimprägnierung und Wärmebehandlung. Die in F i g. 1 gezeigte Fläche ist ziemlich rauh und besitzt beträchtliche, unausgefüllte Hohlräume. F i g. 5 zeigt einen Schliff desselben Körpers nach insgesamt fünfmaliger Chromsäureimprägnierung und Wärmebehandlung. Die Textur des Körpers ist jetzt weniger rauh, und viele der Hohlräume sind ganz oder teilweise ausgefüllt worden. F i g. 3 zeigt einen Schliff desselben Körpers nach insgesamt neunmaliger Chromsäureimprägnierung und Wärmebehandlung. Man erkennt, daß jetzt die Textur noch weniger rauh ist und viele der Hohlräume ausgefüllt worden sind. F i g. 4 zeigt einen Raster, in dem die großen Teilungsabstände 0,1 mm und die kleinen Teilungsabstände 0,01 mm entsprechen. Diese Photographic wurde mit derselben Vergrößerung hergestellt wie die F i g. 1 bis 3 und liefert einen Maßstab. Es hat sich gezeigt, daß das durch die Umwandlung gebildete Oxyd sowohl an dem Oxyd des zunächst hergestellten Preßkörpers als auch an sich selbst fest haftet. Anscheinend werden die Poren erst durch mehrere Behandlungen bis zur Mitte gefüllt. Die Härte eines derartigen porösen Oxydkörpers nimmt durch die Wiederholung der Behandlung beträchtlich zu.

Ein poröser Aluminiumoxydkörper wurde vor der Chromsäurebehandlung mit einer verdünnten Phosphorsäurelösung behandelt und wärmebehandelt Die Untersuchung eines dünnen Schliffes ergab, daß das Chromoxyd von der bei der Vorbehandlung gebildeten Ahiminiumphosphatoberfläche nicht angezogen und nicht darauf abgelagert worden war, sondern anscheinend die größeren Poren in Form eines lose gepackten oder porösen, grünen Materials füllte. Offenbar kann sich das Chromoxyd mit dem Aluminiumoxyd nicht haftfest verbinden, während es mit dem vorher erwähnten Aluminiumoxyd eine solche haftfeste Verbindung eingeht

Viele feuerfeste Oxyde können durch eine Chr msäurebehandiung mit einer mäßig festhaftenden Chromoxydschächt versehen werdea Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Erzeugung von sehr fest gebundenen feuerfesten Materialien von dem Vorhandensein von kleinen Poren, Spalten, Rissen oder Zwischenräumen abhängt In solchen Fällen erhält man einen sehr harten, dichten Körper. Wie zu erwarten war, ist bei einer gegebenen Anzahl von chemischen Behandlungen und der Verwendung eines gegebenen feuerfesten Oxyds die erzielte Härte von der Teilchengröße, der Form des Körpers und dem zu seinem Pressen verwendeten Druck abhängig. Bei zu großen Poren kann eine große Härte u.U. erst nach einer sehr großen Anzahl von Behandlungen erzielt werden. Wenn die Hohlräume zu klein sind, kann die Chemikalienlösung nicht einwandfrei eindringen. Die vorstehenden Feststellungen wur den im Zusammenhang mit der Chromsäurebehandlunj gemacht, sind darauf jedoch nicht eingeschränkt, wei dieselben Abhängigkeiten im allgemeinen auch be vielen der anderen Lösungen von löslichen Metallsalze! und Oxyden vorhanden sind.

Zur Herstellung eines gehärteten Produkts mit Hilf« des erfindungsgemäßen, chemischen Behandlungsver fahrens braucht man nicht unbedingt ein feuerfeste!

ίο Oxyd als Ausgangsmaterial zu verwenden. Das zunächsi hergestellte Gefüge muß vor allem die kleinen Hohl· und Zwischenräume besitzen, in denen das Oxyc gebildet werden kann. Beispielsweise ist ein Stück auj Glasgewebe in der angegebenen Weise einwandfrei gehärtet worden, wobei nach einer nur geringen Anzahl von Chromsäureimprägnierungen und Wärmebehandlungen ein spröder, keramikartiger Körper erhalten wird. Auf dieselbe Weise sind auch gepreßte Stahlwolle, Kaolin- und Aluminiumoxydfasern, Kaolin-, Glas- und Quarzpapier und dergleichen einwandfrei gehärtet worden. Es hat sich ferner gezeigt daß die verschiedenartigsten schwach gepreßten Metallpulver auf ähnliche Weise gehärtet werden können. Anscheinend bildet sich eine chemische Bindung zwischen dem Chromoxyd und dem gepreßten Gut Wie im Fall von gepreßten, porösen Oxydkörpern sind auch bei den anderen Materialien zur Bildung eines fest gebundenen, harten Körpers mehrere Behandlungen erforderlich. Offenbar ist die chemische Bindung von dem Vorhandensein eines Oxyds abhängig. Wenn das Ausgangsmaterial kein Oxyd, sondern beispielsweise ein Metallpulver ist muß anscheinend erbt ein Oxydüberzug auf dem Ausgangsmaterial gebildet werden, ehe eine einwandfreie Bindung erhalten wird Auf den Teilchen ist fast stets eine Oxydschicht vorhanden, oder es wird eine solche Schicht während der Imprägnierung und Wärmebehandlung gebildet, wobei der Sauerstoff von der Atmosphäre oder den Reaktionspartnern geliefert wird. Wenn sich bei der Wärmebehandlung kein geeigneter Oxydüberzug bildet z. B. auf Titanmetallpulver, kann man vor der chemischen Behandlung eine Oxydation vornehmen. Zu diesem Zweck kann es genügen, den Körper ein einziges Mal auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der sich ein Oxydüberzug auf den Teilchen bildet. Ferner sei darauf hingewiesen, daß ein in den Hohl- und Zwischenräumen des porösen Körpers gebildetes Oxyd als Bindemittel für die später abgelagerten Oxyde dient

Die Tabelle 1 zeigt die Härtewerte, die durch die Chromsäurebehandlung der verschiedenartigsten gepreßten Oxydkörper erzielt worden sind. In diesem Fall wurde die Chromsäure in Form einer konzentrierten wäßrigen Lösung verwendet, zu deren Bildung Chromtrioxyd (CrOs) zu Wasser zugesetzt wurde, bis sich bei Zimmertemperatur keine Kristalle mehr auflösten. Zur Herstellung der Prüfkörper wurde eine kleine Menge der konzentrierten Chromsäure mit dem feuerfesten Oxydpulver gemischt und die feuchte Masse in einer ringförmigen Form gepreßt entweder mit einer hydraulischen Presse, deren Stempel annähernd denselben Durchmesser von 13 mm hatte wie die Form, oder in späteren Versuchen durch Stampfen mit einem kleinen, flachen Handstempel. Anscheinend erzielt man mit dem Handstampfen gleichmäßigere Ergebnisse,

insbesondere bei bestimmten, schwer fließenden Oxyden. Die gepreßten Prüfkörper wurden dann im Ofen auf höchstens 648°C erhitzt Die porösen Prüfkörper wurden danach auf 177° C abgekühlt in konzentrierte

709508/181

ίο

Chromsäure eingetaucht, herausgenommen und danach langsam auf 648° C erhitzt. Das Verfahren wurde wiederholt und insgesamt so oft durchgeführt, wie es in der Tabelle 1 angegeben ist.

Eine Wärmebehandlung kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden: Der Körper wird auf bis zu 177°C erhitzt, in konzentrierte Chromsäurelösung eingetaucht, aus der Säurelösung entfernt und in einem Ofen 20 Minuten lang bei 66°C, 20 Minuten lang bei 177°C, 30 Minuten lang bei 260—288°C, 20 Minuten lang bei 399°C, 15-20 Minuten lang bei 648°C wärmebehandelt, danach aus dem Ofen herausgenommen und auf Zimmertemperatur oder vor dem weiteren Eintauchen auf 177°C abgekühlt.

Diese Schritte werden natürlich zur mehrmaligen Behandlung wiederholt.

Die Erhitzung des Körpers auf 177⁰C vor dem Eintauchen in die Chemikalienlösung sollte nur bewirken, daß bei der Abkühlung in dem Teil ein Teilvakuum erzeugt und dadurch die vollständige Imprägnierung mit der Behandlungslösung begünstigt wird. Es hat sich gezeigt, daß die Kapillarwirkung gewöhnlich für eine vollständige Imprägnierung der Teile auch bei Zimmertemperatur genügt, die Imprägnierung jedoch besonders mit Chromsäure durch Erhitzen der Imprägnierlösung verbessert werden kann. Eine Erwärmung der Chromsäure auf etwa 88°C führt zu einer um etwa 10% stärkeren Imprägnierung.

Damit besonders bei den handgestampften Prüfkör pern die Bildung von ebenen, glatten Flächen gewährleistet wird, wurden die Prüfkörper nach der ersten odei zweiten Wärmebehandlung leicht mit Siliciumcarbid-Schleifpapier geschliffen. Durch diese Oberflächenbehandlung wurde die Notwendigkeit des Läppens mil Diamant vermieden, das bei den meisten diesei Prüfkörper nach drei- oder viermaliger Imprägnierung erforderlich war.

Die Tabelle II dient zu Vergleichszwecken und gibi die Rockwell-15-N-Härte von verschiedenen üblichen Materialien an. Man erkennt, daß einige der in der Tabelle I angegebenen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehärteten Oxyde sehr hart werden. Die Tabelle III ist eine Umrechnungstabelle von Rockwell-A-Härtewerten in Rockwell-15-N-Härtewerte für einen begrenzten Bereich.

Die Tabelle IV gibt die Prüfergebnisse für Körper an, die durch Preßverformung aus feinverteilten Gemischen von feuerfesten Oxyden hergestellt wurden, und zwar ebenso wie die in der Tabelle I angegebenen Körper. Anscheinend kann man die schließlich erhaltene Härte aufgrund der Härte der einzelnen verwendeten Oxyde vorherbestimmen.

Tabelle I

Gemessene Härtewerte χ on gepreßten Prüfkörpern aus je einem einzigen Oxyd hoher Reinheit nach mehrfacher Imprägnierung mit Chromsäure und jeweils anschließender Wärmebehandlung

Bezeichnung des Prüfkörpers

Oxydisches Ausgangsmaterial
Verformungsdruck

Rockwell-15-N-Härte nach n-maliger Imprägnierung π —

13

97 57,4

Al₂O₃ (Meller, 99,98%, 30 μίτι)
14,1 kp/mm²

Cr₂O₃

handgestampft

TiO₂ (Anatase)

14,1 kp/mm²

TiO₂ (Rutil)

14,1 kp/mm²

W
ZrO₂

7,0 kp/mm²

98
BeO

14,1 kp/niHi²

H₂SiO₂
7,0 kp/mm²

14,1 kp/mm²

84,5

84,1

80,7	94,3	91,6	92,7	94,6
88,1	78,6	96,2	96,0	96,6
—	89,6	83,6	89,9	90,0
84,3	90,0	91,7	91,4	91,7
88,4	92,4	90,5	93,1	91,0
91,9	86,7	95,2	95,5	95,3
81,0	86,5	92,0	94,3	93,1
78,«	86,5	89,2	88,9

11

loiisiM/unu

Bezeichnung des Prüfkörpers

Oxydisches Ausgangsmalcrml Verformungsdruck

Rockwell-15-N-Härte naeh ii-maligcr Imprägnierung

7,0 kp/mm²

BB CeO 7,0 kp/mm²

Fe₂O₃ 7,0 kp/mm²

Al(OH)₃ 14,1 kp/mm²

SnIO₂ 14,1 kp/mm²

MnO₂ handgestampft

handgestampft

Ta₂O₅ handgestampft

Fe₃O₄ handgestampft

57,0

84,5

59,5

77,8

84,7

85,9

88,4

86,2

84,3

68,7

74,0

89,6

91,5

89,3

90,3

89,1

88,2

93,8

84,1

91,1

94,2

89,0

89,8

91,0

86,8

93,9

77,5

85,5

92,2

95,5

89,5 94,7 84,3 85,8 90,8

95,4

Tabelle II

RockweH-15-N-Härtewerte von einigen üblichen Materialien

Rodcwell-l 5-N-Härte

Titan, Typ A Kaltgewalzter Stahl (1040) Nichtrostender Stahl (303) Nichtrostender Stahl (416) Berylliumoxyd-Kerainik (Coors BD-96) Titaniumoxyd-Keramik (AlSiMag 192) Federstahl (Laubsägeblatt) Gehärteter Werkzeugstahl (Rex AAA) Gehärtetes Pyrexglas AluminhiinoXyd-Keramik (Cocrs AD-94) Aluminrämoxyd-Keramik (Coors AD-995) WolframcarbidlegieruEg {Carboloy 603)

69,6

88,5

89,6

92,4

93,6

94,2

94,8

95,9

Anmerkung: Die obigen Durchschnittswerte wurden durch die tatsächliche Messung von Prüllcörpern erhalten. Diese Werte müssen nicht unbedingt mit den von den Erzeugern veröffentlichten Daten übereinstimmen.

13

14

Tabelle HI

Umwandlung von Rockweil-A-Härtewerten in Rockwell-15-N-Härtewerte

Rockwell-A-Härte	Rockwell-iS-N-Härtc	Rockwell-A-Häne	Rockwdl-15-N-Haiie
92,0	96,5	79,0	88,5
91,5		78,5	88,0
91,0	96,0	78,0	87,5
90,5	—	77,5	87,0
90,0	95,5	77,0	86,5
89,5	—	76,5	86,0
89,0	95,0	76,0	85,5
88,5	—	75,5	85,0
88,0	94,5	74,5	84,5
87,0	—	74,0	84,0
86,5	94,0	73,5	83,5
86,0	93,5	73,0	83,0
85,5	—	72,5	82,5
85,0	93,0	72,0	82,0
84,5	92,5	71,5	81,5
84,0	92,0	71,0	81,0
83,5	—	70,5	80,5
83,0	91,5	70,0	80,0
82,5	91,0	69,5	79,5
81,5	90,5	69,0	79,0
81,0	90,0	68,5	78,5
80,5	89,5	68,0	78,0
80,0	—	67,5	77,0
79,5	89,0	67,0	76,5
66,5	76,0	63,0	72,0
66,0	75,5	62,5	71,5
65,5	75,0	62,0	71,0
65,0	74,5	61,5	70,5
64,5	74,0	61,0	70,0
64,0	73,5	60,5	69,5
63,5	72,5

Tabelle IV

Gemessene Härtewerte von gepreßten Prüfkörpern aus Oxydgemischen hoher Reinheit nach mehrmaliger Chromsäureimprä gnierung

Bezeichnung des Prüfkörpers Oxydisches Ausgangsmatcrial Verformungsdruck

EE

ZrO₂(I)-J-Al₂O₃ (blättrig)(1)

7,0 kp/mm² 225

Cr₂O₃ (4)+ Fe₃O₄(I) handgestampft GG

BeO(I) + AI₂O, (blättrig)(1)

7,0 kp/mm² HH

NiO(I) +AI₂O, (blättrig)d)

7.0ko/mm²

Rockwell-!5-N-Härtc nach n-maliger Imprägnierung

η =

5 7

87,7

89,5

92,0

85,2

91,0

94,0

91,7

8,6

92,9

94,4

94,0

90,7

11

92,4

95,7

94,6

91,4

13

93,1

96,2

92,5

91,7

15 16

Fortsetzung

Bezeichnung des Prüfkörpers	Rockwell-15-N-Härlc nach	5	H-maligcr Imprägnierung	9	11	13
Oxydisches Ausgangsmaterial	η =	86,2		92,2	91,5	93,0
Verformungsdruck	3		7
7	80,0		91,5
TiO₂ (Rutil) (2)+ Al₂O₃
(blättrig) (1)		87,6		89,6	91,3	8?,7
14,1 kp/mm²
8	79,6		91,9
TiO₂ (RuIiI)(I) + Al₂O₃
(blättrig) (1)		89,6		93,4	90,1	89,9
14,1 kp/mm²
9	78,2		93,0
TiO₂(RuUl)(I)+ Al₂O₃
(blättrig) (1)		88,3		91,4	91,4	92,5
14.1 kp/mm²
10	81,4		91,4
CeO(l) + Al₂O₃ (blättrig)(l)		87,3		92,7	93,5	93,5
14,1 kp/mm²
11	82,4		91,6
Fe₂O₃ (1) + Al₂O₃ (blättrig) (1)		90,4		94,5	94,4	94,5
14,1 kp/mm²
13	82,8		93,6
Cr₂O₃ (1) +Al₂O₃ (blättrig)(1)		90,8		93,9	93,4	94,1
14,1 kp/mm²
14	81,8		91,1
Cr₂O₃ (1) + Al₂O₃ (blättrig)(2)		86,9		90,4	92,4	91,9
14,1 kp/mm²
15	83,0		90,1
Cr₂O₃(I)+ TiO₂(RuUl)(I)		92,2		95,5	95,4	96,7
14,1 kp/mm²
16	83,5		—
Cr₂O₃(I)+BeO(I)		88,7		93,5	93,6	94,6
14,1 kp/mm²
17	85,0		92,1
Cr₂O₃(I)+ ZrO₂(I)		89,3		88,6	94,2	93,5
14,1 kp/mm²
18	80,3		92,3
BeO(I)+ TiO₂(RuIiI)(I)		81,6		88,2	89,5	92,3
14,1 kp/mm²
19	75,7		86,1
ZrO₂(I)+ TiO₂(RuUl)(I)		87,8		94,0	95,1	94,3
14,1 kp/mm²
20	81,9		92,0
ZrO₂(I)+ BeO(I)
14,1 kp/mm²

Zur Bestimmung des Einflusses der Korngröße auf die ₅₅ Ausnahme des Korngrößenbereichs von 5 — ΙΟμηι, mit

Härte von gepreßten und erfindungsgemäß gehärteten, dem beträchtlich niedrigere Werte erhalten wurden,

feuerfesten Oxyden wurden Prüfkörper hergestellt. Die Es ist möglich, daß infolge des begrenzten Korngrö-

nachstehend beschriebenen Prüfkörper wurden ehe- ßenbereichs des Pulvers von 5— 10 μιη der gepreßte

misch mit Chromsäure behandelt und bei Temperaturen Körper ein Gefüge mit großen und kleinen Poren

von bis zu 648° C wärmebehandelt. 6o besitzt, in erster Linie deshalb, weil keine kleinen

In der Tabelle V sind gemessene Rockwell-Härtewer- Körner vorhanden sind, die in die Zwischenräume

te von gepreßten Prüfkörpern aus verschiedenen Sorten zwischen den größeren Körnern hineinpassen. Ein

von Meller-Aluminiumoxyd (99,98%) angegeben. Die derartiges Gefüge kann nur schwer ausgehärtet werden,

Prüflinge hatten vorwiegend Korngrößen von 0,06 μηι, weil man nach dem Ausfüllen der kleineren Poren oder

0,3 μιη, 1,0 μηι bzw. einen Korngrößenbereich von 65 Kanäle die dann dicht verschlossenen größeren Poren in

1 —30 μίτι und 5—10 μιη. Aus der Tabelle geht hervor, nachfolgenden Behandlungen nicht mehr erreichen

daß zwischen den mit diesen Korngrößen erzielten kann.

Härtewerten nur sehr kleine Unterschiede bestehen, mit Die Tabelle Vl zeigt die Ergebnisse eines anderen

17 . .

Vergleichs, in dem blättriges Aluminiumoxyd Alcoa Teilchengrößen und -formen erzielt wird, die eine

T-61 (ca. 993% Al₂O,) verwendet wird. Der Prüfkörper möglichst einheitliche Zwischenraumstruktur ergeoen.

A wurde durch Pressen eines trockengemahlenen In diesen Fällen kann man eine sehr vollständige

Materials in dem von dem Hersteller erhaltenen Imprägnierung erzielen, die zu dem dichtesten und

Zustand (-325 mesh) gebildet Für die übrigen Prüfkör- 5 härtesten Gefüge führt, das mit den verwendeten

per wurde dasselbe Material verwendet, jedoch nach Materialien erzielt werden kann. Die I-orderung nach

zusätzlichem Kugelmahlen unter Wasserzusatz. Die einheitlichen Zwischenräumen erläutert auch, warum

mikroskopische Untersuchung von Teilchen zeigte mit schwach gepreßte Prüfkörper manchmal durch die

zunehmender Mahldauer eine deutliche Verkleinerung chemische Behandlung eine höhere Harte erhalten

der Korngröße. Die besten Ergebnisse erhält man mit ι ο können als die unter sehr starkem Druck erzeugten, in

dem Material von -325 mesh, dem 48 Stunden lang denen geschlossene Poren oder Räume auttreten

gemahlenen Material, und Gemischen von verschiede- können, zu denen nur kleine Kanäle fuhren, so dab nur

nen Korngrößen. Die 24 bzw. 96 Stunden lang eine niedrigere als die höchste Harte erzielt werden

kugelgemahlenen Materialien führen zu deutlich niedri- kann.

geren Härtewerten. Mit den 24 bzw. 96 Stunden lang 15 Fig.8 zeigt in einem Schliffbild in 200facher

kugelgemahlenen Materialien wurden in mehreren Vergrößerung einen aus Chromoxydpulver gepreßten

anderen Versuchen dieselben Ergebnisse erzielt, so daß Körper, der durch mehrmalige Chromsaurebehandlung

man annehmen kann, daß die aus diesem Material gehärtet worden ist Das Material der F ι g. 8 ist m der

gepreßten Körper eine andere Porenstruktur haben. Tabelle 1 als Prüfkörper 116 bezeichnet. F ι g. 7 zeigt in

Aus der Prüfung einer sehr großen Anzahl von 20 einem Schliffbild in 200facher Vergrößerung einen aus

Prüfkörpern geht hervor, daß eine maximale Härte und Berylliumoxyd gepreßten Körper. Das Material der

Dichte bei einem gegebenen Oxydmaterial nur mit Fig. 7 ist in der Tabelle I als Prüfkörper 98 bezeichnet.

Tabelle V

Abhängigkeit der Härte von der Korngröße des verwendeten Aluminiumoxyds hoher Reinheit (99,98% Al₂O₃)

Bezeichnung des Prüfkörpers Rockwell-15-N-Härte nach n-malijer Imprägnierung

Oxydisches Ausgangsmaterial 11 =

Verformungsdruck 3 5 7 9 11 ·³

91,9	92,6	93,9	94,1
92,1	93,6	94,7	95,8
88,9	88,9	91,6	91,2
91,4	92,4	93,7	95,3

124 66,8 78,4 84,0 92,5 95,0 93,5
Al₂O₃ (Meiler,

99,98%) 0,06 μηι handgestampft

123 75,2 -

Al₂O₃ (Meiler, 99,98%) 0,3 am handgestampft

122 76,4 —

Al₂O₃ (Meiler, 99,98%) 1,0 μπι handgestampft

125 76,5 87,6 Al₂O₃ (Meiler, 99,98%) 5—10 μχη handgestampft

126 74,0 — Al₂O₃ (Melier, 99,98%) 1—30 μΐη handgestampft

Tabelle VI

Härtewerte bei Verwendung von blättrigem Aluminiumoxyd (Alcoa) nach Trocken- oder Naßmahlung zu verschiedenen Korngrößen und Korngrößenbereichen

Bezeichnung des Prüfkörpers Rockwell-15-N-Härtc nach n-maliger Imprägnierung

Oxydisches Ausgangsmaterial η =

Verformungsdruck 3 5 7 9 11 13

A n.gem. n.gem. 92,8 93,1 94,8 94,3

Al₂O₃, blättrig Alcoa T-61 (-325 mesh) 14,1 kp/mm²

29 81.8 88,8 90,7 91,6 92,8 92,9

Al₂O₃, blättrig T-61 (-325 mesh) 24 Stunden lang kugelgemahlen 14.1 ko/rnm²

19 ^w 20

Fortsetzung

Bezeichnung des Prülkörpers Rockwell-1 S-N-Härte nach π-maliger Imprägnierung

Gxydisches Ausgangsmaterial η =

Verformungsdruck 3 5 7 9 υ 13

30 82,4 90,6 92,0 94,0 95,0 94,3
Al₂O₃, blättrig

T-61 (-325 mesh)

48 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

31 82,1 87,1 9i,7 91.6 90,4 92,7
Al₂O₃, blättrig

T-61 (-325 mesh)

96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

32 83,y 90,3 92,1 91,7 93,1 93,2
Al₂O₃, blättrig

T-61 (-325 mesh)
24(1 Teil), 48 (1 Teil)
und 96 Stunden lang
kugelgemahlen
14,1 kp/mm²

33 81,6 90,0 91,9 93,4 94,2 93,7
Al₂O₃, blättrig

T-61 (-325 mesh)
- 325 mesh (1 Teil),
96(lTeü), 24(1 Teil)
und 48 Stunden (1 Teil)
lang kugelgemahlen
14,1 kp/mm²

Zur Bestimmung der Abhängigkeit der Härte von viel feiner als 325 mesh und hat eine durchschnittliche dem verwendeten Ausgangsmaterial wurden aus ver- Korngröße von nur 6,5—8,5 μπι.
schiedenen erhältlichen Formen von Aluminiumoxyd 40 Die in der Tabelle VIl angegebenen, blättrigen und und Chromoxyd gepreßte Prüfkörper hergestellt und kalzinierten Aluminiumoxyde sind alle -325 mesh und diese Prüfkörper geprüft. Es wurden α-, β- und enthalten 99 + % AI₂O₃. Dies sind «-Aluminiumoxyde. y-Aluminiumoxyd verwendet, und zwar in hydratierter, Das blättrige Aluminiumoxyd wird durch Mahlen von kalzinierter, blättriger und geschmolzener Form. tablettenförmigen Kristallen (gut entwickeltes «-Alumi-Chromoxyd (Cr₂Oj) ist in einer viel geringeren 45 niumoxyd) erzeugt, die durch Erhitzen auf eine etwas Formenauswahl erhältlich. Es wurde ein normales, unter dem Schmelzpunkt des Aluminiumoxyds (2038°C) feinverteiltes, chemisch erzeugtes Chromoxyd mit liegende Temperatur in Korund umgewandelt worden geschmolzenem und danach kugelgemahlenem Chrom- waren. Man nimmt an, daß die kalzinierten Aluminiumoxyd verglichen. oxyde aus weniger gut entwickeltem «-Aluminiumoxyd

In der Tabelle VII sind die Härtewerte von gepreßten 50 bestehen.

Prüfkörpern angegeben, die aus verschiedenen handeis- Hinsichtlich der Härte bestehen zwischen den aus üblichen Alcoa-Aluminiumoxyden hergestellt worden blättrigem bzw. kalziniertem Alurniniumoxyd hergewaren. Dabei wurde blättriges, kalziniertes und stellten Prüfkörpern nur sehr kleine Unterschiede. Da hydratisiertes Aluminiumoxyd verwendet. Wie zu angenommen wurde, daß das hydratierte Aluminiumerwarten war, erzielte man mit den hydratierten 55 oxyd, besonders der Prüfkörper 152, nach zusätzlichen Formen nicht die größte Härte, mindestens nicht so chemischen Härtebehandlungen eine vergleichbare schnell wie bei den blättrigen und kalzinierten Formen. Härte erreichen würde, wurden die Prüfkörper 151 und Da die geprüften hydratierten Aluminiumoxyde (Type 152 weiteren Imprägnierungen unterworfen. Nach C-37 und C-331) im vorgewärmten Zustand etwa 65% 17maligem Imprägnieren und Wärmebchandeln hatte AI2O3) enthalten versteht es sich, daß zum Erzielen der 60 der Prüfkörper 152 eine Rockwell-15-N-Härte von 93,2. größten Härte eine größere Anzahl von chemischen und Mit dem Prüfkörper 151 konnte ein so gutes Ergebnis Wärmebehandlungen erforderlich ist als bei dem nicht erzielt werden. Er hatte nach 17 Behandlungszyblättrigen und kalzinierten Material. klen eine 15-N-Härte von nur 90,6. Dieser Prüfkörper

Die hydratierten Aluminiumoxyde liegen in Form von 151 besteht aus großen Teilchen, vorwiegend aus

weißen, körnigen Kristallen vor und haben die Formel 65 Teilchen über 35 μίτι. Darauf ist es wahrscheinlich

AI2O3 · 3 H2O (manchmal Al(OH)₃ geschrieben). Die zurückzuführen, daß die Härte dieses Prüfkörpers nur

Type C-37 ist ein j3-Kristall mit einer Korngröße von so langsam zunimmt.

+ 325 mesh (325 mesh = 35 μπι Korngröße). C-331 ist Die Tabelle VIII zeigt die Härtewerte, die erzielt

werden, wenn verschiedene andere Formen von Aluminiumoxyd chemisch gehärtet werden. Dazu gehören gebrochene und/oder kugelgemahlene Aluminiumoxyd-Schleifmittel mit einer Reinheit von 90—99%. Ein gepreßter Prüfkörper bestand aus geschmolzenem Bauxit mit —325 mesh, das etwa 5—8% Titan und andere Verunreinigungen enthielt. Aus den in den Tabellen VII und VIII angegebenen Werten geht hervor, aad die größte Härte des Aluminiumoxyds weniger von der Form oder Reinheit als von der Korngröße und der einheitlichen Porosität abhängt. In den meisten angeführten Materialien, besonders denen der Tabelle VIII, bestehen die Verunreinigungen vor allem aus Eisenoxyd und Titandioxyd, die bei Chromsäurebehandlung ebenfalls einen sehr harten Körper bilden, wie vorstehend angegeben wurde.

in der Tabelle IX sind die Härtewerte von drei Prüfkörpern aus Chromoxyd angegeben. Der Prüfkörper 116 wurde aus dem üblichen, 99% reinen, chemisch erzeugten und in feinverteilter, kristalliner Form vorliegenden Chromoxyd hergestellt. Der Prüfkörper 205 wurde aus demselben Material nach 40 Stunden langem Kugelmahlen hergestellt. Die Härtewerte dieser beiden Prüfkörper unterscheiden sich nur wenig. Dagegen hat der dritte Prüfkörper 220 eine wesentlich kleinere Härte. Zur Herstellung dieses Materials wurden durch Plasmaspritzen Chromoxydüberzüge auf einem später ausgeschiedenen Metallsubstrat zu einer dicken Schicht aufgebaut und kugelgemahlen. Der Prüfkörper 220 hat nominell eine Reinheit von etwa 90% (er enthält als Verunreinigung einen hohen Prozentsatz Siliciumdioxyd), doch kann dieses Material nur schwer derart kugelgemahlen werden, daß man außer einem größeren Prozentsatz sehr feiner Körner einen beträchtlichen Prozentsatz größerer Körner erhält. Man nimmt daher an, daß die geringere Härte dieses Prüfkörpers in erster Linie nicht auf die geringere Reinheit oder die Verwendung eines geschmolzenen und nachgemahlenen Materials, sondern auf eine unvorteilhafte, unregelmäßige Porenausbildung und -verteilung zurückzuführen ist.

F i g. 5 zeigt in einem Schliffbild bei 200facher Vergrößerung einen gepreßten Prüfkörper aus Aluminiumoxyd Alcoa T-61 (-325 mesh), das 48 Stunden lang Kugelgemahlen worden war. Der Prüfkörper wurde durch mehrere Chromsäurebehandlungen gehärtet. Der Prüfkörper der F i g. 5 ist in Tabelle Vl mit 30 bezeichnet. F i g. 6 zeigt wie F i g. 5 einen gepreßten Prüfkörper aus Aluminiumoxyd Alcoa T-61 (-325 mesh), jedoch nach 96stündigem Kugelmahlen vor den Chromsäure-Härtebehandlungen. Man erkennt, daß die Korngröße feiner ist. Der Prüfkörper der F i g. 6 ist in der Tabelle VII mit 31 bezeichnet.

Tabelle VII

Härtewerte von chemisch gehärteten Prüfkörpern aus verschiedenen handelsüblichen Formen von Aluminiumoxyd

Bezeichnung des Prüfkörpers
Oxydisches Ausgangsmaterial
Verformungsdruck

Rockwell-15-N-Härte nach n-maliger Imprägnierung

3 5 7 9

139 80,6 91,3

AI₂O₃ (blättrig)
Alcoa T-61 (-325 mesh)
handgestampft

155 71,9 86,4

Al₂O₃ (kalziniert)
Alcoa A-3{-325 mesh)
handgestampft

154 — 79,2

AI₂O₃ (kalziniert)
Afcoa A-5 (-325 mesh)
handgestampft

153 73,4 88,9

Al₂O₃ (kalziniert)
Alcoa A-14 {-325 mesb)
handgestampft

151 41,9 65,9 Al₂O₃ ffiydratiert)

Alcoa C-37

152 —
Al₂O₃ (hydraticrt)

Afcoa C-33I
bandgcstampft

92,1

89,1

93,0

80,4

81,3

92,6

92,1

94,1

93,3

82,2

85,8

94,3

92,7

94,8

93,4

87,4

90,3

13

94,0

93,9

94,6

93,7

88,6

92,2

23 24

Tabelle VIII

Härtewerte von chemisch behandelten Prüfkörpern aus verschiedenen handelsüblichen Materialien aus geschmolzenem Aluminiumoxyd

Bezeichnung des Prüfkörpers Roekwell-15-N-lliirle nach /i-maliger Imprägnierung

Oxydisches Ausgangsmaleria I η =

Verformungsdruck 3 5 7 ¹I Il 13

45 65.3 83.0 86,4 87.6 86,8 89.6

Al₂O₃ (geschmolzen)

Schleifmittel.

Körnung 1700

14,1 kpmm²

50 78,1 87.4 87.3 89,2 88,9 90,2

Al₂O, (geschmolzen)

Körnung 1700,

96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kpmm²

6G 76,1 87.0 88,8 90,3 90,4 92,0

Al₂O₃ (geschmolzen)

Körnung 36, teilverreibbar.

48 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

206 74,5 89.0 93,3 94,1 93,9 93,4

Al₂O₃ (geschmolzen)

Körnung 240,

99% zerreibbar,

40 Stunden lang kugelgemahlen

handgestampft

167 — 87.2 92,6 93,4 — 93,8

geschmolzener Bauxit,

Schleifmittel DSF, - 325 mesh

handgestampft

Tabelle IX

Härtewerte von gepreßten und chemisch gehärteten Prüfkörpern aus kugelgemahlenem, normalem Chromoxyc und aus kugelgemahlenem, geschmolzenem Chromoxyd

Bezeichnung des Prüfkörpers Rockwcll-IS-N-Hartc nach n-maliger Imprägnierung

Oxydisches Ausgangsmaterial η =

Verformungsdruck 3 5 7 9 Il 13

220	85,8	91,7	92,3	92,6	93,3	93,6
Geschmolzenes Cr₂O₃,
48 Stunden lang kugelgemahlen
handgestampft
116	84,5	88,1	94,3	96,2	96,0	96,6
Cr₂O₃, (chemisch reduziert)
handgestampft
205	75,8	89,4	93,8	95,7	95,9	96,0
Cr₂O₃, 99%, 40 Stundee
lang kugelgemahlen
handgestampft

Auch die Abhängigkeit der Härte von dem Druck, mit angegebenen Chromsäurebehandlungen. Die Wärme

dem das Oxydpulver gepreßt wurde, ist in begrenztem behandlung wurde bei Temperaturen von bis zu 648°<

Ausmaß untersucht worden. durchgeführt Die Prüfkörper hatten einen Durchmes Die Tabelle X zeigt verschiedene Drücke, mit denen 65 ser von etwa 12,7 mm und eine Dicke von etwa 2,5 mti Prüfkörper ans kugeigemahlenem Aluminiumoxyd Der Preßdruck wurde auf die einen Durchmesser ve«

(99^% AI2O3) gepreßt wurden. Die chemische und 12,7 mm besitzenden Flächen mit einer hydraüTiseftei

Wärmebehandlung erfolgte wie bei den vorher Presse ausgeübt Der Prüfkörper war in einer Rjngfotti

2ί>

enthalten, die entfernt wurde, wenn bei der ersten Wärmebehandlung eine Temperatur von etwa 648"C erreicht worden war.

Die Tabelle XI zeigt entsprechende Werte, die bei Verwendung von Chromoxyd (99,9%) anstelle von Aluminiumoxyd als oxydisches Ausgangsmaterial erhalten wurden.

Die in den Tabellen X und Xl angegebenen Werte zeigen, daß der Preßdruck in den angegebenen Bereichen nur einen sehr kleinen Einfluß auf die Hart hat. Es hat sich gezeigt, daß ein zu niedriger Druc manchmal zu einem Körper führt, der Hohlräume un »weiche Stellen« besitzt. Teilweise aufgrund vo nichtschlüssigen Prüfungsergebnissen wird ferner ange nommen, daß ein zu hoher Verformungsdruck zur Schließen von unbedingt erforderlichen Kanälen um daher zu einer unterhalb des optimalen Werte liegenden Härte führen könnte.

Tabelle X

Härtewerte von mit verschiedenen Verformungsdrücken gepreßten und chemisch behandelten Prüfkörpern aus Aluminiumoxyd

Bezeichnung des Prüfkörpers
Oxydisches Ausgangsmalerial
Verformungsdruck

Rockwell-15-N-Härte nach /)-maliger Imprägnierung

13

R — 35,8 88,4 91,7 92,5

AI₂O₃, Coors AHP-99,

48 Stunden lang kugelgemahlen

3,5 kp/mm²

P — 84,7 90,7 91,9 91,6

AI₂O₃, Coors A H P-99,

48 Stunden lang kugelgemahlen

7,0 kp/mm²

O __ — 88,1 9J3 035

Ai₂O₃, Coors AHP-99,

48 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

B -- 88.9 90,9 93,5 947

Ai₂O₃, Coors AHP-99,

48 Stunden lang kugelgemahlen

28,1 kp/mm²

Tabelle XI

92.')

90,8

93,4

93,8

Bezeichnung des Prüfkörpers
Oxydisches Ausgangsmaterial
Verformungsdruck

Rockwell- 15-N-Härle nach n-maliger Imprägnierung η =

13

Cr₂O₃., 99% (sehr feinpulverig)

3,5 kp/mm²

Cr₂O₃, 99% (sehr feinpulverig)

7,0 kp/mm²

Cr₂O₃, 99% (sehr feinpulverig)

14,1 kp/mm²

Ci₂O₃, 99% (sehr feinpulverig)

28,1 kp/mm²

91,6

94,2

92,3

93,7

93,8	95,2	96,2
96,1	96,4	95,9
95,7	94,2	97,0
94,3	96,7	95,3

das feuerfeste Oxydpulver für gepreßte Prüfkörper, daß die Verwendung von sehr wenig Säure oder eines großen Säureüberschusses nur zu sehr kleinen Unter-

Es wurde der Einfluß der Art und Menge des Anfeuchtungsmittels auf die Härte und die Dichte des

Produktes bestimmt Dabei zeigte es sich, daß _

mindestens bei Prüfkörpern aus gepreßten Oxyden 65 schieden in der Härte des schließlich erhaltenen

diese Unterschiede nur eine geringe Wirkung haben. Prüfkörpers führte. Werte für drei derartige Prüfkörper

Beispielsweise zeigte sich bei der Verwendung von sind in der Tabelle XH angegeben. Bei Verwendung von

konzentrierter Chromsäure als Anfeuchtungsmittel für zuviel Säure wurde der Überschuß unter dem

Preßdruck einfach aus der Form herausgedrückt. Bei Verwendung von sehr wenig Säure oder einer verdünnten Chromsäurelösung als Anfeuchtungsmittel, stellt man nochmal eine geringfügige Abnahme der Härte bei den ersten zwei oder drei Imprägnierungsund Wärmebehandlungszyklen fest.

Es wurden weitere Prüfungen vorgenommen, in denen das Pulver trocken gepreßt und Wasser oder Polyäthylenglykol als Anfeuchtungsmittel verwendet

Tabelle XII

Gemessene Härtewerte von mit Chromsäure in verschiedenen Mengen als Anfeuchtungsmittel gepreßten und chemisch behandelten Prüfkörpern aus Aluminiumoxyd

wurde. Dabei wurde das gepreßte Oxyd in der Form belassen und vollständig getrocknet, worauf Chromsäure zugeführt und in Cr₂O3 umgewandelt wurde, ehe der Prüfkörper aus der Form entfernt wurde. Es war unangenehm, daß zunächst eine chemische Behandlung in der Form erforderlich war, ehe der Prüfkörper herausgenommen und manipuliert werden konnte, ohne auseinanderzufallen. Die schließlich erhaltene Härte wurde dagegen nicht wesentlich beeinflußt.

Prüfkörper

Oxydisches Ausgangsmaterial

Zustand der Masse

Verformungsdruck

Rockwell-15-N-llarte nach n-maliger Imprägnierung η =

13

JJ 83,9 88,5

Al₂O₃ (94%) Coors AP-94,

52 Stunden lang kugelgemahlen

ein wenig feucht

7,0 kp/mm²

KK 81,8 89,2

Al₂O₃ (94%) Coors AP-94,

52 Stunden lang kugelgemahlen

feucht

7,0 kp/mm²

LL 83,1 89,4

Al₂Oj (94%) Coors AP-94,

52 Stunden lang kugelgemahlen

7,0 kp/mm²

Es wurden gepreßte Oxydprüfkörper geprüft, die unter sonst gleichen Bedingungen, jedoch mit verschiedenen Wärmebehandlungstemperaturen hergestellt worden waren. Die Prüfkörper waren mit Chromoxyd behandelt worden. Die Höchsttemperatur bei der Wärmebehandlung betrug 482°C, 648°C und 815°C. Diese Temperaturen wurden gewählt, weil in diesen Bereichen bestimmte Farbveränderungen auftreten. Die Farbe verändert sich von einem dunklen Blaugrün bei 454-538° C zu einem mittleren Grün bei 648° C und einem helleren Grün bei 760—815°C. Man nimmt an, daß diese Farbveränderung darauf zurückzuführen ist, daß das CrO₃ bei den unteren Temperaturen unvollständig zersetzt wird und daß einige der als Zwischenprodukte gebildeten Chromoxyde, z. B. CrO₂, Cr₆Oi₅, Cr₄O₉, usw. anwesend sein können. Zwischen den Härtewerten der bei den verschiedenen Temperaturen wärmebehandelten Prüfkörper wurden keine wesentlichen Unterschiede festgestellt.

Während der Erhitzung der mit Chromsäure imprägnierten Prüfkörper treten insbesondere in dem Temperaturbereich von 204—371°C rötliche Dämpfe aus dem Prüfkörper aus. Die Dämpfe sind gut erkennbar, wenn bei der Erhitzung auf die genannten Temperaturen die Ofentür geöffnet wird, so daß Frischluft eintreten kann. Man kann mit Sicherheit annehmen, daß die Chromsäure in dem Temperaturbereich von 204—371°C in Chromtrioxyd umgewandelt und das Wasser abgetrieben worden ist Infolge dieser deutlich erkennbaren Zersetzung in Anwesenheit von Luft wurde der Härte- oder LTmwandlungsvorgang in 92,3

91,5

93,0

92,1

90,9

93,1

91,9

93,1

einer inerten Atmosphäre durchgeführt und wurden die Ergebnisse mit denen der normalen Wärmebehandlung verglichen, die in einem Ofen durchgeführt wurde, dessen Atmosphäre wenigstens teilweise aus Sauerstoff besteht. In einem anderen Versuch wurde während der Wärmebehandlung Luft durch den Ofen geführt

In keinem dieser Versuche wurde auch nach mehreren Imprägnierungs- und Wärmebehandlungen ein wesentlicher Unterschied hinsichtlich der Gewichtszunahme des Prüfkörpers festgestellt Auch Härteunterschiede konnten nicht erkannt werden.

Nachstehend werden die Härtewerte von gepreßten Körpern aus sogenannten verunreinigten feuerfesten Materialien wie Kaolin, Ton und dergleichen beschrieben oder aus Oxyden hoher Reinheit, denen derartige Verunreinigungen zugesetzt worden waren.

Die Tabelle ΧΠΙ zeigt die Härtewerte,, die mit verschiedenen handelsüblichen Kaolinen erhalten wurden. Alle geprüften Kaoline waren Produkte der Georgia Kaolin Company; sie umfaßten hydratierte und kalzinierte Kaoline mit verschiedenen mittleren Korngrößen. In der Tabelle XIV sind Angaben über die Korngrößen dieser verschiedenen Kaoline enthalten. Kaoline sind Aluminiumsflikattone und bestehen im allgemeinen aus kleinen, plattenförmigen Kristallea Der Aluminiumoxydgehalt kann je nach der Sorte und Type etwa 40—50% betragen. Die Tabelle ΧΠΙ zeigt, daß die Härte stark von der verwendeten Type abhängig ist V/ie zu erwarten war, erzielt man die höchsten Härtewerte mit den kalzinierten Kaolinen. Mil

29 30

zwei kalzinierten Kaolinen, und zwar Glomax-JD und Aus der Tabelle XVI gehen die Härtewerte hervor, _;

GIomax-LL (Prüfkörper 211—213) wurden Rockwell- die erzielt werden, wenn zu einem oxydischen ö

15-N-Härten über 94 erzielt, die mit der größten Härte Ausgangsmaterial mit einer Reinheit von über 99 + % g

von mehreren vorstehend beschriebenen Prüfkörpern Kaolin oder Eisenoxyd in Form von Fe3O4 in einer §

aus Aluminiumoxyd hoher Reinheit (99+%) vergleich- 5 Menge von 25 oder weniger Volumenprozent zugesetzt |

bar sind. wurde. Man erkennt, daß durch diesen Zusatz von etwa |

Die Tabelle XV gibt die Härtewerte von Prüfkörpern 10—20 Gewichtsprozent die Härte gegenüber dem |

aus anderen Materialien an, und zwar aus Feldspat, reinen Oxyd nicht unbedingt herabgesetzt zu werden |

geschmolzenem und nichtgeschmolzenem Bauxit, Ken- braucht Wenn man beispielsweise den Prüfkörper 206, ||

tucky-Töpferton, Bentonit und anderen Tonarten. Die io der aus 99%igem Aluminiumoxyd hergestellt worden |s

mit diesen Materialien erzielten Härtewerte sind zwar war, mit dem verunreinigten Prüfkörper 223 vergleicht, |

nicht so hoch wie bei manchen Kaolinen oder vielen der oder den Prüfkörper 116, der aus 99%igem Chromoxyd ||

vorher beschriebenen, reineren Oxyden, doch sind hergestellt worden war, mit den Prüfkörpern 225 und ig

einige von ihnen mindestens vergleichbar mit denen von 219, erkennt man, daß der Zusatz von FziQt, oder g|

handelsüblichen keramischen Materialien, die bei hohen 15 kalziniertem Kaolin in den angegebenen Mengen |

Temperaturen gesintert worden sind. Mit dem Feldspat höchstens zu einer sehr geringfügigen Herabsetzung 4

und Bauxit von 100 mesh hätten vielleicht höhere der Härte führt. Auch hier ist die schließlich erzielte '

Härtewerte erzielt werden können, wenn sie vor dem Härte wieder stark von der Korngrößenverteilung und >

Versuch ihrer chemischen Härtung auf eine viel höhere der dadurch bedingten Porenausbildung des Preßkör- ·;

Kornfeinheit gemahlen und dehydriert worden wären. 20 pers abhängig.

Tabelle XIII

Durch mehrmalige chemische Behandlung erzielte, gemessene Härtewi.-te bei Verwendung von gepreßten
Prüfkörpern aus verschiedenen Sorten und Typen von Kaolin

Bezeichnung des Prüfkörpers Rockwell-15-N-Härte nach n-maliger Imprägnierung

Oxydisches Ausgangsmaterial η =

Verformungsdruck 3 5 7 9 Il 13

207 68,3 84,4 88,7 90,5 90.0 89.3
Kaolin, Pioneer

Air Floated (hydratiert)
handgestampft

208 69,7 84,0 89,3 90,1 90,2 90,1
Kaolin,

Ajax P (hydratiert)
handgestampft

209 69,7 84,7 89,1 90,3 89,9 90,3
Kaolin,

Ajax 70 (hydratiert)
handgestampft

210 — 70,5 87,1 91,0 91,8 92,4
Kaolin,

Ajax SC (kalziniert)
handgestampft

211 — 82,6 90,6 92,8 94,2 94,1
Kaolin,

Glomax JD (kalziniert)
handgestampft

212 — — 78,6 88,4 91,7 93,0
Kaolin,

Glomax HE (kalziniert)
handgestampft

213 66,8 — 90,4 92,3 93,5 94,3
Kaolin,

Glomax LL (kalziniert)
handgestampft

214 68,8 84,6 88,5 90,4 91,4 90,9

Kaolin, υ

Glomax PVR (kalziniert) |

handgestampft

215 79,5 86,0 88,5 89,7 90,0 89,4
Kaolin.

Vclvacast (hydratiert)
handuestamoft

31 32

Tabelle XIV

Korngrößen von hydratierten und kalzinierten Kaoünarten, die von der Georgia Kaolin Company erzeugt werden

Typenbezcichnung Durch- "Ί. < 2

schnitllichc Korngröße μπι

1. Hydraüerte Kaoline

Ajax P 0,45—0,50 92—94

Ajax 70 0,75—0,80 70—74

Velvacast	3,5-4,5	30—35
Pioneer Air Floated	0,8—1,0	55—65
2. Kalzinierte Kaoline
Ajax S	5,0—6,4	14—20
Glomax JD	0.9	ca. 89
Glomax HE	1.2	ca. 80
Glomax LL	1.8	ca. 52
Glomax PVR	4.8	ca. 22

Tabelle XV

Gemessene Härtewerte von gepreßten und mehrmals chemisch behandelten Prüfkörpern, die aus verschiedener Tonarten und gemahlenen Erzen hergestellt worden waren

Bezeichnung des Prüfkörpers	Rockwell-1
Oxydisches Ausgangsmaterial	H =
Verformungsdruck	3
4 Feldspat, -100 mesh 14,1 kp/mm²	65,6
36 Bauxit, -100 mesh 14,1 kp/mm²
35 King Island (Alaska)-Ton 14,1 kp/mm²	■
69 Amaco X-11-Grauton 14,1 kp/mm²	48,4
77 Kentucky-Töpferton 14,1 kp/mm²	61,2
96 Bentonit 14,1 kp/mm²	n. gem.
142 DSF-Schleifmittel (geschmolzener Bauxit). — 325 mesh handnestamnft	70,3

Rockwcll-lS-N-Hänc nach n-maliger Imprägnierung

5 7 y Il 13

88,6 80,1 — 87.2 87,8

46,5 73,6 80,2 84,1 77,9

64,0 72,3 76,1 84,3 87,1

51,9 57,0 73,1 75,2 74,5

72,8 76,2 89,3 91,3 91,8

n. gem. n. gem. n.gem. n. gem. n.gem. n. gen

85,3 90,0 89,4 89,1 92,4

33

34

Tabelle XVI

Gemessene Härtewerte von gepreßten und mehrmals chemisch behandelten Prüfkörpern aus relativ reinen

Oxyden und als Verunreinigung zugesetztem Kaolin

Prüfkörper Oxydisches Ausgangsmalcrial Dauer der Kugelmahhing Volumteile Verformungsdruck

Rockwell-15-N-Härle nach η Imprägnierungen

Il =

Cr-, O₃ + Kaolin, Ajax P

handgestampft

Cr₂O₃ + Fe₃O₄

handgestampfl

Kaolin, Ajax P + Al₂O₃, Körnung 240, zerreibbares Schleifmittel (99%)

handgestampft

Fe₃O₄ +Al₂O₃, Körnung 240, zerreibbares Schleifmittel (99%)

handgestampft

Cr₂O₃ + Kaolin. Glomax HE

handgestampft

Cr₂O₃ +Kaolin, Ajax

handgestampft

Cr₂O₃ + Kaolin, Ajax

handgestampft

Al₂O₃, Körnung 240, zerreibbares Schleifmittel

handgestampft

85,9

89,5

86,9

89,2

82,0

85,5

81,6

74,5

84,5

89,1

91,4

89,2

89,0

91.6 94,4 90.9

92,4

95,7

93,0

92,8

93,1

95,5 95,0 95,0 94,1

96,2

96,4

95,3

94,5

93,9

96,0

13

94,0

96,2

91.5

93,5

96,2

94,7

94,6

93,4

96,6

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner zum Bei der Herstellung derartiger Verbundkörper ist die

Herstellen von Verbundkörpern ans einem feuerfesten chemische Härtung besonders vorteilhaft. Da die

oxydischen Ausgangsmaterial, z.B. Aluminiumoxyd Härtung bei niedriger Temperatur (315—815'³C) erfol- oder Chromoxyd unter Zusatz von Metallpulver, 65 gen kann, ist die Verwendung von zahlreichen

Metallfasern, keramischen Fasern, Glasfasern, Glas- Zusatzstoffen und Verstärkungsstoffen möglich, die

oder Metallgewebe, hochfesten V/hiskers (haarförmi- nicht in Verbundkörpern auf keramischer Grundlage

gen Einkristallen) und dergleichen hergestellt werden. verwendet werden können, bei deren Herstellung

35 36

normale Sinter- und Schmelztemperaturen (1371— Verfahren gehärtet worden sind. Einige dieser Verbund-

2204⁰C) angewendet werden. Ferner wird durch das körper stellen Gemische aus !Materialien mit sehr

vorliegende Verfahren anscheinend eine sehr feste verschiedenen Korngrößen und -formen dar. Andere

chemische Verbindung mit vielen dieser Zusätze sind feuerfeste Oxyde, zu denen Glas-, Metall- oder

hergestellt, z. B. zu Glas- und keramischen Fasern und 5 keramische Fasern zugesetzt wurden. Wieder andere

vielen der Metalle. sind Gemische aus feuerfesten Oxyden und Metallpul-

Man nimmt an, daß die besonder·, feste Bindung mit vern oder bestehen aus keramischen Materialien mit

Metallen auf eine chemische Bindung mit dem Zusätzen aus festen Schmiermitteln, wie Bornitrid oder

Metalloxydfilm zurückzuführen ist, der sich auf der Graphit Mit Hilfe dieses bei niedriger Temperatur

Oberfläche bildet. Die meisten dieser Metalloxydfc, z. B. io durchgeführten Bindevorganges ;>ind noch viele andere

jene, die sich leicht auf Eisen, Titan, Aluminium und Verbundkörper herstellbar, die neuartige Materialien

zahlreichen nichtrostenden Stählen bilden, sind mit der darstellen, die bisher mit den normalen, bei hohen

Metalloberfläche fest verbunden. Es ist schon gezeigt Temperaturen durchgeführten Sinterverfahren nicht

worden, daß die gewöhnlich mit Chromsäure durchge- herstellbar waren. Die Tabelle IX zeigt in einem

führte Chrombehandlung zu einer sehr festen Bindung 15 Schliffbild bei 200facher Vergrößerung einen Preßkör-

an die meisten Metalloxyde führt, darunter denen des per, der aus Aluminiumoxyd T-¹Bl (-325 mesh) nach

Titans, Eisens, Nickels und Aluminiums. Infolgedessen 9ostündigem Kugelmahlen und unter Zusatz von Fasern

bildet das Metalloxyd anscheinend die Brücke, die eine aus Aluminiumoxyd hergestellt worden war. Dieser

echte chemische Bindung mit dem Metall ermöglicht. Körper wurde durch erfindungsgemäße Chromsäurebe-

Die Tabelle XVII enthält Angaben über eine Anzahl 20 handlungen gehärtet und ist in der Tabelle XVII als

von Verbundkörpern, die nach dem erfindungsgemäßen Prüfkörper87 angegeben.

Tabelle XVII

Mit verschiedenen chemisch behandelten Verbundmaterialien erzielte Härtewerte

Prüfkörper RockweIl-15-N-Härte nach ,1 Imprägnierungen

Verstärkungs- oder Zusatzstoff η =

Oxydisches Ausgangsmaterial

Volumenteile

Verformungsdruck 3 5 7 9 Il 13

185 87,5 90,4 90,8 92,9 95,1 94,3
Zerreibbares Al₂O₃-Schleifmittel

Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh,

48 Stunden lang kugelgemahlen

handgestampft

186 87,6 - 91,7 92,3 93,6 92,6 93,6
Zerreibbares AUO₃-Schleifmittel

Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh,

48 Stunden lang kugelgemahlen

handgestampft

187 87,5 89,9 91,5 93,0 93,2 93,2
Zerreibbares Al₂O₃-Schleifmittel

Al₂O₃ (blättrig), - 325 mesh,

48 Stunden lang kugelgemahlen

handgestampft

40 81,5 87,3 88,5 91,8 88,5 90,3

Glasgewebe

Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh,

24 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

53 40,3 64,4 70,0 70,2 74,9 77,3

Borcarbid (fein)

Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh,

96 Stunden lang kugelgemahlen

37 V

Fortscl/unii

Prüfkörper Rockwell-15-N-Härte nach n Imprägnierungen

Verstärkungs- oder Zusatzstoff η =

Oxydisches Ausgangsmaterial

Volumenteile

Verformungsdruck 3 5 7 9 Il

50 78,1 87,4 87,3 89,2 83,9 90,2

S. F. Schleifmittel, Körnung 1700 Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

70 64,4 81,1 86,4 89,8 91.4 90,7

Graphit Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 24 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

78 81,5 83,0 83,1 83,3 83.3 82,4

Fe (reduziert) Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

85 84,6 86,2 85.0 91,0 92,6 93,3

Kaoünfasern (zerhackt) Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

88 78,5 89,1 89,0 89,5 87,4 90,8

Kaolinfasern (ungeschmiert) Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

87 86,1 88,3 90.9 93,4 92,2 94,2

Aluminiumoxydfasern Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mm²

95 — 83,7 — 91,4 91,8 92,6 Kaolinfasern (zerhackt)

14,1 kp/mm²

118 82,2 86,4 90,4 92,5 96,3 94,5

Aluminiumoxydfasern

handgestampft

100 72,5 78,9 — 80,7 82,4 81,0

Fe (reduziert) Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh,

96 Stunden lang kugelgemahlen 2:1

14.1 kp/mm²

39

l-ortsct/unu

Prüfkörper

Verstärkungs- oder Zusatzstoff

Oxydisches Ausgangsmaterial

Volumenteile

Verformungsdruck

IU IU UUJ

Rockwell-15-N-Härte nach i> Imprägnierungen

101 84,3 87.2 Fe (reduziert) Al₂O₃ (blättrig). -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen

14,1 kp/mnr

102 84,2 88,3 Fe (reduziert) Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh.

96 Stunden lang kugelgemahlen

14.1 kp/mm²

130 79.8

Aluminiumoxydfasern TiO₂

handgestampft

132 83.7 88,3

Aluminiumoxyd

handgestampft

135 49,3 61.4

Kaolinfasern (zerhackt) Kaolin

handgestampft

194 73,5 73.8 Bornitrid Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen 1 :1 handgestampft

195 84,7 89.0 Bornitrid Al₂O₃ (blättrig). -325 mesh, 96 Stunden lang kugelgemahlen 1:4 handgestampft

198 86,1 86,4 Bor (amorph) Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 48 Stunden lang kugelgemahlen 1:3 handgestampft

199 59,9 72,9 CaF₂ Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh, 48 Stunden lang kugelgemahlen 1:3 handgestampft

40

88.3

90.0

91,6

92,5

78.5

93,1

87,6

87,9

88,3

91,1

92,1

93,7

86,0

79,0

93,4

88,3

86,1

91,3

92,4

94,9

87,6

82,8

95,0

88,6

«6,4

70S SOB/

Fortsetzung

Prülkörper

Verstärkungs- oder Zusatzsioff

Oxydisches Ausgangsmaterial

Volumenteile

Verformungsdruck

Rockwell-15-N-Härtc nach η Imprägnierungen

Glimmerpulver

Al₂O₃ (blättrig). -325 mesh,

48 Stunden lang kugelgemahlen

haridgestampft

Stahlwolle 000

Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh,

96 Stunden lang kugelgemahlen

handgestampft

Sieb aus nichtrostendem Stahl
Al₂O₃ (blättrig), -325 mesh,
96 Stunden lang kugelgemahlen

handgestampft

89,0

90,1

90,3 91,3

91.9

92.2

92,8

99,2

91,9

93,5

92,2

Wie vorstehend erwähnt wurde, hat es sich gezeigt, daß eine feste chemische Bindung mit vielen Metallen, Glas, keramischen Materialien und dergleichen hergestellt werden kann. Die Tabelle XVIH zeigt die Härtewerte einer Reihe von Prüfkörpern aus gepreßtem Metallpulver. Die Porenausbildung dieser Prüfkörper ist entscheidend von dem beim Pressen dieser Pulver angewendeten Verformungsdruck abhängig, besonders bei kaltverformbaren Metallen, wie Kupfer oder Aluminium, bei denen ein zu hoher Druck die Verbindungen zwischen den Poren vollständig beseitigt. Die erzielte Härte ist zwar nicht so groß wie bei den meisten keramischen Körpern, aber größer als bei demselben Metall in normaler, massiver Form. Daraus geht hervor, daß aus den Metallteilchen während der Umwandlung der Chromsäure in Chromoxyd ein gut gebundener Verbundkörper gebildet worden ist. In dei Tabelle XIX sind zum Vergleich die Rockwell-15-N i-iäriewerte der meisten Metaiie angegeben, die in der Verbundkörpern der Tabelle XVlIl verwendet werden.

In der Tabelle XX sind verschiedene Materialien, wi<

gemahlenes Glas, Glas- und keramische Fasern Borkarbid, Siliciumkarbid usw. angegeben, die nach den erfindungsgemaßen Verfahren behandelt worden sind sowie die dabei erhaltenen, gemessenen Härtewerte.

Die in den Tabellen XVIII und XX angegebene! Prüfkörper wurden in der vorstehend beschriebenei Weise imprägniert und wärmebehandelt. Die Wärmebe handlung erfolgte bis zu einer Höchsttemperatur voi

648⁰C, außer bei dem aus Aluminium bestehende! Prüfkörper der Tabelle XVIII, bei dem die Höchsttem peratur nur 538⁰C betrug.

Tabelle XVIII

Abhängigkeit der Härtewerte von Prüfkörpern aus gepreßten Metallpulvern von der Anzahl der chemischen Behandlungen

Bezeichnung des Prüfkörpers	Rockwell-15-N-Häne nach	5	ι n-maliger Imprägnierung	9	U	13
Oxydisches Ausgangsmaterial	*η —*	74,1		74,2	79,0	79,0
Verformungsdruck	3		7
38	76,7		73,7
Mo (feinpulverig)		71,9		75,2	74,4	78,5
14,1 kp/mm²
46	62,1		72,8
Cr (grobpulverig)
14,1 kp/mm²		n. gem.		n. gem.	n.eem.	IL gem
64	zu weich
Au (sehr feinpulverig)	n. gem.	n. gem.

IU IU U U

Forlsetzimii

Bezeichnung des Prüfkörpers
Oxydisches Ausgangsmateiial

Rockwell-15-N-Hürle nach n-maliger Imprägnierung

/j —

Verlbrmungsdruck	3 5	7	9
59	34,5 35,1	41,1	"_
Cu-Pulver (Teilchengröße
ca. 0,127 mm)
28,1 kp/mm²
79	75,8 78,6	80,0	Ti
Fe (reduziert, sehr fein)
handgestampft
	Tabelle XIX
	Rockwell- 15-N-Härte von einigen	Metallen
	Eisen (kaltgewalzter Stahl)		69
	Titan, Type A		63
	Nichtrostender Stahl 303		69,6
	Aluminiumlegierung		43
	Kupfer		24
	Messing		43
	Gehärteter Stahl (Federstahl)		91

Tabelle XX

Abhängigkeit der Härte von gepreßten Prüikörpern aus verschiedenen Pulvern, Fasern usw. von der Anzahl de chemischen Behandlungen

Bezeichnung des Prüfkörpers
Oxydisches Ausgangsmaterial
Verformungsdruck

Rockwell-15-N-Härte nach n-maliger Imprägnierung

π =

3 5 7 9

gemahlenes Glas

14,1 kp/mm²

Borkarbid (feinpulverig)

14,1 kp/mm²

Glaspapier (in Scheiben

geschnitten und formgepreßt)

14,1 kp/mm²

Aluminiumoxydfasern

14,1 kp/mm²

Kaolinfasern (zerhackt)

14,1 kp/mm²

Kaolinfasern (ungeschmiert)

14,1 kp/mm²

45,5 40,4 74,9

79,4 75,2 64,3

67,0 69,8 80,5

84,4 _

75,2

77,9 76,1
58,8
80,2

89,0
84,4
85,0

80,7

72,5

80,2

92,0

87,7

90,6

80,7

76,4

87,8

92,6

90,2

91,0

83,7

72,5

79,3

92,0

90,9

Die größte Härte erzielt man normalerweise durch wiederholte Behandlung mit Chromsäure oder einer anderen sauerstoffbildenden Verbindung und jeweils anschließende Wärmebehandlung, wobei eine Anzahl dieser Behandlungen gegebenenfalls nach einer einzigen Imprägnierung mit Phosphorsäure, gefolgt von einer Wärmebehandlung, durchgeführt werden kann. Durch zwei oder mehrere Behandlungen mit Phosphorsäure wird die Härte nicht wesentlich vergrößert und ο ein Reißen des Teils verursacht, wenn noch eii genügende Porosität vorhanden ist Außerdem hat 1 sich gezeigt, daß die Behandlung mit Phosphorsäure b Körpern mit ziemlich großen Ftoren am wirksamsten i> während die Behandlung mit Chromsaure zum schnei sten Härten eines Körpers mit Heineren Poren führt Daher ist die Behandlung mit Phosphorsäure auch a

abschließende Härtebehandlung von gepreßten Oxydkörpern interessant, weil auf diese Weise die Anzahl der erforderlichen Behandlungen rait Chromsäure herabgesetzt werden kann.

In den Tabellen XXi, XXII und XXIII sind gepreßte und mehrmals mit Chromsäure und wärmebehandelte Oxydkörper mit und ohne abschließende Behandlung mit Phosphorsäure verglichen. Es wird die Härte von gepreßten Körpern aus Chromoxyd, blättrigem Aluminiumoxyd von —325 mesh und zusätzlich kugelgemahlenem, blättrigem Aluminiumoxyd angegeben. In jedem Fall wurden die Prüfkörper nach 3, 5, 7, 9 und 11 Chromsäureimprägnierungen geprüft. Nach der Härtemessung wurde der Teil mit Phosphorsäure imprägniert und langsam auf 648° C erhitzt, danach auf Zimmertemperatur abgekühlt und leicht poliert und schließlich zum Feststellen der Auswirkung auf die Härte erneut gemessen.

Wie aus den Tabellen hervorgeht, führt die Phosphorsäurebehandlung zu einer deutlichen Zunahme der Härte des vorbehandelten Teils, außer wenn die Porengröße infolge der Chromsäure- und Wärmebehandlungen so klein geworden ist, daß die Phosphorsäure nicht mehr oder nicht mehr in wirksamen Mengen aufgenommen werden kann. 2_s

Die Tabelle XXI bet.ifft Preßkörper aus feinverteiltem Chromoxyd und zeigt, daß ein Prüfkörper nach neun Chromsäurebehandlungen und einer einzigen Nachbehandlung mit Phosphorsäure ebenso hart ist wie ein Prüfkörper, der elfmal mit Chromsäure und nicht mit Phosphorsäure behandelt worden ist. Nach elfmaliger Behandlung mit Chromsäure hat die Behandlung mit Phosphorsäure keinen Einfluß auf die Härte.

Die Tabelle XXII betrifft einen Preßkörper, der aus relativ grobem Aluminiumoxyd besteht und viel größere Poren hat als der Prüfkörper der Tabelle XXI. Hier erkennt man den Vorteil, der durch die Behandlung mit Phosphorsäure bei einem grobporigeren Körper erzielt wird. Bei einem Prüfkörper, der siebenmal mit Chromsäure behandelt worden war, erzielte man durch eine Phosphorsäurebehandlung eine größere Härte als bei einem Körper nach elfmaliger Chromsäurebehandlung, jedoch ohne anschließende Phosphorsäure- und darauffolgende Wärmebehandlung. Die optimale Härte erzielt man anscheinend durch eine Phosphorsäurebehandlung nach neun Chromsäurebehandlungen, weil die Phosphorsäurebehandlung nach elfmaliger Chromsäurebehandlung nicht so wirksam ist.

Die Tabelle XXIII zeigt Werte für einen aus kleinerer. Teilchen gepreßten Körper.

Diese Tabellen zeigen die große Rolle der Porenausbildung oder der Porengröße sowohl für die Chromsäure- als auch für die Phosphorsäurebehandlung.

Die Kristallstrukturanalyse der mit Phosphorsäure behandelten porösen Prüfkörper aus feuerfestem Oxyd ergibt gewöhnlich, daß das Ausgangsmaterial Phosphate enthält. Beispielsweise wird bei einem porösen Körper aus Aluminiumoxyd nach einer Behandlung mit Phosphorsäure und einer geeigneten Wärmebehandlung (315° C) oder höher) die Bildung von orthorhombischem Aluminiumphosphat (ASTM-Karte 11-500) festgestellt. In ähnlich behandelten Prüfkörpern aus Aluminiumoxyd wurde TiP₂O; (ASTM-Karte 3-0300) festgestellt. Mit Phosphorsäure behandelte, poröse Körper aus Berylliumoxyd zeigten kein katalogisiertes f>5 Berylliumphosphat.doch weist das Vorhandensein eines nichiidcntifi/.ierbaren Beugungsbildes stark auf die Bildung eines derartigen Phosphats hin. In allen diesen Fällen zeigte das Beugungsbild ferner, daß nach einer Vorbehandlung mit Chromsäure außer dem Cr₂O3 auch das oxydische Ausgangsmaterial vorhanden war. In keinem Fall wurde ein Chromphosphat identifiziert, wahrscheinlich, weil zur Reaktion des Chromoxyds mit dem Phosphor(lII)-oxyd eine höhere Reaktionstemperatur erforderlich ist, als bei den anderen in Frage kommenden Oxyden. Für die Kristallstrukturanalyse wurden die Prüfkörper mit Hilfe von MuHitmörsern zu einem feinen Pulver zermahlen, das mit Zement (Household Duco von Dupont) gemischt wurde. Das Gemisch wurde zwischen zwei Mikroskop-Objektträgern, die in einer besonderen Vorrichtung in einem Abstand von 0,33 mm voneinander gehalten wurden, zu dünnen Stäbchen oder Fasern ausgewalzt. Die getrockneten Stäbe wurden in Einkristall-Drehkameras von General Electric (Durchmesser 10 cm) eingesetzt Diese Kameras waren für die Untersuchung von Pulvern eingerichtet worden. Die Beugungsbilder wurden auf Hford-Industrie-Röntgenfilm G aufgenommen, wobei eine nickelgefilterte Kupferstrahlung verwendet wurde, die bei 40 kV und 22,5 mA erzeugt worden war. Die mit Hilfe einer feineingestellten Röhre vorgenommene Bestrahlung druerte 1 '/2 Stunden.

Tabelle XXI

Härte von handgestampften Prüfkörpern aus sehr feinem (Mikrometerbereich) Cr₂O,-Pulvcr mit und ohne Nachbehandlung mit Phosphorsäure

Prüfkörper	Behandlung mn	M₁PO₄	Rockwcll-lS-N-Hiirlc
	H₂C'rO_a	keine
³⁵ X-I	3x	1 χ	87,8
X-I-P	3x	keine	93,8
X-2	5x	1 χ	n. gem.
X-2-P	5x	keine	94,7
40 X-3	7x	Ix	94,5
X-3-P	7x	keine	95,9
X-4	9x	1 χ	95,8
X-4-P	9x	keine	97,0
45 X-5	11 χ	1 χ	97,1
X-5-P	11 χ		97,0
Tabelle XXII

Härte von handgestampften Prüfkörpern aus blättrigem Aluminiumoxyd (Alcoa T-61, —325 mesh) mit und ohne Nachbehandlung mit Phosphorsäure

Prüfkörper	Behandlung mit	H₁PO₄	Rockwcll-15-N-Harte
	H₂CrO₄	keine
X-Il	3x	1 χ	70,2
X-Il-P	3x	keine	90,7
X-12	5x	1 χ	85,1
X-12-P	5x	keine	91,5
X-13	7x	1 χ	90,9
X-13-P	7x	keine	94,2
X-14	9x	1 χ	91,3
X-14-P	9x	keine	95.5
X-15	Il χ	I χ	92.9
X-15-P	Il χ	93.9

Tabelle XXIIl

Härte von handgestampften Prüfkörpern aus blättrigem Aluminiumoxyd (Alcoa T-61, —325 mesh), das durch 96 Stunden langes, nasses Kugelmahlen zu Teilchen im Mikromcterbcreich zerkleinert worden war, mit und ohne Nachbehandlung mit Phosphorsäure

Prüfkörper	Behandlung mn	H₁PO₄	Rockweil-lS-N-Härlc
	H₂CrO₄	keine
X-6	3x	Ix	89,1
X-6-P	3x	keine	92,8
X-7	5x	1 χ	n. gem.
X-7-P	5x	keine	93,2
X-8	7x	1 χ	92,9
X-8-P	7x	keine	94,5
X-9	Qx	1 χ	92,8
X-9-P	9x	keine	93.9
X-K)	Π χ	1 χ	93.S
X-K)-P	11 χ	94,2

Die bisher beschriebenen Prüfkörper wurden durch Pressen hergestellt. Es hat sich aber gezeigt, daß auch andere Verformungsverfahren zu ausgezeichneten Ergebnissen führen. Zu diesen Verfahren gehören beispielsweise das Strangpressen, der Schlammguß und das Handverformen in einer Form. Man kann tatsächlich fast jedes Verfahren verwenden, bei dem das feuerfeste Oxydpulver relativ fest zusammengepreßt bleibt, bis die Behandlung mit der oxydbildenden Verbindung und die Wärmebehandlung durchgeführt 4s werden können.

Ein geeignetes Verfahren besteht darin, daß das trockene feuerfeste Oxydpulver in einen teilweise geschlossenen Raum eingebracht wird, beispielsweise in eine Bündbohrung in einem Metallblock. Auf die freiliegende Fläche wird Chromsäure aufgegeben. Wenn diese in das Pulver eingedrungen ist, kann die Form derart erhitzt werden, daß das Pulver gebunden wird. Nach einer oder zwei derartigen aus einer Imprägnierung und einer Wärmebehandlung bestehenden Zyklen kann die Form entfernt und der Teil weiterbehandelt werden, bis der mit dem verwendeten Oxyd und der vorhandenen Porenausbildung erzielbare, gewünschte Härtegrad erreicht ist.

In einem anderen Verfahren wird eine Aufschlämmung des Oxyds in Wasser in eine poröse Form aus Gips oder dergleichen eingebracht. Man kann dünne Schichten aus dem Oxyd auch dadurch bilden, daß man einfach eine Aufschlämmung in einen flachen Behälter gießt und das Wasser oder sonstige Lösungsmittel verdampfen läßt, so daß ein relativ dichtes und dichtgepacktes Oxyd zurückbleibt. In vielen derartigen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, der Aufschlämmung einen kleinen Prozentsatz Chromsäure oder Chromchlorid oder ein anderes derartiges Salz zuzusetzen, so daß das Oxydpulver beim Trocknen und Erhitzen teilweise gebunden wird. Ohne diese teilweise Bindung kann der Körper aus dem trockenen Oxydpulver bei der ersten Berührung mit Chromsäure beim ersten Eintauchen in Chromsäure zerfallen. In einem anderen Verfahren wird dem nassen Oxydpulver ein kleiner Prozentsatz hydratiertes Kaoiin zugesetzt. Wenn das Gemisch aus Oxyd, Kaolin und Wasser getrocknet und auf 538—648⁰C oder darüber erhitzt wird, bindet das Kaolin das Oxydpulver genügend, so daß ein Zerfall des Oxydkörpers bei der Imprägnierung mit Chromsäure verhindert wird.

Zum Strangpressen verwendet man normalerweise ein oder mehrere, feuchte, feuerfeste Oxyde unter Zusatz von Kaolin. In diesem Fall wirkt das Kaolin als ein Weichmacher, der das Strangpressen aus der Düse erleichtert. Außerdem dient es als ein Bindemittel, das einen Zerfall des Körpers bei der ersten Imprägnierung mit C hromsäure verhindert. (Dies wurde im vorhergehenden Absatz behandelt.) Die Chromsäure oder die Chromsalzlösung kann natürlich auch dem ursprünglich erhaltenen Gemisch aus dem feuerfesten Oxyd und dem Kaolin zugesetzt werden.

Die Tabellen XXIV und XXV geben die Härte von Körpern an. bei deren Herstellung ein anderes Verformungsverfahren angewendet worden war. Dabei wurde Aluminiumoxyd oder Chromoxyd in Pulverform mit verschiedenen Prozentsätzen Kaolin oder Bentonit vermischt.

Durch Zusatz von Wasser wurde das Gemisch auf eine plastische Konsistenz, ähnlich wie die von Modellierton, eingestellt. Prüfkörper aus diesem Material wurden in Form einer flachen Scheibe mit einem Durchmesser </on etwa 13 mm und einer Dicke von etwa 9,5 mm hergestellt; dabei wurde nur Fingerdruck angewendet. Die Teile wurden danach im Ofen getrocknet und auf 648⁰C erhitzt, so daß die Bindung zwischen dem Kaolin und dem Oxyd erfolgte. Diese Prüfkörper wurden nach Tabelle XXIV mehrmals mit Chromsäure wärmebehandelt. Dieses Verformungsverfahren ähnelt dem Strangpressen, doch wird für die Handverformung durch größeren Wasserzusatz eine viel plastischere Konsistenz eingestellt und ein sehr geringer Verformungsdruck angewendet. Wie aus der etwas geringeren Härtegeschwindigkeit hervorgeht, haben diese Prüfkörper zweifellos größere Poren als die aus denselben Materialien unter höherem Druck und mit weniger Feuchtigkeit hergestellten. Dies geht aus der etwas geringeren Härtgeschwindigkeit hervor. Die Härte nach etwas 15maliger Chromsäureimprägnierung war jedoch annähernd ebensogroß wie nach 13maliger Behandlung von auf andere Weise aus denselben Oxyden hergestellten Prüfkörpern. Aus diesen Tabellen geht hervor, daß die bei einer gegebenen Anzahl von Härtebehandlungen erzielte Härte von der Teilchengröße der beiden verwendeten Kaolinarten kaum beeinflußt wird. Bei Verwendung von zu wenig Kaolin oder von Bentonit bleibt die Härte in den meisten Fällen unter dem normalen Wert.

Die Tabelle XXV gibt die Härte der in der Tabelle XXlV angeführten, geformten Prüfkörper nach 15maliger Chromsäurebehandlung und einer einzigen nachfolgenden Phosphorsäureimprägnierung mit anschließender Wärmebehandlung auf 648°C an. Die Werte für die nicht mit Phosphorsäure behandelten Prüfkörper sind zum Vergleich angegeben.

49

Tabelle XXIV

Härtewerte von handgeformten und mehrmals mit Chromsäure imprägnierten Prüfkörpern

Prüf- Weichmacher % Rockwell-15-N-Härte nach π Imprägnierungen

3 5 7 9 Π 13

körper _n ₌

Teil A (Verwendung von AI₂O₃ [Alcoa A-5, - 325 mesh] als oxydisches Ausgangsmaterial)

P-I Kaolin, Ajax P 20 - - 87,9 88,5 92,9 93,5

P-2 Kaolin, Ajax P 15 - - 86,2 89,3 91,3 93,6

P-3 Kaolin, Ajax P 10 - - 87,7 90,5 92,1 94,1

P-4 Kaolin, Ajax P 5 - - 85,6 85,0 90,2 92,9

P-5 Kaolin, Ajax 70 20 - - 85,3 85,1 91,9 93,0

P-6 Kaolin, Ajax 70 15 - - 84,0 89,2 91,1 93,0

P-7 Kaolin, Ajax 70 10 — — 83,9 89.6 91,7 93,8

P-8 Kaolin, Ajax 70 5 — - 80,7 63,9 92,9 91,7

P-9 Bentonit 8 - 71,1 81,1 89,3 90,9

P-10 Bentonit 6 — — 73,6 88,0 89,7 92,1

P-Il Bentonit 4 — 74,0 71,2 89,7 93,8

P-12 Bentonit 2 aufgelöst — - — — -

in H₂CrO₄

P-13 Kaolin, Ajax P 15 — — 86,0 91,7 92,8 93,5

P-14 Kaolin, Ajax 70 15 — — 88,1 91,7 92,5 93,5

P-15 Bentonit 5 — 44,7 67,3 78,8 86,1 87,8

P-16 Kaolin, Ajax P 15 — 80,9 89,1 90,4 92,5 95,1

P-17 Kaolin, Ajax 70 15 — 74,7 86,4 90,0 89,9 94,0

P-18 Bentonit 5 — 80,6 84,3 91,4 93,1

P-19 Kaolin, Ajax P 15 — 79,8 86,0 89,5 90,3 92,9

P-20 Kaolin, Ajax 70 15 — — 77,4 78,0 87,2 92,8

P-21 Bentonit 5 — 65,1 74,1 81,7 90,5 90,0

Teil B (Verwendung von Alcoa T-61 [—325 mesh], 48 Stunden lang kugelgemahlen, als oxydisches Ausgangsmaterial)

P-28 Kaolin, Ajax P 15 — 82,6 84,6 88,4 91,0 93,3

P-29 Kaolin, Ajax P 5 — 78,5 77,2 88,9 93,9 94,7

P-30 Kaolin, Ajax 70 15 — 82,0 90,4 90,9 92,9 92,6

P-31 Kaolin, Ajax 70 5 — 61,0 84,9 90,0 92,8 94,4

P-32 Bentonit 6 — 65,3 71,0 87,0 89,4 92,2

P-33 Bentonit 2 — — 77,9 87,2 92,3 93,8

Teil C (Verwendung von Alcoa T-61 [- 325 mesh], 96 Stunden lang kugelgemahlen, als oxydisches Ausgangsmaterial)

P-34 Kaolin, Ajax P 15 - 73,4 85,3 86,7 92,1 93,4

P-35 Kaolin, Ajax P 5 — — — - - — —

P-36 Kaolin, Ajax 70 15 — 63,7 83,5 85,6 76,7 76,0

P-37 Kaolin, Ajax 70 5 — 77,7 79,6 85,8 93,0 93,0

P-38 Bentonit 6 — 56,3 77,7 80,3 91,6 92.5

P-39 Bentonit 2 aufgelöst — — — -■ —

in H₂CrO₄

Teil D (Verwendung von Cr₂O₃ als oxydisches Ausgangsmaterial)

P-40 Kaolin, Ajax P 15 aufgelöst — — — — —

in H₂CrO₄

P-41 Kaolin, Ajax P 5 aufgelöst — -- — —

in H₂CrO₄

P-42 Kaolin, Ajax 70 15 65,7 73,2 90,1 89,9 92,9

P-43 Kaolin. Ajax 70 5 aufgelöst —

in H₂CrO₄

51 52

ruf- Weichmacher % Rockwell-15-N-Häne nach π Imprägnierungen

η =

3 5 7 9 11

M4 Bentonit 6 aufgelöst — — — —

in H₂CrO₄
M5 Bentonit 2 aufgelöst — — — —

in H₂CrO₄

Tabelle XXV

Härtewerte der in der Tabelle XXIV angegebenen Prüfkörper nach 15maliger Chromsäureimprägnierung und mit und ohne nachfolgende Phosphorsäurebehandlung

Prüfkörper Weichmacher % Rockwell-15-N-Härte nach

15maliger Behandlung mit H₂CrO₄

mit ohne

Nachbehandlung mit H₃PO₄

Teil A (Verwendung von Al₂O₃ [Alcoa A-5, -325 mesh] material)

P-I Kaolin, Ajax P 20

P-2 Kaolin, Ajax P 15

P-3 Kaolin, Ajax P 10

P-4 Kaolin, Ajax P 5

P-5 Kaolin, Ajax 70 20

P-6 Kaolin, Ajax 70 15

P-7 Kaolin, Ajax 70 10

P-8 Kaolin, Ajax 70 5

P-9 Bentonit 8

P-IO Bentonit 6

P-Il Bentonit 4

P-13 Kaolin, Ajax P 15

P-14 Kaolin, Ajax 70 15

P-15 Bentonit 5

P-16 Kaolin, Ajax P 15

P-17 Kaolin, Ajax 70 15

P-18 Bentonit 5

P-19 Kaolin, Ajax P 15

P-20 Kaolin. Ajax 70 15

P-21 Bentonit 5

Teil B (Verwendung von Alcoa T-61 [-325 mesh], 48 Stunden lang kugelgemahlen, als oxydisches Ausgangsmaterial)

P-28 Kaolin, Ajax P 15 93,2 94,0

P-29 Kaolin, Ajax P 5 94,3 95,3

P-30 Kaolin, Ajax 70 15 95,0 94,1

P-31 Kaolin, Ajax 70 5 95,0 94,9

P-32 Bentonit 6 92,8 91,8

P-33 Bentonit 2 94,3 94,3

Teil C (Verwendung von Alcoa T-61 [-325 mesh], 96 Stunden lang kugelgemahlen, als oxydisches Ausgangsmaterial)

Ρ-3Ί Kaolin, Ajax P 15 94,6 95,5

P-35 Kaolin, Ajax P 5 n. gem. n. gem.

P-36 Kaolin, Ajax 70 15 94,6 95,3

P-37 Kaolin. Ajax 70 5 93,3 94,9

P-38 Bentonit 6 93,5 94,1

Teil D (Verwendung von Cr₂O₃ [-325 mesh] als oxydisches Ausgangsmaterial)

P-42 Kaolin, Ajax 70 15 95,2 95,5

ils oxydisches	Ausgangs-
93,3	94,6
94,5	95,4
94,4	94,2
95,3	94,3
94,3	94,8
93,5	94,6
94,5	94,3
95,4	95,4
92,8	93,5
94,7	95,3
92,6	95,2
95,5	94,3
93,7	94,0
90,4	92,5
95,4	95,2
94,9	94,9
95,2	95,6
91,9	94,6
94,5	94,7
91,9	92,3

IO ID UU J~

Das chemische Verfahren gemäß der Erfindung hat sich auch bei der Nachbehandlung von industriell hergestellten, vollständig gesinterten oder geschmolzenen Schleifkörpern als vorteilhaft erwiesen. Derartige Gegenstände können mit Hilfe des bei niedriger Temperatur durchgeführten, chemischen Binde- und Härteverfahrens gemäß der Erfindung auch vollständig hergestellt werden. Zu den auf diese Weise behandelten oder hergestellten Prüfkörpern gehören solche aus gebrochenen und stranggepreßten Schleifkörnern, Rommelspäne, Schleifscheiben, gebundene Wetzsteine und Homwerkzeuge und dergleichen.

Es hat sich gezeigt, daß eine große Anzahl von feuerfesten oxydischen M uerialien einwandfrei gebunden und gehärtet werden kann, wenn man sie mehrmals mit einer Metallverbindung, z. B. einer Salzlösung oder Metallsäurelösung imprägniert und das behandelte Material danach auf eine Temperatur erhitzt, welche die Metallverbindung in ein entsprechendes feuerfestes Oxyd verwandelt.

Für die Verwendung in diesem chemischen Binde- und Härteverfahren hat sich Chromsäure als Metallsäurelösung besonders bewährt. In diesem Fall wird die Wärmebehandlung im allgemeinen bei Temperaturen von bis zu etwa 648°C durchgeführt. Während der Wärmebehandlung wird die Chromsäure zunächst in Chromtrioxyd (CrO₃) und danach über eine Reihe von Zwischenoxyden schließlich in das stabile feuerfeste Chromoxyd (C^Os) umgewandelt.

Es hat sich gezeigt, daß das chemische Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung auch zum Überziehen von verschiedenen Arten von handelsüblichen Schleifkörnern aus Aluminiumoxyd und Siliciumcarbid geeignet ist.

Die chemische Behandlung hat dabei zwei Aufgaben. Erstens härtet sie das Schleifmittel und zweitens bildet sie einen haftfesteren Überzug, der eine haftfestere Bindung der Schleifkörner mit Hilfe eines Harzes oder eines ähnlichen organischen Bindemittels gestattet.

Das Überzugsverfahren besteht prinzipiell darin, daß die Körper mit vorzugsweise konzentrierter Chromsäure benetzt und dann in einem Ofen auf eine Temperatur von etwa 648° C wärmebehandelt werden. Dieses Verfahren kann je nach der gewünschten Härte und Art des Überzuges beliebig oft wiederholt werden.

Es ist nicht bekannt ob die dabei erzielte Härtung in erster Linie darauf zurückzuführen ist, daß die Chemikalie in die Spalten und Poren des Schleifkorns eindringt und darin gebunden wird, oder ob der Überzug auch eine Oberflächenhärtung bewirkt. Die mikroskopische Untersuchung der überzogenen Schleifmittelkörner zeigt außer einem beträchtlichen Eindringen, das von der Art des verwendeten Schleifmittels abhängig ist, auch eine einwandfreie Oberzugsbildung auf der Fläche. Es zeigt sich, daß der Überzug mindestens nach zwei oder dreimaliger Imprägnierung und Wärmebehandlung an der Zwischenfläche der Schleifmittelteilchen sehr dicht, die frei liegende Fläche dagegen etwas porös ist Diese Abstufung der Dichte des Überzuges ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß die mit Hilfe des Harzes bewirkte Bindung verbessert wird, weil sie jetzt nicht an der normalerweise glatten Fläche des unbehandeiten Schleifkorns, sondern an einer etwas porösen Fläche erfolgt

Zu den mit Erfolg behandelten Schleifkörnern

gehören zerreibbare und teilweise zerreibbare, geschmolzene oder gebrochene Aluminiumoxydkörner, z. B. Norton 57, 32 oder 38 oder die gleichwertigen Produkte von Absco (57; C-34, usw), gesintertes Aluminiumoxydgranulat, z. B. Norton oder Absco 75 oder 44, und stranggepreßte oder pelletisierte Schleifmittel, z. B. Absco 76A. Auch grüne und schwarze Siliciumkarbid-Schleifmittel wurden mit offenbar gleichem Erfolgt behandelt.

ίο Es ist zwar schwierig, durch im Labor erhaltene, quantitative Meßwerte zu zeigen, daß die Härte des Schleifmittels und die Haftfestigkeit seiner Harzbindung verbessert worden sind, doch sind diese beiden Effekte in praktischen Erprobungen nachgewiesen worden. In einer derartigen Prüfung wurden mit Hilfe von teilweise zerreibbarem Äluminiumoxyd-Schleifminel Nr. 46 und Nr. 36 harzgebundene Scheiben von 254 mm Durchmesser hergestellt. Diese 3,2 mm dicken Scheiben wurden in der Produktion zum Abgraten von Gußstücken aus einer chromreichen Legierung verwendet. Schleifscheiben aus dem chemisch behandelten Korn zeigten nicht nur einen viel kleineren Verschleiß, sondern ergaben unter einem gegebenen Druck und bei einer gegebenen Flächengeschwindigkeit auch eine um 10—20% höhere Zerspanungsleistung als entsprechende Schleifscheiben aus unbehandeiten Körnern derselben Art. Dabei war das chemisch behandelte Korn siebenmal mit konzentrierter Chromsäure imprägniert und jeweils anschließend wärmebehandelt worden. Bei der Herstellung der Schleifscheiben aus dem behandelten Schleifmittel mußte dem Harzansatz mehr Wasser zugesetzt werden, woran man erkennt, daß der Überzug aus dem Chromoxyd die Porosität des Korns erhöht.

Einige Verfahren zum Überziehen von Schleifmitteln sind in der Tabelle XXVI angegeben. In dem mit CO-I bezeichneten Verfahren werden mehrere Imprägnierungen mit konzentrierter Chromsäurelösung und wird jeweils anschließend eine Wärmebehandlung durchgeführt. Die Anzahl der Behandlungen ist von der gewünschten Härte oder Dicke des Überzuges abhängig. Die übrigen angeführten Überzugsansätze bestehen aus einer Aufschlämmung aus einem feinverteilten, feuerfesten Oxyd und/oder Kaolin. Wenn diese Aufschlämmung auf das Schleifmittelkorn aufgetragen und danach zum Austreiben der Feuchtigkeit erhitzt wird, lagert sich auf dem Schleifmittelkorn ein feinverteilter, poröser Oxydüberzug ab. Infolge dieser Grundierung wird eine verbesserte Bindung des Chromoxyds bei einer geringeren Anzahl von Chrom-Säureimprägnierungen und Wärmebehandlungen erzielt als bei einer Behandlung mit Chromsäure allein.

Aus der Tabelle XXVI geht hervor, daß in den Verfahren CO-2, CO-3 und CO-4 die für die Grundierung verwendete Aufschlämmung hydratiertes Kaolin enthält Es hat sich gezeigt daß der Zusatz eines kleinen Prozentsatzes Kaolin, in einer Menge von 5—10% der kalzinierten Oxyde, nach einer Erhitzung auf 538—648° C zu einer solchen Bindung zwischen den Oxydteilchen führt daß der Oxydüberzug bei der anschließenden Imprägnierung mit der konzentrierten Chromsäurelösung nicht zerfällt Anstelle von Kaolin können zur Bildung einer in der Wärme abbindenden Grundierung auch andere Tone verwendet werden, z. B. Kentucky-Töpferton, Bentonit und dergleichen. In der Tabelle XXiV sind die verwendeten Kaoline angegeben. Es handelt sich in diesem FaJl um Produkte des in Peachtree (Georgia, USA) befindlichen Werks der Georgia Kaolin Company.

IO

Tabelle XXVI

Behandlung von Schleifkörnern zum Erhöhen der Härte und Verbessern der Harzbindung (Wärmebehandlung bis zu 648^CC)

Verfahren Schritt

üherzugsansatz

Anzahl der
Imprägnierungsund Wärmebehandlungen

CO-I CO-2	1 1
CO-2 CO-3	2 1
CO-3 CO-4	2 1
CO-4 CO-5	2 1

H₂CrO₄ (konzentrierte Lösung) mehrere

Kaolin (Ajax P) + H₂O zu einer Aufschlämmung gemischt, die 1 χ zum überziehen von Schleifkörnern verwendet wird

H₂CrO₄ (konzentrierte Lösung) mehrere

Kalziniertes Kaolin (Glomax LL) (80%), hydratisiertes Kaolin 1 χ (Ajax P) 20% -I- H₂O zu einer Aufschlämmung gemischt, die auf die Schleifkörner aufgetragen wird

H₂CrO₄ (konzentrierte Lösung) mehrere

Fe₃O₄ (Mapico Black Pigment) 50%, hydratiertes Kaolin (Ajax P) 1 χ 50% + H₂O zu einer Aufschlämmung gemischt, die auf die Schleifkörner aufgetragen wird

H₂CrO₄ (konzentrierte Lösung) mehrere

Kalziniertes Aluminiumoxyd (Alcoa A-3, -325 mesh), 80%, Fe₃O₄ 1 χ (Pigment) 20% + verdünnte H₂CrO₄-Lösung (Konzentration ca. 10%), Aufschlämmung
H₂CrO₄ (konzentrierte Lösung) mehrere

Mit Hilfe des chemischen Binde- und Härteverfahrens gemäß der Erfindung wurden gebrochene Schleifkörner aus stranggepreßtem oder gepreßtem Gut erzeugt. Da für dieses Material eine große Härte gefordert wird, bevorzugt man normalerweise die Chrombehandlung. Dabei wird ein poröser Körper aus einem feuerfesten Oxyd mehrmals mit konzentrierter Chromsäure imprägniert und nach jeder Imprägnierung auf eine Temperatur von etwa 538—648°C erhitzt, wobei die in dem porösen Körper befindliche Chromsäure in das grüne CT2O3 umgewandelt wird.

Aus den verschiedenartigsten porösen Oxydkörpern können gebrochene Schleifmittel hergestellt werden, die üblichen geschmolzenem, körnigen Gut ähneln. Zu diesem Zweck kann man teilweise gesintertes und dann chemisch gehärtetes, feuerfestes oxydisches Gut brechen und klassieren. Man kann diese Schleifmittel auch aus gepreßten oder stranggepreßten und dann chemisch gehärteten Körpern aus feuerfesten Oxyden herstellen.

In einem anderen Verfahren wird ein relativ nasses, plastisches Oxydgemisch verwendet und diese Aufschlämmung einfach auf flache Trockenschalen fließen gelassen. In diesem Verfahren kann man mit einer sehr nassen Konsistenz arbeiten. Durch die Verdampfung des überschüssigen Wassers erzielt man eine dichter gepackte Oxyd-Grundmasse als bei Verwendung einer trockeneren Konsistenz.

Zum Herstellen des porösen Körpers aus dem feuerfesten Oxyd mit Hilfe einer Aufschlämmung oder durch Pressen haben sich drei Verfahren als besonders vorteilhaft erwiesen. In dem ersten Verfahren wird das feuerfeste Oxydpulver mit einer kleinen Menge Chromsäurelösung gemischt Die für diesen Zweck verwendete Chromsäure kann konzentriert oder verdünnt sein. Bei der Herstellung einer Aufschlämmung verwendet man normalerweise eine verdünnte Lösung, damit die Verdampfung in den Trockenschalen schnell erfolgt und zu einem möglichst dichtgepackten Oxyd

3s führt. Durch das darauffolgende Erhitzen des Gemisches aus Oxyd und Chromsäure wird das Pulver so stark gebunden, daß der poröse Körper beim Eintauchen in die Chromsäurelösung nicht zerfällt. Das zweite Verfahren besteht darin, daß dem feuerfesten Oxydpulver ein kleiner Prozentsatz, gewöhnlich 5 —30%, Kaolin, Kentucky-Töpferton, Bentonit und dergleichen zugesetzt und Wasser als Benetzungsflüssigkeit verwendet wird. Das Gemisch wird auf eine geeignete Temperatur erhitzt, die je nach der Art des verwendeten Tons gewöhnlich 538—648⁰C beträgt, und ist wie in dem vorstehend an erster Stelle angegebenen Verfahren nach dem Trocknen so stark gebunden, daß es beim anschließenden Eintauchen in die Chromsäurelösung nicht zerfällt. In dem dritten Verfahren verwendet man eine Kombination des ersten und zweiten Verfahrens.

Chemisch gehärtetes Strangpreßgut, das zu Schleifkörnern gebrochen werden kann, wird mit Hilfe des zweiten oder dritten Verfahrens hergestellt, wobei das Kaolin oder der Ton als Weichmacher wirkt. Bei den meisten der geprüften feuerfesten Oxyde zeigte es sich, daß mindestens 10% Kaolin oder Kentucky-Töpferton oder mindestens 2% Bentonit zugesetzt werden muß, damit eine zum Strangpressen genügende Plastizität vorhanden war. Es ist interessant, daß durch diesen Zusatz von Kaolin oder Ton die schließlich erzielte Härte des behandelten Materials nicht beträchtlich beeinflußt wird.

In den meisten der geprüften Schleifmittel wurde Aluminiumoxyd als feuerfestes Material verwendet Es wurden jedoch auch Schleifmittel aus Chromoxyd Zinnoxyd. Titandioxyd und anderen feuerfesten Oxyden verwendet. Derartige Schleifmittel sind für besondere Zwecke geeignet bei denen es nicht in erster Linie aul

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die Kosten ankommt. Zum Herstellen dieser Schleifmittel wurden die Oxyde in feinpulveriger Form verwendet, normalerweise mit —325 mesh oder feiner. Als Aluminiumoxyde wurden bei der Herstellung von Schleifmittel kalziniertes, blättriges und geschmolzenes Material mit 99 + % AI2O3 mit Erfolg verwendet. Außerdem hat es sich gezeigt, daß eine große Härte nicht unbedingt eine hohe Reinheit bedingt. Als sehr befriedigend hat sich ein geschmolzener Bauxit von —325 mesh erwiesen, der in der Industrie als DCF bekannt ist.

In der Tabelle XXVII sind einige teilgesinterte, poröse feuerfeste Körper angegeben, die durch chemisches Härten, Brechen und Klassieren zu einem geeigneten, körnigen Schleifmittel verarbeitet werden können.

In der Tabelle XXVlII sind Zusammensetzungen von chemisch gehärtetem und gebrochenem Strangpreßgut angegeben. Die Tabelle XXIX betrifft gepreßtes und chemisch gehärtetes Gut. Die Tabelle XXX zeigt einige Oxydgemische, die unter Anwendung einer Aufschlämmung verarbeitet werden. Die in diesen Tabellen angegebenen Härtewerte wurden gemessen, ehe die Körper zu Körnern gebrochen v/urden.

Das chemische Härteverfahren kann auch zum Herstellen von stranggepreßten Schleifmitteln verwendet werden, die industriell anwendbar sind. Dieses Material wird gewöhnlich in Form von stranggepreßten Pellets hergestellt, die einen kleinen Durchmesser haben und bei denen das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser etwa 1 :3 beträgt. Derzeit werden für die Schleifscheibenherstellung stranggepreßte Schleif

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körner mit einem Durchmesser von 0,8—4,8 mm hergestellt.

Bei Verwendung des chemischen Härteverfahrens erfolgt das Strangpressen, indem ein relativ plastisches 5 Oxydgemisch, das die Konsistenz von Modellierton hat, durch eine geeignete Düse gepreßt wird. Damit das Material gut durch die Düse treten kann, muß dem feuerfesten Oxyd ein geeigneter Weichmacher, z. b. Kaolin, zugesetzt werden. In diesem Fall bewirkt der Weichmacher nach der ersten Wärmebehandlung eine solche Bindung des oxydischen Materials, daß das Gut beim späteren Imprägnieren mit Chromsäure nicht zerfällt. Man kann dem Gemisch natürlich schon vor dem Strangpressen Chromsäure zusetzen.

In der Tabelle XXI sind eine Anzahl von Zusammensetzungen angegeben, die stranggepreßt und mit einer minimalen Anzahl von Imprägnierungen und Wärmebehandlungen gehärtet werden können. Es sind ferner die Härtewerte für die aus diesen stranggepreßten Zusammensetzungen hergestellten Körner angegeben. Vergleichsweise sei festgestellt, daß mehrere handelsübliche, körnige Produkte aus stranggepreßtem und gesintertem Gut eine Rockwell-15-N-Härte von etwa 93 haben.

Ein anderes Schleifmittel, das als Rommelkorn bezeichnet wird, wurde ebenfalls aus gepreßten und chemisch gehärteten, feuerfesten Pulvern hergestellt. Diese zum Rommein dienenden Schleifmittel sind gewöhnlich kleine Scheiben mit einem Durchmesser von 9,5—13 mm und einer Dicke vnn 32—64 mm.

äbcüc XXVII

Gebrochene, körnige Schleifmittel aus teilgesintertem und chemisch gehärtetem Material (Imprägnierung mit 100% H₂CrO₄, Wärmebehandlung bei 648'C)

Γ eilgesintertes, poröses, feuerfestes Mtteral

AKOj-Gehalt

Sintertemperatur

Rockwell-A-Härte nach 11 Imprägnierungen

7 g

13

Coors AP-94-11, stranggepreßt

926'C

Coors AP-99-11, stranggepreßt

926° C

Coors AP-99-L 3, stranggepreßt

141(TC

Coors AP-99C-L1, gegossen

145O⁰C

AlSiMag Nr. 614, gepreßt
96%

> 1093⁰C

AlSiMag Nr. 748, gepreßt
99,8%

> 1093-C

Die Härtemessungen wurden vor dem Brechen vorgenommen.

A-82,4	A-84,9	A-85,4	A-84,8	A-86,3
A-73,5	A-83,0	A-84,9	A-85,8	A-86,0
A-77,5	A-84,3	A-84,6	A-85,6	A-86,6
A-81,8	A-84,6	A-87,3	A-88,0	A-87,1
A-75,5	A-83,4	A-84,7	A-85,3	A-84,2
A-86,9	A-90,7	A-90,7	A-90,8

59

Tabelle XXVIll

Gebrochenes, körniges Schleifmittel aus stranggepreßtem und chemisch gehärtetem, feuerfestem oxydisc Material (Imprägnierung mit 100% H₂CrO₄, Wärmebehandlung bei 648°C)

Prüfgut Nr.

Oxydgeniisch ((icvichlstcilc)

Anfeuchlunysmiuel

Rockwell-lS-N-Hürlc nach π Imprägnierungen

η =

7 9 11

27 B - - 92,5 93,3

DCF-Schleifmittel (75,0) Fe₃O₄ (Pigment) (19,0) Kaolin (Ajax P) (14,0)

13 B _ — 92,4 93,9

DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (3,75) Kaolin (Ajax 70) (6,33)

16A — — - —

DCF-Schleifmittel (25,00) Kaolin (Ajax P) (5,50) 10% H₂CrO₄

Die Härtemessungen wurden vor dem Brechen vorgenommen.

Tabelle XXIX

Gebrochenes, körniges Schleifmittel aus gepreßtem und chemisch gehärtetem, feuerfestem oxydischem Ma (Anfeuchtung und Imprägnierung mit 100% H₂CrO₄, Wärmebehandlung bei 648°C)

Prüfgut Nr.	Rückwell-15-N-Härte nach	7	η Imprägnierungen	11	13
Oxydgut (Gewichlsteile)	η = 5	92,6	9	--	93,8
167 DCF-Schleifmittel (100)	87,2	90,7	93,4	93,0	94,1
228 DCF-Schleifmittel (122,0), Kaolin (Ajax P) (7,5)	—	92,7

Aluminiumoxyd (Alcoa A-5, -325 mesh) (100)

Kaolin (Glomax JD) (100)

Kaolin (Glomax LL) (100)

Cr₂O₃ (-325 mesh) (52,1), Kaolin (Glomax HE) (8,7)

Cr₂O₃ (-325 mesh) (52,1) Fe₃O₄ (Pigment) (12,5)

79,2

82,6

89,1

94,1

94,8

89,1

89,5

94,0

94,4

95,7

90,6	92,8	94,2	94,1
90,4	92,3	93,5	94,:
93,0	95,5	96,4	96,:

Die Härtemessungen wurden vor dem Brechen vorgenommen.

V

61

Tabelle XXX

Gebrochene, körnige Schleifmittel, die aus einer nassen Aufschlämmung von feuerfesten Oxydpulvern hergestellt worden sind (Imprägnierung mit 100% H₂CrO₄, Wärmebehandlung bei 648C)

PriHgut Nr. Rockwell-15-N-Hürte nach η Imprägnierungen

Oxydgemisch (Gewichtsteile) π =

Anfeuchtungsmittel 4 6 8 IO 1-

Al₂O₃ (Alcoa A-3, -325 mesh) (10,0), Kaolin (Ajax P) (2,0) H₂O (8,6)

DCF-Schleifmittel (40,0) Kaolin (Ajax P) (9,6) Fe₃O₄ (Pigment) (8,0)

DCF-Schleifmittel (20,0) Kaolin (Glomax LL) (10,0) Kaolin (Ajax P) (6,0)

DCF-Schleifmittel (38,0) Fe₃O₄ (Pigment) 10% H₂CrO₄ (13,3)

Kieselsäure (38,1) Fe₃O₄ (25,0)

Kaolin (Ajax P) (7,5) 10% H₂CrO₄

Die Härtemessungen wurden vor dem Brechen vorgenommen.

Tabelle XXXI

Stranggepreßtes, körniges Material aus chemisch gehärtetem, feuerfestem Oxydgut (Körner mit 1,6 mm Durchmesser und etwa 4,8 mm Länge) (Anfeuchtung mit Wasser, Imprägnierung mit 100% H₂CrO₄, Wärmebehandlung bei 648X)

Prüfgut Nr. Rockwcll-15-N-Härle nach η Imprägnierungen

Oxydgemisch (Gewichtsteile) η =

4 6 X 10

IB 89,6 89,6 91,7 92,6 η. gem.

DCF-Schleifmittel (25.0) Kaolin (Ajax P) (5,5)

2 B 82,3 87,2 91,1 91,5 n. gem.

DCF-Schleifmittel (25,0) Kaolin (Ajax P) (7,0)

4 B 79,0 88,1 90,4 91,0 n.gem.

DCF-Schleifmittel (25,0) Kaolin (Ajax 70) (7,0)

8 B 71,7 82,9 87,6 87,4 n.gem.

DCF-Schleifmittel (25,0) Bentonit (2.0)

1OB 78,9 87,8 91,8 92,7 n.gem.

DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (1,25) Kaolin (Ajax P) (5.78)

63 ^Vl

Fortsetzung

Prüfgut Nr. Rockwell-lS-N-Hartc nach η Imprägnierungen

Oxydgemisch (Gewichtsleile) π =

4 6 8 10 Il

HB 83,1 89,7 92,2 93,5 η. gem.

DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (3,75) Kaolin (Ajax P)

12 B 85,9 89,6 91,9 93,2 n._bem. DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (1,25) Kaolin (Ajax 70) (5.78)

13 B 81,3 88,3 93,5 92,5 93,9 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (3.75) Kaolin (Ajax 70) (6.33)

21 B 79.0 88,7 90,5 93,2 93.5

DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (0,75) Kaolin (Ajax P) (3,86)

23 B 82,8 89,2 92,8 92,6 93,5 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (3,75) Kaolin (Ajax P) (4,30)

24 B 82,1 88,6 90,3 92,6 92,7 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (6,25) Kaolin (Ajax P) (6,88)

25 B 82,2 87,5 91,9 93,1 92,9 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe^O₄ (Pigment) (2,50) Kaolin (Ajax P) (4.13)

26 B 79,6 88,5 90.7 92,8 93,4 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (5,00) Kaolin (Ajax P) (4.50)

27 B 81,3 88,0 91,3 94,0 93,3 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (6,25) Kaolin (Ajax P) (4,69)

28 B 79,6 90,6 90,4 92,8 93,5 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (6,25) Kaolin (Ajax 70) (6,88)

29 B 80.3 89.2 91,8 91,5 92,9 DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (0,75) Kaolin (Ajax 70) (3,86)

31 B 83,2 86,9 91,1 91,4 91,5

DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (3,75) Kaolin (Ajax 70) (4,30)

33 B 79,1 87,4 93,3 93,0 92,7

DCF-Schleifmittel (25,00) Fe₃O₄ (Pigment) (6,25) Kaolin (Ajax 70) (4,69)

Das aus einer chemischen Imprägnierung und einer ds Schleifscheiben sind härter und haben einen beträchtlich

Wärmebehandlung bestehende Verfahren gemäß der kleineren Verschleiß.

Erfindung kann auch auf die meisten verglasten Die verwendete Behandlung besteht gewöhnlich aus

Schleifscheiben angewendet werden. Die behandelten einer mehrmaligen Imprägnierung mit Chromsäure.

Nach jeder Imprägnierung wird die Schleifscheibe bei einer Temperatur von 538—648° C wärmebehandelt. Bei längerer Dauer der Wärmebehandlung kann diese auch bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden. Es können auch höhere Temperaturen angewendet werden; sie sind aber für die gewünschte Umwandlung in das Chromoxyd (C^Oi) nicht erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner auf das Härten von teilgesinterten Schleifscheiben angewendet ι ο werden. Dabei wird die nur angesinterte Scheibe chemisch gehärtet. In diesem Fall braucht die Brenntemperatur nur so hoch zu sein, daß die Schleifmittelkörner gerade so weit gebunden werden, daß sie während der chemischen Behandlung manipuliert werden können. Die erforderliche Ansintertemperatur ist natürlich von der Art des Bindemittels abhängig, das von dem Erzeuger verwendet wird. Mindestens zwei Arten von Schleifscheiben konnten ohne Manipulationsschwierigkeiten chemisch behandelt werden, nachdem sie bei 981 —1093°C angesintert worden waren. Auf diese Weise behandelte, angesinterte Schleifscheiben erwiesen sich in Laborversuchen in ihrer Funktion als mit vollgesinterten Schleifscheiben mindestens vergleichbar. Es hat sich aber gezeigt, daß auch das Ansintern nicht erforderlich ist, weil es genügt, wenn der Körper vollständig gebunden ist.

Zur chemischen Behandlung von Schleifscheiben oder dergleichen aus gebundenem körnigem Schleifmaterial geht man wie folgt vor: Das körnige Schleifmittel wird mit Chromsäure angefeuchtet und in einer geeigneten Form gepreßt, bei etwa 648° C wärmebehandelt, abgekühlt, und danach so oft mit Chromsäure imprägniert und jeweils anscheinend wärmebehandelt, daß die gewünschte Haftfestigkeit zwischen den Schleifmittelteilchen erzielt wird.

Durch die Behandlung mit der Chromsäure wird auf den Schleifmittelkörnern ein Überzug aus dem bei der Wärmebehandlung erzeugten Chromoxyd (Cr₂O₃) gebildet. Ferner wird an allen Stellen, an denen sich die Schleifmittelkörper berühren oder fast berühren, zwischen ihnen eine sehr feste Bindung oder Brücke gebildet. Auf dieser Bildung von sehr festen Bindungen in kleinen Spalten und Zwischenräumen zwischen feuerfesten Oxydteilchen beruht das chemische Binde- und Härteverfahren gemäß der Erfindung.

Nach dem bei niedriger Temperatur durchgeführten, chemischen Bindeverfahren hergestellte Schleifscheiben haben anscheinend bessere Schneideigenschaften als die nach dem üblichen, bei hoher Temperatur durchgeführten Sinterverfahren hergestellten. Die besseren Schneideigenschaften der chemisch gebundenen Schleifscheiben dürften darauf zurückzuführen sein, daß keine glasige Grundmasse und angeschmolzeneKanten der Schleifmittelkörner vorhanden sind. Man erkennt dies deutlich aus der Fig. 11, in der Bruchstücke von zwei Schleifscheiben dargestellt sind. Die linke Schleifscheibe wurde nach dem erfindungügemäßen Verfahren gehärtet. Die rechte, helle Scheibe ist eine handelsübliche, gesinterte Scheibe. Beide Schleifscheiben sind aus zerreibbarem, körnigem Aluminiumoxyd-Schleifmittel Nr. 46 hergestellt und haben eine Dicke von 9,5 mm. Die Schleifmittelkörner in der dunkleren Schleifscheibe wurden überzogen und gehärtet und dann gebunden, wobei Chromoxyd als Behandlungslösung verwendet fts wurde (Prüfkörper 45 in der Tabelle XXXIII). In der handelsüblichen, gesinterten Schleifscheibe erkennt man deutlich die glasige Grundmasse und die angeschmolzenen Ränder der Körner. Es wird ferner angenommen, daß das Schleifkorn durch das erfindungsgemäße Verfahren eine größere Härte erhält, wahrscheinlich infolge des Überzuges aus Chromoxyd und/oder Bindungen in den Rissen, Poren und dergleichen der Körner Derartige Bindungen treten in harzgebundenen Schleifscheiben aus erfindungsgemäß behandelten Schleifmittelkörnern auf.

Man kann Schleifmittel durch mehrere Behandlungen mit Chromsäure allein herstellen, doch ist ein zweckmäßigeres Verfahren entwickelt worden. In diesem Verfahren wird dem Schleifmittelkorn ein kleiner Prozentsatz Kaolin, Töpferton, feinverteiltes Aluminiumoxyd oder anderes pulverförmiges feuerfestes Oxydgut beigemischt. Das körnige Gut und das feinpulverige Oxyd wird dann mit Wasser oder einer Chromsäurelösung angefeuchtet, bis ein feuchtes, plastisches Gemisch erhalten worden ist, das in einer Form gepreßt werden kann. Wenn Wasser als Anfeuchtungsmittel verwendet wird, so)) das Bindemittel aus einem hydratierten Material, z. B. Kaolin oder Töpferton, bestehen, damit das Gemisch so plastisch ist. daß «?s im noch feuchten Zustand leicht aus der Form herausgenommen werden kann und nach der ersten Wärmebehandlung bei 538-648⁰C eine so feste Bindung erzielt wird, daß die Körner bei den folgenden Imprägnierungen mit Chromsäure zusammenhaften. In den meisten Fällen verwendet man als Anfeuchtungsmittel Chromsäure anstelle von Wasser allein. Die Chromsäure führt auch bei einer nur geringen Bindemittelmenge bei der ersten Wärmebehandlung zu einer völlig ausreichenden Bindung. Wenn Chromsäure als Anfeuchtungsmittel verwendet wird, ist natürlich kein hydratierter Ton notwendig, sondern können die verschiedenartigen anderen Bindemittel aus feinpulverigen, feuerfesten Oxyden verwendet werden.

Die Schleifscheibe wird normalerweise unmittelbar nach dem Pressen aus der Form entfernt. Man kann sie aber auch in der Form belassen und zu einem späteren Zeitpunkt während der Wärmebehandlung herausnehmen Beispielsweise hat es sich in manchen Fällen als sehr zweckmäßig erwiesen, die Schleifscheibe nach einer Erhitzung auf etwa 177⁰C aus der Form herauszunehmen. .Bei dieser Temperatur ist die Schleifscheibe völlig trocken und steif, besonders wenn Chromsäure als Anfeuchtungsmittel verwendet wird, und besteht nur eine geringe Gefahr, daß die Schleifscheibe beim Herausnehmen aus der Form verformt wird oder bricht. Nach dem Herausnehmen der Schleifscheibe aus der Form wird die Wärmebehandlung fortgesetzt und die Schleifscheibe auf die erforderliche Temperatur von 538—648°C erhitzt, so daß das Bindemittel genügend abgebunden ist, ehe die chemische Imprägnierung und Wärmebehandlung wiederholt wird. Zum Pressen des Kornguts oder Korngemisches in der Form kann man von Hand oder motorisch stampfen oder übliche hydraulische oder mechanische Hochdruck-Preßverfahren anwenden. Die Wärmebehandlung kann in üblichen elektrischen oder Gasofen erfolgen. Man kann auch andere Erhitzungsverfahren anwenden, beispielsweise Hochfrequenzoder Induktionsheizung, wenn man einen geeigneten Verlauf der Eingangsleistung ermittelt hat

Mit Hilfe des chemischen Binde- und Härteverfahrens wurde eine große Anzahl von Schleifscheiben hergestellt, und zwar in Form von aufgespannten und nicht aufgespannten Schleifscheiben und mit Durchmessern von 13—178 mm. Dies war die größte Größe, die in den

cur Verfügung stehenden Öfen noch bequem wärmebenandelt werden konnte. Es wurden körnige Schleifmittel mit Körnungen von 600 bis 8 verwendet. Nach dem erfindungsgemä3en Verfahren wurden Schleifscheiben aus zerreibbareni und teilweise zerre^;bbarem Aluminiumoxyd und aus schwarzem und erünem Siliciumkarbid hergestellt Die Imprägnierung und Wärmebehandlung hat sich bei Schleifscheiben in einer Dicke von 13 mm und mit einem Durchmesser von bis zu mindestens 178 mm bewährt Kleinere Schleifscheiben konnten ^;n einer kürzeren Zeit behandelt werden. Man nimmt an, daß die Behandlung von sehr massiven Schleifscheiben etwas länger dauert.

In der Tabelle XXXII ist eine Anzahl von Schleifmittelzusammensetzungen angegeben, die mit ausgezeichneten Ergebnissen zu chemisch gebundenen Schleifscheiben verarbeitet werden konnten. Diese Schleifscheiben hatten Durchmesser von 13 mm bis 178 mm und eine Dicke von 3,2 mm bis 13 mm. Die Imprägnierungs- und Wärmebehandlungen wurden gemäß der Tabelle VIl durchgeführt.

Für den Fachmann auf dem Gebiet der Schleifscheibenherstellung ist es verständlich, daß die Zusammensetzung der Schleifscheibe sehr stark von dem zu schleifenden Material und der gewünschten Qualität der Schleifscheibe abhängig ist. Beispielsweise wird die Härte der Schleifscheibe von der Chromsäurekonzentration, der Anzahl der Säureimprägnierungen und Wärmebehandlungen, der Art und Menge des verwendeten Bindemittels, dem Verformungsdruck, der Art und Größe des Schleifkorns usw. beeinflußt. Ferner icönnen auch die Wärmebehandlungstemperatur, die Verwendung von Verstärkungsmaterialien und der Zusatz von ausbrennenden Füllstoffen (zum Vergrößern des freien Spänedurchlasses) einen Einfluß haben.

In den Tabellen XXXIII, XXXIV, XXXV, XXXVI, XXXVII und XXXVlII sind die Ergebnisse der Erprobung von mehreren Schleifscheiben angegeben, die einen Durchmesser von 76 mm, eine Dicke von 9,5 mm und ein zentrales Loch von 9,5 mm Durchmesser hatten. In diesen Erprobungen wurden die Schnittgeschwindigkeit und die Verschleißgeschwindigkeit von Schleifscheiben verschiedener Zusammensetzungen beim Schneiden von gehärtetem Stahl ermittelt. Bei allen Schleif ν ersuchen wurde die Schleifscheibe in einer DuMore-Schleifmaschine eingespannt und mit einer konstanten Drehzahl von 6000 U/min atigetrieben. Das zu schleifende Werkstück bestand aus einem gehärteten Spiralbohrer-Rohling mit einem Durchmesser von 7,9 mm und einer Länge von etwa 19,1mm. Die Rockwell-C-Härte des Stahls wurde mit 65 gemessen. Der Spiralbohrer-Rohling wurde in einer besonderen, schwenkbaren Vorrichtung eingespannt, mit deren Hilfe der Rohling während des Versuchs mit einer konstanten Kraft gegen die Schleifscheibe gehalten wurde. Die Kraft, mit welcher das Werkstück gegen die Schleifscheibe gedrückt wurde, betrug 907 g und wurde mit Hilfe eines Gewichtes eingestellt, das auf dem schwenkbaren Hebelarm der Einspannvorrichtung beweglich war. In diesen Versuchen stand die ganze Schneidkante der Schleifscheibe mit dem Rohling über dessen Länge in Berührung und wurde die Schleifscheibe zum Einstechschleifen verwendet.

In der Tabelle XXXIU sind die Ergebnisse von zwei Minuten dauernden Versuchen angegeben, die mit Schleiischeiben aus zerreibbarem Aluminiumoxyd-Schleifmittel, Körnung 46, beim Einstechschleifen der gehärteten Spiralbohrerrohlinge in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt wurden. In der Tabelle XXXIV sind die Schneideigenschaften und der Verschleiß von Schleifscheiben angegeben, die 2 Minuten lang in derselben Weise verwendet wurden, aber aus teilweise zerreibbarem, körnigem Aluminiumoxyd, Körnung 46, hergestellt worden waren. In den Tabellen XXXV und XXXVI sind die Ergebnisse von ähnlichen Einstechschleifversuchen angegeben, in denen Schleifscheiben aus zerreibbaren bzw. teilweise

ίο zerreibbaren Aluminiumoxydkörnern, Körnung 60, verwendet wurden.

In den Tabellen XXXVII und XXXVIII sind ferner die Schneideigenschaften und der Verschluß angegeben, die bei 2 Minuten dauernden Einstechschleifversuchen an gehärteten Spiralbohrer-Rohlingen mit Schleifscheiben aus schwarzem bzw. grünem Siliciumkarbid, Körnung 46, durchgeführt wurden.

Die Tabelle XXXIX zeigt zum Vergleich die Schneideigenschaften und den Verschleiß von drei verschieden harten, industriell hergestellten, gesinterten Schleifscheiben von hoher Qualität, die nach dem üblichen Verfahren bei hoher Temperatur gesintert worden waren und aus zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 46, bestanden. In diesem Versuch wurden wie in den vorherigen, mit chemisch gebundenen Scheiben durchgeführten Versuchen, gehärtete Spiralbohrer-Rohlinge durch Einstechschleifen bearbeitet. Die Härtewerte sind in den Tabellen in der in der Industrie üblichen Weise mit A (sehr weich), M (mittel) und Z (sehr hart) angegeben. Es ist zwar schwer, die Schneideigenschaften und den Verschleiß zu vergleichen, doch hat es den Anschein, daß nach dem chemischen Bindeverfahren hergestellte Schleifscheiben Vorzüge gegenüber den Schleifscheiben haben, die in der üblichen Weise bei hoher Temperatur gesintert worden sind.

Es wurden weitere Versuche mit chemisch gebundenen und bei verschiedenen Temperaturen wärmebehandelten Schleifscheiben durchgeführt. Im allgemeinen zeigen Schleifscheiben, die bei 538° C, 648° C und 760° C wärmebehandelt worden sind, nur geringe Unterschiede in den Schneideigenschaften. Bei 538° C dauert die Erzielung einer gegebenen Härte etwas länger als bei 760° C.

Einige der vorstehend angegebenen Schleifscheiben wurden auch zum Schleifen einer Wolframkarbidlegierung mit einer Rockwell-15-N-Härte von 95,9 verwendet. Die beim Einstechschleifen dieses Materials nach dem vorstehend für die gehärteten Spiralbohrer-Rohlin-

so ge angegebenen Verfahren erzielten Schneid- und Verschleißeigenschaften sind in der Tabelle XL angegeben. Es hat sich gezeigt, daß bei einem derartigen Schleifversuch der Wolframkarbidstab überhitzt wird. Das Schleifverfahren wurde daher insofern abgeändert, als mit Quervorschub gearbeitet wurde, so daß der größte Teil der Arbeit von einer Kante der Schleifscheibe geleistet wird. In diesem Fall wurde keine konstante Belastung angewendet, sondern das Werkstück aus Wolframkarbid ortsfest gehalten und die Schleifscheibe quer vorgeschoben, wobei mit jedem Stich dei Schleifscheibe ein Span von 0,025 mm abgenommer wurde. Die in der Tabelle XLl angegebenen Ergebnisse zeigen, daß der Verschleiß der Schleifscheibe vie kleiner ist als beim Einstechschleifen nach der Tabellt XL.

Alle vorstehend angegebenen Schleifversuche wur den trocken durchgeführt. In weiteren Versucher wurden lösliches öl und Wasser als Schneidmediun

18

verwendet. Bei Versuchen von kurzer Dauer ergaben sich nur geringe Unterschiede in den Schneid- und Verschleißeigenschaften. Bei länger dauerndem Schleifen verhindert das Kühlmittel jedoch eine Überhitzung des Werkstückes.

Es wurde vorstehend darauf hingewiesen, daß ausbrennende Füllstoffe verwendet werden können. Derartige Schleifscheiben sind in den Tabellen XXXlI und XXXlII mit A-34 bzw. 63 bezeichnet. Das ausbrennbare Material bestand aus dem von der Monsanto Chemical Co. erzeugten Lytron 810, das ähnlich wie Polystyrol und dergleichen bei einer Temperatur von etwa 315—426⁰C im wesentlichen rückstandsfrei sublimiert. Ein derartiges Material kann zweckmäßig sein, wenn für besondere Schleifarbeiten der freie Spänedurchlaß vergrößert werden soll.

Die Güte einer Schleifscheibe ist entscheidend von der Haftfestigkeit abhängig. Diese Eigenschaft wird gewöhnlich durch den Bruchmodul angegeben. Da in der Industrie anscheinend keine allgemein anerkannten Richtwerte vorhanden sind, wurde mit Prüfstäben von 19,1 χ 9,5 χ 152,4 mm Vergleichsversuche durchgeführt. In der Tabelle XLIl sind die Werte für den Bruchmodul von mehreren chemisch gebundenen Prüfstäben und in der Tabelle XLIlI die Werte für industriell hergestellte, bei hohen Temperaturen gesinterte Stäbe angegeben, welche dieselben Abmessungen und dieselbe Kornzusammensetzung haben. Die Härte dieser Stäbe wurde mit Hilfe der vorstehend erläuterten A-Z-Skala angegeben, die in der Industrie üblich ist. Es ist zwar sehr schwierig, Vergleiche auf einer absoluten Basis anzustellen, doch geht aus den Versuchsergebnissen

anscheinend hervor, daß die Festigkeit der chemisch gebundenen Schleifscheiben mit der von üblichen, gesinterten Schleifscheiben mindestens vergleichbar ist, wenn auch die Härtewerte, die Kornzusammensetzung und die Verformungsdrücke vergleichbar sind.

Da in dem erfindungsgemäßen Bindeverfahren mit niedrigen Temperaturen gearbeitet wird, können in die Schleifscheiben Zusatzstoffe eingebracht werden, die den beim Herstellen von gesinterten Schleifscheiben angewendeten, hohen Temperaturen normalerweise nicht gewachsen sind. Zu diesen Zusatzstoffen gehören Glasfasern, Diamanten und dergleichen. Der Schleifscheibenzusammensetzung können Glasfasern vor dem Pressen zugesetzt werden. Feinverteilte Diamanten mit einer Korngröße von etwa 100 mesh können mit feinverteilten Siliciumkarbidteilchen und einem Bindemittel zu einer Paste gemischt werden. Diese Paste kann als Überzug auf die Schnittfläche einer Schleifscheibe aus Siliciumkarbid oder Aluminiumoxyd aufgetragen werden. Die Schicht aus Diamanten und Siliciumkarbid wird dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehärtet und gebunden. Durch wiederholte Imprägnierung mit beispielsweise Chromsäure und Wärmebehandlung bei etwa 538°C erzeugt man eine fest gebundene und gehärtete Schicht aus in Siliciumkarbidteilchen eingebettete Diamanten. Durch eine Nachbehandlung mit Phosphorsäure, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei etwa 538°C, wird der Bruchmodul der Scheibe erhöht. Die bei der Wärmebehandlung angewendete Temperatur darf nicht so hoch sein, daß die Zusatzstoffe zerstört werden.

Tabelle XXXII

Zusammensetzung von chemisch gebundenen Schleifscheiben (Anfeuchtungsmittel und Irr.prägnierlösung: 100% H₂CrO₄)

Prüfkörper

Bindemittel

Gehalt Anzahl der Härte der

% Wärme- Schleifscheibe

Behandlungen

Teil A (Scheibengröße 13 χ 10 χ 3 mm, Verwendung von schwarzem Siliciumkarbid, Körnung 220, als Schleifmittel. Wärmebehandlung bei 704"⁵C).

A-2	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	47,5	2	mittel
	96 Stunden kugelgemahlen
A-3	desgl.	31	3	mittel
A-4	desgl.	23	4	mittel
A-34	desgl.	12,6	4	mittel
	zusätzlich: Lytron 810 als ausbrennbarer Füllstoff
EE	Kaolin (Ajax P)	22,4	2	mittel
FF	Kaolin (Ajax P)	12,6	3	mittelweich

Teil B (Scheibengröße 13x5 χ 3mm, Verwendung von schwarzem Siliciumkarbid, Körnung 80, als Schleifmittel, Wärmebehandlung bei 704 C)

K	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,
	96 Stunden kugelgemahlen
J	desgl.
I	desgl.
II	Amaco-Cirauton X-11

48,5	1	mittelhart
32	2	mittel
24	2	mittel
43	3	mittel

71

1 ö 1 D 0OD

Prüfkörper

Bindemittel

Gehalt

72

Anzahl der Härte der

Wärme- Schleifscheibe

behandhinuen

Teil C (Scheibenr.röße 13 χ 5 χ 3 mm, Verwendung von teilweise zerreibharem Aluminiumoxyd, Körnung 36, als Schleifmittel, Wärmebehandlung bei 704 C)

O	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	26,3	1	mittel
	96 Stunden kugelgemahlen
W	desgl.	19,2	2	mittel
A-6	desgl.	15,1	3	mittel
N	ohne	--	2	mittelweich
A-32	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	25,8	2	mittel
	24 Stunden kugelgemahlen
A-33	Aluminiumoxyd Alcoa T-61 (- 325 mesh)	26,7	3	mittel
A-15	Kaolin	10,2	3	mittel
A-13	Amaco-Grauton X-11	36,3	3	mittel
A-14	Amaco-Grauton X-11	27,5	3	mittelweich
A-8	Aluminiumoxyd, teilweise zerreibbar,	33,3	2	mittel
	Körnung 36, 24 Stunden kugelgemahlen
A-7	desgl.	25	3	mittel

Teil D

A-26 A-22

(Scheibengröße 13 χ 5 χ 3 mm, Verwendung von teilweise zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 46. als Schleifmittel, Wärmebehandlung bei 704 C)

Kentucky-Töpferton ohne

mittel mittel

Teil E (Scheibengröße 38 χ 6 χ 6 mm. Verwendung von teilweise zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 36, als Schleifmittel, Wärmebehandlung bei 648°C)

E-I	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	96 Stunden	26,3	2	mittel
	kugelgemahlen
E-3	Kaolin (Ajax P)		10,2	3	mittel
E-2	Aluminiumoxyd Alcoa T-61.	96 Stunden	26,3	3	mittel
	kugelgemahlen

Teil F (Scheibengröße 38 χ 6 χ 6 mm, Verwendung von teilweise zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 46, als Schleifmittel, Wärmebehandlung bei 648° C)

E-4	Aluminiumoxyd Alcoa T-61, 96 Stunden	27,5	2	mittel
	kugelgemahlen
E-5	desgl.	27,5	3	mittel
E-6	Kaolin (Ajax P)	10,8	3	mittel

Teil G (Scheibengröße 38 χ 6 χ 6 mm. Verwendung von teilweise zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 60 als Schleifmittel, Wärmebehandlung bei 648 C)

E-7	Alummiumoxyd Alcoa T-61,	96 Stunden	29,1	3	mittel
	kugelgemahlen
E-8	Kaolin (Ajax P)		11,6	3	mittel

Teil H

E-9 M-IO

(Schefbengröße 38 χ 6 χ 6 mm, Verwendung von schwarzem Siliciumkarbid, Körnung 60, als Schleif mittel, Wärmebehandlung bei 648' C)

Aluminiumoxyd Alcoa T-61. 96 Stunden gemahlen 1Z7 3

Kaolin 1Z7 3

mittel mittel

709508/11

73

Foitsel/utm

Prüfkörper Bindemittel

Ciehall

74

Anzahl der Härte der

Wärme- Schleifscheibe

hehaiidlunucn

Teil I

86°)

87")

88")

89')

(Scheibengröße 178 χ 13 χ 32 mm, Verwendung von zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 46, als Schleifmittel, Wärmebehandlung bei 648 C)

Kaolin (Ajax P) Kaolin (Ajax P) Kaolin (Ajax P) Kaolin (Ajax P) Kaolin (Ajax P) Kaolin (Ajax P)

9	2	mittelweich
9	3	mittel
9	3	mittel
9	4	mittel
6	3	mittelweich
10	4	mittel

"I Anfeuchtungsmittel 10% H₂CrO₄.

^hi Anfeuchtungsmiltel und Imprägnierlösuni; 50% H₂CrO₄.

¹I Anfeuchtungsmiltel und Imprägnicrlösung 25% H₂CrO₄.

Tabelle XXXIII

Schleifversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben aus zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 46, Einstechschleifen, 2 Minuten.

Versuchsbedingungen: Schleifscheibendurchmesser ca. 64 mm,

Schleifscheibendicke 9,5 mm, Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min. Rockwell C-Härte des Werkstücks 65, Werkstückdurchmesser 8 mm, Andrückkraft 907 g, Verschleiß der Scheibe 0,00 mm.

Schleifscheibenherstellung: Anfeuchtungsmittel und Imprägnierlösung 100% H₂CrO₄,

Wärmebehandlung bei 648° C.

Schleif	Bindemittel	Gehalt	Anzahl der	Härte der Scheibe	Ursprüng	Schleif
scheibe			Wärmebe		licher	tiefe
Nr.			handlungen		Scheiben
					durch
					messer
		(%)				mm
17	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	27,2	1	mittelhart	61,2	2,3
	96 Stunden kugelgemahlen
18	desgl.	23	1	mittel	61,9	1,6
19	desgl.	19,9	1	mittel	61,7	l,⁷
82°)	desgl.	15,7	3	mittel	62,9	2,8
32	desgl.	13	3	mittel	60,3	2,4
33	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	19,9	1	mittel	61,4	2,2
	48 Stunden kugelgemahlen
34	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	19,6	1	weich	61,8	2,1
	24 Stunden kugelgemahlen
64	Hydratiertes Aiuminramoxyd Alcoa	12,1	2	mittel	61,4	1,8
	C-331 (-325 mesh)
38	Fe₃O₄ (Pigment)	11,7	4	mittel	60,1	3,0
39	Fe₃O₄ + Kentucky-Töpferton		3	mittel	60,5	2,6
40	Kentucky-Töpferton	7,2	3	mittelweich	61,6	2,1
42	Kentucky-Töpferton	8,8	3	mittel	61,6	2,1
52	Kaolin (PAF)	6,8	3	mittel	63,2	1,8
50	Kaolin (PAF)	6,8	4	mittelhart	63,2	1,1

■*( Anfeuchningsraittel 10% HjCrO₄.

I ö 1 b

Schleifscheibe

Bindemittel

Ciehult

Kaolin (PAF)
Kaolin (Ajax P)
Kaolin (Ajax P)
Kaolin (Ajax P)
Kaolin (Ajax P)
Kaolin (Glomax JD)
Kaolin (Glomax HE)

6,8

5,6

6,3

6,5

Anzahl der	Härte der Scheibe	Ursprüng	Schleif-
Wärmebe		licher	tiefe
handlungen		Scheiben
		durch
		messer
			mm
3	mittel	62,2	2,9
3	mittel	61,9	3,0
4	mittelhart	63,0	0,4
4	mittel	61,4	1,8
3	mittel	63,7	2,6
3	mittel	62,7	1,0
3	mittel	62,7	1,3

*) Wärmebehandlung bei 538 C.

Tabelle XXXlV

Schleifversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben aus teilweise zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 46, Einstechschleifen, 2 Minuten.

Versuchsbedingungen ·

Schleifscheibendurchmesser ca. 64 mm,

Schleifscheibendicke 9,5 mm,

Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min,

Rockwell C-Härte des Werkstücks 65,

Werkstückdurchmesser 8 mm,

Andrückkraft 907 g,

Verschleiß der Scheibe 0,00 mm.

Wärmebehandlung bei 648° C.

Schleif	Bindemittel	Gehalt	Anzahl der	Härte der Scheibe	Ursprüng	Schleif-
scheibe			Wärmebe		licher	tiefe
Nr.			handlungen		Scheiben
					durch
					messer
		(%)				mm
21	Aluminiumoxyd \lcoa T-61,	23,3	1	mittelhart	59,9	1,9
	96 Stunden gemahlen
22	desgl.	20,2	1	mittel	60,8	1,8
54	Kaolin (Ajax P)	5,7	3	mittel	62,3	1,9
67°)	Kaolin (Ajax P)	8,8	2	mittelhart	61,4	2,4
68	Kaolin (Ajax P)	8,1	2	mittel	62,0	1,8
69°)	Kaolin (Ajax P)	7,5	2	mittel	59,6	3,1
70°)	Kaolin (Ajax P)	6,9	2	mittel	62,2	2,4
71°)	Kaolin (Ajax P)	6,5	2	mittel	62,7	2,2
72°)	Kaolin (Ajax P)	6,5	3	mittelhart	62,9	2,3
73°)	Kaolin (Ajax P)	6,1	3	mittel	62,6	3,9
74")	Kaolin (Ajax P)	5,7	3	mittel	63,1	2,2
75")	Kaolin (Ajax P)	5,4	3	mittelweich	63,7	3,4
76")	Kaolin (Ajax P)	5,1	3	mittelweich	63,3	2,2
69 A^b)	Kaolin (Ajax P)	7,5	3	mittelweich	60,7	/5,5 12,5
69B^	Kaolin (Ajax P)	7,5	3	mittelweich	61,8	2,4

"J Anfeuchttingsmittel 10% H₂CrO₄.

*) Anfeuchtungsmittel 10% H₂CrQ₄, JmprSgnicrlösung 25% H₂CrO₄, Doppelversuch.

') Anfeuchlimgsmittel 10% H₂CrO₄, ltnprägmerlösung 50% H₂CrO₄.

77

Tabelle XXXV

Hi 78

Schleifversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben aus zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 60, Einstechschleifen, 2 Minuten.

Versuchsbedingungen: Schleifscheibendurchmesser ca. 64 mm,

Schleifscheibendicke 9,5 mm, Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min, Rockwell C-Härte des Werkstücks 65, Werkstückdurchmesser 8 mm, Andrückkraft 907 g, Verschleiß der Scheibe 0,00 mm.

Schleifscheibenherstellung: Anfeuchtungsmittel 10% H₂CrO₄,

Imprägnierlösung 100% H₂CrO₄, Wärmebehandlung bei 648° C.

Schleif scheibe Nr.	Bindemittel	P)
77	Kaolin (Ajax	P)
78°)	Kaolin (Ajax	P) P)
79 80	Kaolin (Ajax Kaolin (Ajax	P)
81°)	Kaolin (Ajax
"I DoppclvcrsiK'h.
Tabelle XXXVI

Gehalt Anzahl der
Wärmebehandlungen

Härte der Scheibe Ursprung- Schleiflicher tiefe Scheibendurch-

6,5	3
6,1	3
5,7	3
5,4	3

mittelhart
mittel

mittel
mittel

63,5
63,9

63,1
63.5

5,1 mittelweich 63,4

5,0

12,0 15,4

1,8

1.7 j 3,3 14,9

Schleifversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben aus teilweise zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 60, Einstechschleifen. 2 Minuten.

Versuchsbedingungen: Schleifscheibendurchmesser ca. 64 mm.

Schleifscheibendicke 9,5 mm, Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min. Rockwell C-Härte des Werkstücks Werkstückdurchmesser 8 mm, Andrückkraft 907 g, Verschleiß der Scheibe 0,00 mm.

Wärmebehandlung bei 648 C.

Schleifscheibe

Bindemittel

(k-halt

(¹K. I Anzahl der Marie der Scheibe Ursprung- Schleif-

tiefc

Wärmebe	lichcr
handlungen	Scheiben
	durch
	messer

Aluminiumoxyd Alcoa T-61, Stunden kugelgemahlen Kaolin (Ajax P) Kaolin (Ajax P) Ajax P, zusätzlich Lytron SIO als ausbrennbarcr Füllstoff

S3") Kaolin (Ajax P)

Ί Nnlt'iit liiiiiii'sinilU'l I¹I",, 11.( i(),. Dnmvlu'iMii

21,4 mittel

62.3

8	2	mittel	59,6	2,3
6.1	3	mittel	61,5	2,3
8,7	3	mittel	58,7	2.7
6.1	3	mittel	63.2	14.K 13.2

Hl

79 TC 80

Tabelle XXXVII

Schleifversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben aus schwarzem Siliciumkarbid. Körnung 46, Einstechschleifen, 2 Minuten. Werkstücke: Gehärtete Spiralbohrer-Rohlinge.

Versuchsbedingungen: Schleifscheibendurchmesser ca. 64 mm.

Schleifscheibendicke 9,5 mm. Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min, Rockwell C-Härte des Werkstücks 65, Werkstückdurchmesser: 8 mm, Andrückkraft 907 g, Verschleiß der Scheibe 0,00 mm,

Wärmebehandlung bei 648 C.

Schleif	Bindemittel	Oeha
scheibe
Nr.
26	Aluminiumoxyd Alcoa T-6I,	3 l.i
	96 Stunden gemahlen
27	desgl.	26.6
28	desgl.	23.2
57	Kaolin (Ajax P)	6.7

Anzahl der	lliirte der Scheibe Ursprüng	Schleif
Wärmebe	licher	liefe
handlungen	Scheiben
	durch
	messer

mittef

58,3

mittel	59,9	1,3
mittel	61,7	0,9
mittel	61,6	0,5

Tabelle XXXVIII

Schleifversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben aus grünem Siliciumkarbid, Körnung 46, Einstechschleifen, 2 Minuten. Werkstücke: Gehärtete Spiralbohrer-Rohlinge.

Versuchsbedingungen: Schleifscheibendurchmesser ca. 64 mm.

Schleifscheibendicke 9,5 mm. Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min. Rockwell C-Härte des Werkstücks 65, Werkstückdurchmesser 8 mm. Andrückkraft 907 g, Verschleiß der Scheibe 0,00 mm.

Wärmebehandlung bei 648 C.

Schleif	Bindemittel	("lehall	Λπ/ahl der	Hüne der Scheibe	Ursprüng	Schleif
scheibe			Wärmebe		licher	liefe
Nr.			handlungen		Scheiben
					durch
					messer
		(".«I				mm
56	Aluminiumoxyd Alcoa T-61,	24,5	2	mittelhart	61,4	0,5
	96 Stunden gemahlen
55	Kaolin (Ajax P)	7.2	3	mittel	61,5	1,6

Tabelle XXXIX

Schneid- und Verschleißeigenschaftcn von handelsüblichen Schleifscheiben. Einstechschleifen, 2 Minuten.

Andrückkraft zwischen Schleifscheibe und Werkstück 907 g.

Werkstücke: Gehärtete Spiralbohrer-Rohlinge.

Versuchsbedingungen: Rockwell-C-Härte des Werkstücks 65, Werkstückdurchmesser 8 mm.

Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min.

Breite der Schleifscheibe 9,5 mm.

Material der Schleifscheibe: Zerreibbares Aluminiumoxyd, Körnung46,Durchmesser der Schleifscheibe 63,4 mm.

Verschleiß der Schleifscheibe: 0,00 mm.

Schleifscheibe	H
Nr.
.1-1	.1
L-I	L
R-I	R

Hiirtc der Schleifscheibe Sehlifftiefe

2,6

2,5 2.0

81

Tabelle XL

Scherversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben aus zerreibbarem Aluminiumoxyd. Körnung 46, Einstechschleifen, 2 Minuten. Werkstücke aus Wolframkarbid.

Versuchsbedingungen: Durchmesser der Schleifscheibe ca. 63,5 mm. Breite der Schleifscheibe 9,5 mm, Drehzahl der Schleifscheibe 6000 U/min, Rockwell- 15-N-Härte des Werkstückes 95,9, Werkstückdurchmesser 4,8 mm,

Andrückkraft zwischen Werkstück und Schleifscheibe 907 g.

Schleifscheiben von mittlerer Härte, hergestellt unter Verwendung von lOO/o H₂CrO₄ als Anfeuchtungsmittel und Imprägnierlösung.
Wärmebehandlung bei 648° C.

Schcibcn-Nr.

Bindemittel

Gehalt

An/ahl der

hnndluncen

Ursprünglicher
Durehmesser der Seheibe

mm

Verschleiß der Scheibe

Schlifftiefe

"I Wärmebehandlung bei 538 C.

Aluminiumoxyd Alcoa T-61, 96 Stunden gemahlen desgl. Kentucky-Töpferton Kaolin (Ajax P) Kaolin (PAF)

19,9

19,9	1
8,8	3
5,6	3
6.8	3

61,2

0,23

0.15

61,2	0,23	0,15
61,2	0,15	0,20
61,8	0,25	0,18
61,6	0,05	0,08

Tabelle XLI

Schleifversuche mit chemisch gebundenen Schleifscheiben und Werkstücken aus Wolframkarbidlegierung. Vorschub pro Stich 0,025 mm, Materialabnahme vom Ende des Werkstückes 0,76 mm pro Stich. Rockwell-15-N-Härte des Werkstückes 95,5. Durchmesser des Werkstückes 4,78 mm.

Schleifmittel: Aluminiumoxyd, Bindemittel: Ajax P, Anfeuchtungsmittel: 10% H₂CrO₄, Imprägnierungsmittel: 100% H₂CrO₄, Wärmebehandlung bei 648^CC.

Scheibcn-Nr.	Körnung des Schleifmittels	Bindcmiltclgchalt	Anzahl der Wärme behandlungen	Ursprünglicher Scheiben durchmesser	Verschleiß der Scheibe
		%		mm	mm
67	46°)	8,8	2	59,1	0,15
69	46")	7,5	2	57,9	0,36
71	46")	6,5	2	59,4	0,76
77	60*)	6,5	3	62,9	0,03
79	60")	5,7	3	62,8	0,05
81	60*)	5,1	3	63,1	0,08
82	46^fc)	5,6	3	62,2	0,03
74	46-¹")	5,6	3	62,6	0,05
72	46")	6,5	3	62,6	0,08
76	46")	5,1	3	63,0	0,03
83	60")	6,1	3	62,8	0,20
79	60*)	5.7	3	62,8	0,05
69 A	46")	7,5	3	58,6	0,10
69 B	46")	7,5	3	61,6	0,13
") teilweise zerreibbar. ¹¹I zerreibbar.

Tabelle XLlI

Bruchmodul von verschiedenartigen chemisch gebundenen Prüfstäben. Schleifmaterial: Aluminiumoxyd, Körnung 46, zerreibbar. Anfeuchtungsmittel und Imprägnierlösung: 100% H₂CrO₄. Wärmebehandlung bei 648" C.

Prüfstab	Nr. Bindemittel	XLIII
1-1 1-2 1-3	Aluminiumoxyd Alcoa T-61 96 Stunden gemahlen desgl. desgl.
41-1 41-2 41-3	Kaolin (Ajax P) desgl. desgl.
42-1 42-2 42-3	desgl. desgl. desgl.
43-1 43-2 43-3	desgl. desgl. desgl.
44-1 44-2 44-3	desgl. desgl. desgl.
45-1 45-2 45-3	desgl. desgl. desgl.
50-1 50-2 50-3	desgl. desgl. desgl.
Tabelle

Bindcmiticlgehalt

Anzahl dor
Wärmebehandlungen

Bruchmodul von handelsüblichen, gesinterten Prüfstäben in zwei Härten und mit annähernd denselben Dimensionen wie in der Tabelle XLIl. Ohne Bindemittel, Anfeuchtungsmittel, Imprägnierungslösung und Wärmebehandlung aus zerreibbarem Aluminiumoxyd, Körnung 46, hergestellt.

Bruchmodul

kp./cm²

Härte

19,9 168

Prüfstab Nr.	Bruchmodul
	kp,'cnr
J-I	218
J-2	266
J-3	220
Durchschnitt:	235

19,9	2	Durchschnitt:	4	Bruchmodul	158	<G
19,9	2	9	4	kp/ctn²	169	<G
Durchschnitt		9	4	265	165
6	2	9		257	66	<G
6	2	Durchschnitt		274	84	<G
6	2	Prüfstab Nr.		265	81	<G
Durchschnitt				77
9	2	⁵⁵ L-I		112	ca.<G
9	2	L-2		141	ca.<G
9	2	L-3		131	ca.<G
Durchschnitt		Durchschnitt:		128
12	2		243	ca.<G
12	2		206	ca. <G
12	2		215	ca.<G
Durchschnitt			222
6	3		191	ca. H
6	3		202	ca. H
6	3		225	ca. H
Durchschnitt			206
9	3		169	<G
9	3		178	<G
9	3		165	<G
	170
	215	ca. H
	215	ca. H
	215	ca. H
	215
		Härte

		L ·
		L
		L

Härte

6o Es hat sich gezeigt, daß zahlreiche Maßnahmen, die beim chemischen Härten und Binden von Schleifscheiben angewendet werden, auch bei der Herstellung von gebundenen Honwerkzeugen Anwendung finden können. Man kann einerseits gesinterte oder teilweise gesinterte Honwerkzeuge der chemischen Behandlung unterwerfen und andererseits die Honwerkzeuge vollständig mit Hilfe der in den vorhergehenden

Τι?

Tabellen angegebenen chemischen Bindeverfahren herstellen.

In der Tabelle XLlV sind die Ergebnisse angegeben, die bei der chemischen Härtung von handelsüblichen Honwerkzeugen erzielt wurden. Diese Honwerkzeuge wurden für die Sunnen Products Company in St. Louis (Missouri, USA) hergestellt. Die in der Tabelle angegebenen Nummern für die Schleifmittel sind die von dieser Firma verwendeten Lagernummern. Zur Prüfung wurde eine Standard Sunnen Honing Machine (Honmaschine Modell MB-1600) verwendet, mit deren Hilfe bsi allen verglichenen Prüflingen der Hondruck, die Dorndrehzahl und Schmierung des Honwerkzeuges und des Werkstückes konstant gehalten werden konnte. In den Versuchen der Tabelle XLIV wurden Werkzeuge aus nichtgehärtetem Werkzeugstahl Carpenter »RDS« innengehont. Das aus Stahl bestehende Werkstück hat einen Innendurchmesser von etwa 9,7 mm und eine Länge von 19,1 mm. Die in diesem Versuch verwendeten Honwerkzeuge (Sunnen K-12) hatten eine Breite von 3,2 nun und eine Länge von 44,4 mm und bestehen aus körnigem Aluminiumoxyd. Die Honwerkzeuge wurden in der vorstehend für pulverförmige Ausgangs materialien angegebenen Weise imprägniert und wärmebehandelt.

In der Tabelle ist ein ähnlicher Versuch angegeben wie in der Tabelle XLIV, doch bestanden die Honwerkzeuge aus SiUciumkarbid anstatt aus Aluminiumoxyd und die Werkstücke aus gehärtetem anstatt aus ungehärtetem Stahl.

Aus den Tabellen XLIV und XLV geht hervor, daß durch die erfindungsgemäße Härtebehandlung die Standzeit des Honwerkzeuges beträchtlich verlängert bzw. daß bei einem gegebenen Verschleiß des Honwerkzeuges mehr Stahl zerspant werden kann. Infolgedessen wird der Wirkungsgrad beim Honen erhöht, besonders in Fällen, in denen mit einem höheren Hondruck gearbeitet werden kann.

Einige Honwerkzeuge wurden gemäß Tabelle XLVI vollständig durch das chemische Bindeverfahren hergestellt. Der Fachmann erkennt, daß man mit den verschiedenartigsten Ansätzen arbeiten kann, deren Auswahl von der Art des zu honenden Materials, der Härte des Honwerkzeuges, der gewünschten Schnittgeschwindigkeit und damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften abhängt. In der Tabelle XLVI sind nur zwei dieser möglichen Varianten angegeben.

Tabelle XLIV
Vergleichende Honversuche

Werkstücke aus ungehärtetem Stahl Carpenter RDS, Innendurchmesser ca 9,7 mm, Länge 19,1 mm. Honwerkzeuge: Sunnen K-12A (aus körnigem Aluminiumoxyd). Versuchsdauer 3 min. Hondruck.

Teil A — Unbehandelte Honwerkzeuge (im Anlie-

Teil B	Behandelt mit 100' behandelt bei 648'C	Anzahl der Wärmebe handlungen	V₀ H₂CrO₄	. wärme
Werkzeug	Schleifmittel	2.	Werkzeug verschleiß mm	Malerial ahnall nie nun
F	K-12A-61	2	0,16	0.18
G	K-I2A-63	2	0,13	0,16
H	K-12A-65	2	0,07	0,16
E	K.-12A-59	1	0,(X)I	0,20
Α-Γ)	K-12A-61	2	1,20	0.27
B-I	K.-12A-61	3	0,013	0.11
C-I	K-12A-61	4	0,005	0,07
D-I	K-12A-6I		0,003	0,10
"I unzuverlässige Werte
Tabelle :
XLV

25 Vergleichende Honversuche

Werkstücke aus gehärtetem Stahl (Carpenter RDS), Innendurchmesser ca. 0,380 Zoll, Länge 0,75 Zoll. Honwerkzeug Sunnen K-12J aus körnigem Siliciumkarbid. Versuchsdauer 3 min, Hondruck.

Teil A — Unbehandelte Honwerkzeuge (im Anlieferungszustand verwendet).

35

Werkzeug

40

45

10 11 12

Schleifmittel	Werkzeug verschleiß	Material- abnähme
	mm	mm
K-12J-63 K-12J-55 K-12J-57 K-12J-59	1,71 1.55 0,44 0,01	0,078 0,47 0,43 0,19

Teil B — Behandelt mit 100% behandelt bei 648⁰C.

H₂CrO₄. wärme

Werkzeug Schleifmittel Anzahl der Werkzeug- Material-

Wärmebe- verschleiß abnähme handlungen

mm mm

	ferungszustand verwendet).	Werkzeug	Matcnal-	1	K-12J-63	2	0,43	0,26
		verschleiß	abnahme	60 ²	K-12J-55	2	0,005	0,15
Werkzeug	Schleifmittel	mm	mm	3	K-12J-57	2	0,005	0,11
				4	K-12J-59	2	0,005	0,13
		1,23	0,15	5	K-12J-63	1	—	__
		0,94	0,20	1	K-12J-63	2	0,43	0,26
B	K-12A-61	0,18	0,18	⁶⁵ 6	K-12J-63	3	0,24	0,25
C	K-12A-63	0.03	0,22	7	K-12J-63	5	0,003	0,27
D	K-12A-65			X	K-12J-63	7	0,000	0.14
A	K-12A-59

Tabelle XLVI

Vollständig mit Hilfe des chemischen Bindeverfahrens hergestellte Honvverkzeuge.

Schleifmittel: Aluminiumoxyd. Körnung i00. zerreibbar,

Anfeuchtungsmitlel und Imprägnierlösung: 100% H₂CrO₄. zweimalige Wärmebehandlung bei 648 C.

Honwcrk/CUL! (iröl.tedes Werkzeuges
Nr.

Bindcmiticl Gehalt

H-I 2.5 χ 2,4 χ 44.5

H-7 9.5 χ 9,5 χ 152,4

H-4 2.5 χ 2.4 χ 44.5

H-8 2.5 χ 2.4 χ 44.5

Kentucky-Töpferton 10

Kentucky-Töpferton 20

Aluminiumoxyd. Alcoa T-61. 96 Stunden gemahlen IO

Aluminiumoxyd. Alcoa T-6I. 96 Stunden gemahlen 20

Es hat sich ferner gezeigt, daß das chemische Binde- und Härteverfahren gemäß der Erfindung auch für die Herstellung von keramischen Überzügen auf den verschiedenartigsten metallischen und nichtmetallischen Substraten verwendet werden kann.

Eine Ausführungsform des chemischen Härte- und Bindeverfahrens besteht in der Nachbehandlung für industriell durch Flammenspritzen, Plasmaspritzen oder durch Detonationen aufgetragene, keramische Überzüge. Man kann auf diese Weise das poröse Gefüge dieser Überzüge so weit füllen, daß das Substrat vor einer Oxydation geschützt wird. Auch die Bindefestigkeit und Härte sind beträchtlich erhöht worden. Die Knoop-Härtewerte (100 g) von plasmagespritzten Überzügen aus Chromoxyd sind von weniger als 1600 vor der Behandlung auf bis zu 2900 nach der chemischen Behandlurg gestiegen.

Das erfindungsgemäße chemische Binde- und Harteverfahren gemäß der Erfindung kann auch in der Weise angewendet werden, daß das Überzugsmaterial im nassen Zustand direkt auf das Substrat aufgetragen wird. In diesem Fall liegt das Überzugsmaterial normalerweise in Form einer wäßrigen Trübe eines oder mehrerer feinverteilter, feuerfester Oxyde vor. Wenn das Wasser verdampft, bleibt auf der Oberfläche des Substrats ein dichtgepackter, aber noch poröser Oxydüberzug zurück. Dieser poröse Überzug kann dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebunden und gehärtet werden.

Die chemische Bindebehandlung, die sich in den beiden vorstehend genannten Anwendungsfällen am besten bewährt hat, besteht aus einer mehrmaligen Imprägnierung mit Chromsäure und jeweils anschlie-Bender Wärmebehandlung, in der die als Imprägnierlösung verwendete Chromsäure in ein feuerfestes Chromoxyd umgewandelt wird. Die Umwandlung in das Chromoxyd kann bereits bei Temperaturen von nur 454°C erfolgen. Normalerweise arbeitet man jedoch bei Temperaturen von 538—648° C, bei denen die Umwandlung viel schneller erfolgt

Damit der frisch aufgetragene, aber getrocknete Überzug zum Eintauchen in die Chromsäurelösung nicht zerfällt, kann man eine von zwei Maßnahmen anwenden: (1) man kann dem nassen oxydischen Oberzugsmaterial vor dem Auftragen auf das Substrat etwas Chromsäure zusetzen. Während des ersten Trocknens und der ersten Wärmebehandlung wird durch die Umwandlung der Säure in das Chromoxyd (Cr2C<3) der aus dem pulverförmigen, feuerfesten Material bestehende Oberzug genügend gebunden. (2) Man kann eine geeignete Bindung auch erzielen, indem man dem nassen Überzugsmaterial in einem kleinen Prozentsatz hydratiertes Kaolin oder einen ähnlichen Ton als Bindemittel zusetzt. Bei einer geeigneten Wärmebehandlung bewirkt das Kaolin zwischen den Oxydteilchen eine wasserfeste Bindung, die für eine darauffolgende Imprägnierung in der Chromoxydlösung genügt. Man kann diese beiden Maßnahmen zum Erzeugen einer Bindung natürlich auch miteinander kombinieren.

Mit Hilfe dieser Überzugsmassen sind zahlreiche Versuche auf den verschiedenartigsten Substraten aus Metall durchgeführt worden. Man erkennt, daß eine echte chemische Bindung nicht nur in dem aus dem feuerfesten Oxyd bestehenden Überzug, sondern aucr zwischen diesem und dem Metallsubstrat vorhanden ist Man nimmt an, daß die chemische Bindung zwischer dem Überzug und dem Substrat auf eine Bindung ml· einem Metaüoxyd zurückzuführen ist, das sich auf derr Substrat bildet. In den meisten Fällen wird auf deir Metall infolge des Freiwerdens von Sauerstoff währenc der ersten Behandlung zur Umwandlung von Chrom säure in Chromoxyd eine gute Oxydschicht gebildet. Be Metallen, die wie Titan außer bei hohen Temperaturer nur schwer oxydieren, kenn es zweckmäßig sein, da; Substrat vor dem Auftragen des Überzuges vorzuoxy dieren, wenn eine maximale Haftfestigkeit zwischer dem Überzug und der Haftfestigkeit erwünscht wird.

Bei allen vorstehenden Angaben wurde angenom men, daß ein Überzug aus einem feuerfesten Oxyd au einem Metallsubstrat verwendet wird. Es gibt aber auci brauchbare Varianten. Beispielsweise hat es sicr gezeigt, daß Überzüge aus Metallpulver mit Hilfe de: vorstehend im Zusammenhang mit reinen Oxydüberzü gen angegebenen, chemischen Bindeverfahrens auf di< verschiedenartigsten Substrate aufgetragen werder können. Es sind auch Überzüge aus Keramik odei Metail mit Erfolg auf keramische Substrate aufgetrager und darauf gebunden worden. Die angegebener Beispiele betreffen nur Varianten des grundlegender chemischen Bindeverfahrens.

Ein vorwiegend aus Metallpulver bestehender Überzug ist natürlich ein Verbundkörper aus Metall und keramischem Material. Dieses besteht aus dem Chrom oxyd, das als Bindemittel vorhanden ist dessen Bindung mit dem Metall durch das oder die auf dem Metallpulvei gebildeten Oxyde ermöglicht wird. Die nur aus feuerfestem Oxyd bestehenden Überzüge besteher gewöhnlich ebenfalls aus Mischkeramik, außer wenn dei Überzugsansatz_cals einziges Pulver Chromoxyd enthält Man erkennt, daß es für den Oberzug eine sehr große Anzahl von Varianten gibt.

709 508/1 Β'

Bisher sind in verschiedenen Kombinationen u. a. folgende Überzugsmaterialien verwendet worden: Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd, Chromoxyd, Titanoxyd, Berylliumoxyd, Eisenoxyde, Zinnoxyd, Siliciumdioxyd, Boroxyd und Nickeloxyd, ferner Metallpulver, z. B. nichtrostender Stahl, Titan, Eisen, Chrom und Kupfer. Zur Verstärkung der Überzüge: sind u. a. Borkarbid und Siliciumkarbid und verschiedene keramische Fasern verwendet worden. Zu den mit Erfolg verwendeten Substraten, auf die haftfeste Überzüge aufgetragen worden sind, gehören nichtrostende Stähle der Serien 400 und 300, Titan, kaltgewalzter Stahl, Berylliumkupfer, Inconel, Beryllium und Nickel. Es wurden auch nichtmetallische Substrate überzogen, u. a. Glas, Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird eine Metalloberfläche direkt einer mehrmaligen Chromsäureumwandlungsbehandlung unterworfen. Die Behandlung führt zu einer Bindung zwischen dem Chromoxyd und der oxydierten Metalloberfläche. Nach mehrmaliger Tauch- und Wärmebehandlung erzielt man einen sehr dünnen, aber äußerst harten, dichten und zähen Überzug. Dieser Überzug ist dunkelgrün und kann eine Dicke von etwa Viooooo mm bis etwa 0,025 mm oder mehr haben, je nachdem, wie stark die Metalloberfläche oxydiert worden ist und/oder wie viele Chromsäurebehandlungen durchgeführt worden sind. Nach diesem Verfahren sind verschiedenartige Metalle mit Schutzüberzügen versehen worden. Besonders gute Erfolge wurden dabei mit Titan, nichtrostenden Stählen der Serie 400, Inconel und Aluminium erzielt.

In der üblichen Weise durch Flammenspritzen, Plasmaspritzen und das sogenanrte Detonationsverfahren aufgetragene Überzüge können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehärtet werden. Wie vorstehend ausgeführt wurde, sind die nach diesen Verfahren aufgetragenen Überzüge an sich porös. Die chemische Behandlung führt nicht nur zum Schließen des porösen Körpers, sondern kann auch die Härte des Überzuges beträchtlich vergrößern. Zugversuche haben in alten Fällen eine deutliche Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen dem Überzug und dem Substrat ergeben.

Die Fig. 12 und 13 zeigen in 300facher Vergrößerung Photographien eines unbehandelten und eines behandelten Überzuges. Diese Photographien stellen Querschnitte durch den überzogenen Gegenstand dar. Man erkennt den Überzug, das Metallsubstrat und das Epoxydharz, mit dessen Hilfe das Stück in dem metallographischen Priiflingshalter eingebettet ist. Fig. 12 zeigt ein Titansubstrat mit einem plasmagespritzten Chromoxydüberzug. Dieser Gegenstand wurde von einer zuverlässigen Quelle bezogen und nicht chemisch nachbehandelt Diese Photographic ist typisch für andere Prüf inge mit gleichartigen Überzügen und zeigt deutlich das beträchtliche Ausmaß der miteinander verbundenen Poren. Fig. 13 zeigt einen Überzug derselben Art nach neunmaliger Imprägnierung mit Chromsäure und jeweils anschließender Wärmebehandlung bis zu 648° C. Es handelt sich um den Prüfkörper 4-74 der Tabelle XLVIL Es sind jetzt praktisch keine miteinander verbundenen Poren mehr vorhanden, nur noch einige wenige geschlossene Poren. Die Knoop-Härte (100g) des in Fig. 12 gezeigten, unbehandelten Prüflings betrug 1594; die Vickers-Härte (300 g) betrug 1682. Nach neunmaliger chemischer Behandlung hatte ier in Fig. 13 gezeigte Prüfling eine Knoop-Härte 100 g) von 2940 und eine Vickers-Härte (300 g) von !704.

Die Tabelle XLVlI gibt die Härte und die chemische Behandlung des vorstehend angegebenen Prüflings und anderer Prüflinge an. Alle diese Versuche wurden mit plasmagespritzten Chromoxydüberzügen auf Titankugeln durchgeführt. In der angegebenen Weise wurden Chromsäure- und/oder Phosphorsäurebehandlungen verwendet. Die Chromsäurebehandlung besteht darin, daß die überzogene Fläche mit Chromsäure imprägniert und danach die Temperatur langsam erhöht wird, bis die

ίο Säure in das Chromoxyd umgewandelt worden ist. Zur Erzielung einer großen Härte wird die Behandlung gewöhnlich mehrere Male durchgeführt. Man kann auch eine Phosphorsäurebehandlung vornehmen, die ähnlich durchgeführt wird wie die Chromsäurebehandlung; anschließend wird eine ähnliche Wärmebehandlung vorgenommen. Die Kristallstrukturanalyse zeigt, daß die Behandlung mit Phosphorsäure und die anschließende Erhitzung auf die erforderliche Temperatur zur Bildung eines Phosphats eines oder mehrere der in dem

porösen Überzug vorhandenen Oxyde führen. Zum Unterschied von der Chromsäurebehandlung hat sit h die Behandlung mit Phosphorsäure jedoch nur als letzter Verfahrensschritt bewährt. Eine mehrmalige Phosphorsäurebehandlung führt zu keiner beträchtliche.n Zunahme der Härte und oft zum Bruch des keramischen Gefüges. In beiden Behandlungen wird normalerweise auf 538-648'C erhitzt. Man kann auch bei Temperaturen von nur 454⁰C wärmebehandeln, doch muß dann die Wärmebehandlung normalerweise etwas länger dauern.

Es hat sich gezeigt, daß die Behandlung mit Chromsäure am besten zum Härten eines relativ feinporigen Gefüges geeignet ist, wahrscheinlich, weil das Chromoxyd sein kleine Kristalle (5,35 A) bildet.

Zum Füllen von großen Poren kann es notwendig sein, zahlreiche Behandlungen vorzunehmen, ehe eine genügende Ausfüllung und entsprechende Härte erzielt worden sind. Dagegen ist die Imprägnierung mit Phosphorsäure am besten bei relativ großen Poren anwendbar. Bei zu kleinen Poren bewirkt die Behandlung mit Phosphorsäure keine oder nur eine geringe Härtezunahme. Da die meisten keramischen Überzüge Poren mit sehr verschiedenen Abmessungen besitzen, hat es sich gezeigt, daß man eine optimale Härte des

Überzuges mit der kleinsten Anzahl von Imprägnierungs- und Wärmebehandlungen gewöhnlich mit mehreren Chromsäurebehandlungen und einer Nachbehandlung mit Phosphorsäure erzielt.
In der Tabelle XLVIII sind die Härtewerte angege-

ben, die mit siebenmaliger Chromsäureimprägnierung und jeweils anschließender Wärmebehandlung und einer Nachbehandlung mit Phosphorsäure erzielt wurden. Der Überzug bestand aus 80% Chromoxyd und 20% Aluminiumoxyd und wurde nach dem Linde-Detonationsverfahren der Union Carbide Co. aufgetragen. Durch die chemische Behandlung wurde die Härte beträchtlich vergrößert

Die Tabellen XLIX bis LV geben die Rockwell-15-N-Härten an, die durch die chemische Behandlung von

flammen- und plasmagespritzten Überzügen auf Stahlsubstraten erzielt wurden. Die in diesen Tabellen angegebenen Überzüge bestehen aus Chromoxyd, Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd und Tkaniumoxyd. In jedem Fall wird die Härte des Überzuges durch die

chemische Behandlung beträchtlich erhöht In dieser Versuchsreihe wurde die Wärmebehandlung nur bei Temperaturen bis zu 482° C nach der Chromsäurebehandlung und 648° C nach der Phosphorsäurebehand-

ίο ι υ \j \j

lung durchgeführt. Die Überzüge waren nach dem »Rokidew-Flarnmenspritzverfahren der Firma The Norton Company oder nach dem »Metco«-Plasmaspritzverfahren der Metallizing Specialties Company aufgetragen, je nachdem, welches Verfahren für das in den Tabellen angegebene Oxyd geeignet war. Vor dem Auftragen des keramischen Oxyds wurde eine übliche Grundierung aus Nickelaluminid aufgetragen. Bei diesen Prüflingen wurde die Dicke des Überzuges zwischen 0,25 und 0,30 mm gehalten, indem die Oberfläche nach dem Auftragen des Überzuges geläppt wurde. Die Prüfkörper hatten die Form von flachen Scheiben mit einem Durchmesser von 1i 9,05 mm. Keramische Überzüge derselben vier Arten auf Substraten aus Titan und Aluminium wurden ebenfalls behandelt. Die erzielten Härten entsprachen im wesentlichen den Angaben der Tabellen XLIX bis LV.

Aus der Tabelle LVI geht die deutliche Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen dem Überzug und dem Substrat durch die chemische Behandlung hervor. Es sind verschiedene Behandlungen mit Chromsäure und/oder Phosphorsäure bei plasmagespritzten Chromoxydüberzügen auf Titankugeln angegeben. Für den Prüfling 4-X in der Tabelle LVI sind die durchschnittlichen Haftfestigkeitswerte von nicht chemisch behandelten, überzogenen Kugeln angegeben. Die Haftfestigkeit der chemisch behandelten Prüfkörper wurde bei Prüfkörpern derselben Partie gemessen. Zu diesem Zweck wurde der Zug (in kp) bestimmt, der zum Abreißen eines entsprechenden Metallstabes erforderlich war, der mit

ίο Armstrong-Epoxydkleber an den Überzug angeklebt worden war. Die Berührungsfläche zwischen dem Zugstab und der überzogenen Kugel betrug 0,7 cm². Aus der Tabelle LVl geht hervor, daß in manchen Fällen nicht die Bindung zwischen dem Überzug und dem

ι j Substrat, sondern die Bindung zwischen dem Kleber und dem Überzug zerstört wird. In anderen Fällen werden beide Bindungen zerstört. Wenn die Klebstoffbindung zerstört wird, kann man die Haftfestigkeit zwischen dem Überzug und dem Substrat nicht bestimmen, bis auf die Angabe, daß sie ebenso hoch ist oder höher als der Wert, bei dem die Klebstoffbindung zerriß.

Tabelle XLVII

Zunahme der Härte von plasmagespritzten Chromoxydüberzügen durch chemische Härtebehandlung.

Keramischer überzug aus Cr₂O₃. Metallsubstrat aus Titan.

Prüfkörper Anzahl der
Nr. Imprägnierungen

mn Chromsäure

4-X -

4-65 —

4-66 3

4-67 5

4-70 9

4-72 9

4-74 9

*) Durchschnittswerte für 100 Prüfkörper, im Anfeferungszusland (ohne chemische Behandlung). Bei den behandelten Prüflingen ist jeweils die durchschnittliche Härte von sechs Prüflingen angegeben, die von derselben Lieferung stammten wie 4-X.

Tabelle XLVIII

Zunahme der Härte von nach dem Linde-Detonationsverfahren aufgetragenen Überzügen aus 80% Cr₂O₃ und 20% Al, O₃ durch chemische Härte- und Bindebehandlung. Metallsubstrat aus Titan.

Prüfkörper Anzahl der Temperatur der Anzahl der Temperatur der Knoop-Härte Vickers-

Nr. Impräsnierungen Wärmebehandlungen Imprägnierungen Wärmebehandlungen Härte

mit Chromsäure mit Phosphorsäure

C C (100 g) (300 g)

Temperatur der Wärmebehandlungen	Anzahl der Imprägnierungen mit Phosphorsäure	Temperatur der Wärmebehandlungen C	Knoop-Härte (100 g)	Vickers- Härte (300 g)
			1594*)	1682*)
„	1	648	2050	2053
482	1	648	2108	2142
482	1	648	2115	2385
482	1	648	2280	2127
482	—	—	2200	2210
648			2940	2704

3-X — — — — 960*) 1090*,

3-100 7 482 1 648 1761 1720

*) Durchschnittswerte für überzogene Prüflinge von derselben Lieferung wie 3--100 vor der chemischen Behandlung.

Tabelle XLLX

Zunahme der Härte von mit Rolride C flanimengespritzten Überzügen aus Chromoxyd (Cr₂O₃). Metallsubstrai

aus Stahl.

Prüfkörper Nr.	Anzahl der Imprägnierungen mit Chromsäure	Temperatur der Wärmebehandlungen C	Anzahl der Imprägnierungen mit Phosphorsäure	Temperatur der "Wärmebehandlungen C	Rockweli- 15-N-Härte
6S-X 65	3	482	—	—	90,9 94,5

93

-ortsetzung

94

Prüfkörper Nr. Anzahl der

Imprägnierungen mil Chromsäure

Temperatur der Anzahl der

Wärmebehandlungen Imprägnierungen

mit Phosphorsäure C

Temperatur der Roekwell-

Wärmebehandlunuen 15-N-Härte

55-A

3
5
5

482 482 482

648

94,7

nicht gem. 94,3

Tabelle L

Zunahme der Härte von mit Metco 106 NS plasmagespritzten überzügen aus Chromoxyd (Cr₂O₃! Metallsubstrat aus Stahl.

Prüfkörper Nr.	Anzahl der Imprägnierungen mit Chromsäure
73-X
73	3
75	5
73-A	5

Temperatur der Anzahl der

Wärmebehandlungen Imprägnierungen

mit Phosphorsäure C

482 482 482

Temperatur der Koekwell-

Wärmcbehandlungcn 15-N-Härte

91.9

95.5

95.1

95.9

Tabelle LI

Zunahme der Härte von mit Rokide A flammengesprilzlen überzügen aus Aluminiumoxyd (Al₂O-Metallsubstrat aus Stahl.

Prüfkörper Nr.	Anzahl der Imprägnierungen mit Chromsäure
72-X
72	3
72-A	3
77	5
76	5
Tabelle LII

Temperatur der Anzahl der

Wärmebehandlungen Imprägnierungen

mit Phosphorsäure C

482

482 482 482

Temperatur der Kockwcll-

Wärmcbehandlungen 15-N-Härte

648
648

86.9 92.7 93,6 92,3 92,4

Zunahme der Härte von mit Metco 105 plasmagespntzten überzügen aus Aluminiumoxyd (Al₂O Metallsubstrat aus Stahl.

Prüfkörper Nr.	Anzahl der Imprägnierungen mil Chromsäure
61-X
61	3
68	5

Temperatur der Anzahl der

Wärmebehandlungen Imprägnierungen

mit Phosphorsäure C

482 482 482

Temperatur der Kockwell-

Wärmcbehandlungen 15-N-Härle

85.3

91.1

92.5

95.9

95 ^" 96

Tabelle LIII

Zunahme der Härte von mit Rokide Z flammengespritzten überzügen aus Zirkoniumoxyd (ZrO₂).

Metallsubstrat aus Stahl.

Prüfkörper Nr.	Λη/ahl der Imprägnierungen mn Chromsäure	Temperatur der Wärmebehandlungen C	Anzahl der Imprägnierungen mil Phosphorsäure	Iemperalur der Wärmebehandlungen C	RocUcll- I5-N-Häric
64-X					77,0
64	3	482	—	—	87,8
64-A	3	482	1	648	92,2
79	5	482	—	—	88,3
69	5	482	1	648	88,3
Tabelle LIV

Zunahme der Härte von mit Metco 201 B plasmagespritzten überzügen aus Zirkoniumoxyd (ZrO₂). MetaJisubstrat aus Stahl.

Prüfkörper Nr.	Λη/ahl der Imprägnierungen mil Chromsäure	Temperatur der Wärmebehandlungen C	Anzahl der Imprägnierungen mit Phosphorsäure	Temperatur der Wärmebehandlungen C	Rockwell- 15-N-Hänc
74-X					79,2
74	3	482	—	—	88,5
80	5	482	—		88,5
74-A	5	482	I	648	91.9

Tabelle LV

Zunahme der Härte von mit Metco 102 plasmagespritzten überzügen aus Titandioxyd (TiO₂). Metallsubstrat aus Stahl.

Prüfkörper Nr.

Anzahl der Imprägnierungen mit Chromsäure

Temperatur der Wärmebehandlungen

Anzahl der
Imprägnierungen
mit Phosphorsäure

Tcmpcralur der
Wärmebehandlungen

Rockwell-15-N-Härte

482 482 482

648

84,4 90,5 91,0 91,0

Tabelle LVI

Haftfestigkeit von plasmagespritzten überzügen aus Chromoxyd (Cr₂O₃) mit und ohne chemische Behandlung. Metallsubstrat aus Titan.

Prüfkörper Nr.	Anzahl der Imprägnierun gen mit Chromsäure	Temperatur der Wärme behandlungen "C	Anzahl der Imprägnierun gen mit Phosphorsäure	Temperatur der Wärme behandlungen C	Zugversuch (Fläche 0.71 cm²) kp	Haftfestigkeit kp/cm²	Bruchfläche
4-X*)	—				109	153	100% überzug
4-65	—	—	1	648	384	541	75% Klebstoff
4-66	3	482	1	648	230	325	75% Klebstoff
4-67	5	482	1	648	376	531	80% Klebstoff
4-70	9	482	j	648	213	29ii	100% Klebstoff
4-72	9	482			446	629	75% überzug
4-74	9	482			422	595	85% Klebstoff

*) Durchschnittswerte der Haftfestigkeit zwischen überzug und Substrat, gemessen bei einer großen Anzahl von überzogenen Prüflingen im Anlieferungszustand. Die behandeilen Prüflinge stammen von derselben Lieferung.

Nachstehend wird das Auftragen von keramischen Überzügen mit Hilfe einer Aufschlämmung beschrieben. Dabei wird das Überzugsmaterial auf das Substrat zunächst in Form eines Gemisches einer Flüssigkeit mit einem oder mehreren feinverteilten Oxyden aufgetragen. Wenn die gewöhnlich aus Wasser bestehende Flüssigkeit die Aufschlämmung verlassen hat bleibt auf der Oberfläche des Substrats ein dichtgepackter, aber noch poröser Oxydüberzug zurück. Dieser poröse Überzug wird dann in der vorstehend beschriebenen Weise durch mehrmalige Behandlung mit Chromsäure und jeweils anschließende Umwandlung derselben in Chromoxyd gebunden und gehärteL Man kann auch eine Nachbehandlung mit Phosphorsäure vornehmen.

Damit der frisch aufgetragene Überzug bei seiner ersten Imprägnierung mit Chromsäure nicht zerfällt kann eine der beiden vorstehend zu diesem Zweck angegebenen Maßnahmen angewendet werden.

Man kann der Aufschlämmung vor dem Auftragen eine kleine Menge Chromsäure oder Chromtrioxyd zusetzen. Beim Trocknen des Überzuges werden die Oxyde dann genügend gebunden, so daß sie danach in die Säure getaucht werden können. Man kann der Aufschlämmung auch einBindemittel, z. B. Kaolin, zusetzen, damit die erforderliche Bindung erfolgt. Beide Maßnahmen können auch miteinander kombiniert werden.

Für diese Überzugsmassen haben sich die verschiedenartigsten feuerfesten Oxyde in feinverteilter Form als geeignet erwiesen. Zu diesen Oxyden gehören Chromoxyd, Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Siliciumdioxyd, Titandioxyd, Zinn(IV)-oxyd, kalziniertes und hydratiertes Kaolin, Zirkoniumoxyd und Eisenoxyde. Beim Zusammensetzen dieser Ansätze sind jedoch mehrere Faktoren zu berücksichtigen, und zwar die Teilchengröße und -form der Oxyde, die Wärmedehnungs- und Wärmeleitfähigkeitseigenschaften des Oxydüberzuges gegenüber denen des Substrats, die obere Grenztemperatur, welcher der Überzug ausgesetzt werden soll, die gewünschte Biegsamkeit des Überzuges usw. Man kann auch die Verwendung von keramischen Verstärkungsfasern und dergleichen in Erwägung ziehen.

Es hat sich gezeigt, daß die mehrmalige Behandlung mit Chromsäure mit und ohne Nachbehandlung mit Phosphorsäure zum Härten und Binden von Überzügen geeignet ist, die mit Hilfe einer Aufschlämmung aufgetragen worden sind. Die Nachhärtung mit Phosphorsäure ist besonders vorteilhaft bei Überzügen mit größeren Teilchen bzw. einigen größeren Poren, die .so mit Hilfe der Chromsäurebehandlung allein u. U. nur schwer ausgefüllt werden können.

Die Tabelle LVII gibt eine Anzahl von Versuchen an, in denen verschiedene Überzugsmaterialien auf der Grundlage von Aluminiumoxyd auf Substrate aus Titan aufgetragen wurden. Diese Prüflinge bestanden aus Titanscheiben mit einem Durchmesser von 13 mm und einer Dicke von 4,8 rim. Der Überzug wurde nur auf eine Seite aufgetragen. In der Tabelle sind die Mohs-Härten angegeben, die nach der gegebenen Anzahl von Chromsäureimprägnierungen und jeweils anschließenden Wärmebehandlungen erzielt wurden. In dieser Versuchsreihe wurde keine Nachbehandlung mit Phosphorsäure vorgenommen. Die in der das Überzugsmaterial betreffenden Spalte der Tabelle LVII angeführ- (>s ten Alcoa-Materialien bestehen aus kalziniertem oder blättrigem Aluminiumoxyd von - 325 mesh, außer wenn eine zusätzliche Kugclmahliing angegeben ist. die in diesen Fällen als Naßmahlung vorgenommen wurde. Das in der Tabelle LVII mit »Ajax P« bezeichnete Kaolin ist ein hydratiertes Material, das von der Georgia Kaolin Company erzeugt wird.

In der Tabelle LVII sind ferner die gemessenen Haftfestigkeiten zwischen dem Überzug und dem Substrat für die angegebenen Überzugsmatermlien und Behandlungen angegeben. Die Haftfestigkeit wurde nach 13maliger Chromsäureimprägnierung und jeweils anschließender Wärmebehandlung mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Zugversuches gemessen. Dabei wird eine Metallstange mit einer Berührungsfläche von 0,71 cm² mit Hilfe eines Epoxyd-Klebstoffes an dem keramischen Überzug befestigt Die Art des Bruches der Bindung in dem Überzug oder dem Klebstoff ist wieder durch den ungefähren prozentuellen Anteil der Bruchfläche angegeben. Man erkennt, daß bei den meisten diesei Überzüge sehr hohe Haftfestigkeiten erzielt wurden. Ferner sei darauf hingewiesen, daß diese Prüflinge auf eine glatte Titanoberfläche aufgetragen worden sind, ohne daß von dieser durch einen besonderen Reinigungsvorgang Fingerabdrücke oder andere Verunreinigungen entfernt wurden. Die übliche Oberflächenbehandlung durch grobes Sandstrahlen, wie sie vor dem Auftragen von Überzügen durch Plasmaspritzen und dergleichen vorgenommen wird, ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht er^ror<!erlich. Dieses Verfahren führt zu einer echten chemischen Bindung mit der Metalloberfläche und damit zu einer hohen Haftfestigkeit, ohne daß eine mechanische Bindung erforderlich ist. Diese Tatsache kann oft von großer praktischer Bedeutung sein, wenn durch eine physische Veränderung des Metallsubstrats dessen mechanische Festigkeit oder Dauereigenschaften beeinträchtigt werden würde, beispielsweise bei Schutzüberzügen auf Turbinenschaufeln.

Die Tabelle LVIII betrifft einen ähnlichen Prüfling aus Titan mit einem mit Hilfe einer Aufschlämmung aufgetragenen, keramischen Überzug und gibt die Zunahme der Rockwell-Härte in Abhängigkeit von der Anzahl der Chromsäureimprägnierungen und anschließenden Wärmebehandlungen an. Dabei wurden 15-N-Werte verwendet, um einen Durchbruch durch den dünnen Überzug zu vermeiden.

In der Tabelle LIX sind verschiedene Überzugsmaterialien und verschiedene Metallsubstrate angegeben. Zum Härten wurden diese Überzüge mehrmals mit Chromsäure behandelt. In einigen Fällen wurde eine Nachbehandlung mit Phosphorsäure und anschließender Wärmebehandlung vorgenommen. Für die meisten in der Tabelle angeführten Prüflinge sind die Härte, die Haftfestigkeit und die Mikrorißbestimmung angegeben. Die Prüfung auf Mikrorisse wurde nach dem höchst empfindlichen Zyglo-Verfahren (Phosphoreszenz) vorgenommen. In der Tabelle LIX ist ein FeaO^Pigment angegeben, das von der Columbia Carbon Company erzeugt und unter der Bezeichnung »Mapico Black« verkauft wird. Es handelt sich dabei um einen synthetischen Magnetit mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung von 22% FeO und 77% Fe2U3. Dieses wird bei der ersten Wärmebehandlung in das rote Fe2O3 umgewandelt. In den Prüflingen 21 und 35 war reduziertes Eisen, d. h. ein sehr fein verteiltes Eisenpulver, enthalten, das durch die Wärmebehandlung ebenfalls in das rote F-'e2O3 umgewandelt wurde. Das in manchen Ansätzen mit H2S1O3 bezeichnete Material ist technisch reine Kieselsäure. Bei allen in der Tabelle LIX angegebenen Prüflingen betrug die Höchsttemperatur

100

der Wärmebehandlung 648°C.

Durch Wärmeschockprüfungen wurde die Verträglichkeit der verschiedenen Überzugsansätze mit bestimmten Substraten bestimmt. In der Tabelle LX sind mehrere geprüfte Kombinationen von Ansätzen und Substraten angegeben. Dabei ,fi'hrte die strenge VVärmeschockprüfung, der die Prüflinge unterworfen wurden, zu befriedigenden Ergebnissen. In dieser Prüfung wurde das keramiküberzogene Metallsibstrat erhitzt, bis es bei 648°C stabilisiert war, und dann entweder in Wasser bei Zimmertemperatur oder in Flüssigstickstoff abgeschreckt. Durch das Abschrecken mit Wasser wird der stärkste Wärmeschock erzeugt. Dagegen bewirkt der Flüssigstickstoff einen viel größeren Temperatursprung. Bei der Behandlung mit Flüssigstickstoff wurde der Prüfling nach dem Aufhören der Blasenbildung und dem zuverlässigen Sinken der Temperatur beträchtlich unter - 184° C noch einige Zei» in dem Bad belassen. Nach dem Herausnehmen aus dem Wasser oder Flüssigstickstoff wurden die überzogenen Teile getrocknet und auf Mikroriss>e, Abblättern. Erweichen oder sonstige Fehler jeder Art geprüft.

In zahlreichen Wärmeschockprüfungen hat es sich gezeigt, daß ein Überzug, der dem Abschrecken mit Wasser gewachsen ist. auch der Prüfung mit Flüssigstickstoff gewachsen ist. Die umgekehrte Feststellung trifft jedoch nicht zu. Tatsächlich waren die meisten überzogenen Prüflinge dem Abschrecken von 648°C mit Flüssigstickstoff ohne weiteres gewachsen. Außerdem hat es sich gezeigt, daß diese chemisch gebundenen Überzüge in beträchtlichem Maße gebogen werden können, ohne daß sie Risse bilden oder andere Fehler auftreten. Aus diesem Grunde wird angenommen, daß ein Nichtbestehen der Wärmeschockprüfung weniger auf unterschiedliche Wärmedehungseigenschaften, sondern auf Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Überzug und dem Substrat zurückzuführen ist.

s Eine Anzahl von dünnen, keramiküberzogenen lnconel-Streifen wurden auf ihre Biegeeigenschaften geprüft. Bei den in der Tabelle LVII für die Prüflinge A-I, A-4, A-6, A-8, A-12, A-38, A-40, A-42, A-50 und 6 angegebenen Überzugsansätzen ..raten bei dieser

ίο Prüfung keine Fehler auf. Diese Prüfung ist sehr einfach und zeigt eine hohe Biegsamkeit des Überzuges. Selbst wenn der Streifen bis zur Rißbildung in dem Überzug und zum Abblättern desselben gebogen wird, bleibt gewöhnlich eine Schicht aus keramischem Material an der Metalloberfläche haften. Daraus geht die feste chemische Bindung mit der Metalloxydschicht hervor.

Die meisten der zur Überzugsbildung verwendeten Ansätze enthielten eine kleine Menge eines organischen Netzmittels. Dies ist in den Tabellen nicht angegeben Das Netzmittel oder Tensid erleichtert das gleichmäßige Fließen des nassen Überzugsgemisches über die .Substratoberfläche. Das organische Mittel zersetzt sich natürlich während der Wärmebehandlung.

Fast alle Beispiele, die in den diesem Absatz

folgenden Tabellen angegeben sind, betreffen Überzüge auf Metallsubstraten. Es sind jedoch geeignete Über· /ugsansätze mit Erfolg auch auf verschiedene keramische Materialien, Glas und andere Nichtmetalle aufgetragen worden. Man nimmt an, daß in diesem FaI!

ίο eine direkte Bindung mit dem Oxyd des Substrat; hergestellt wird, in derselben Weise, in der vermutlich die Bindung mit der Metalloxydschicht hergestellt wird die auf den Metallsubstraten gebildet wird. Einige Beispiele sind in der Tabelle LXI angegeben.

Tabelle LVII

Zunahme der Härtein Abhängigkeil von der Anzahl von Chromoxydimprägnierungen bei jeweils anschließender Wärmebehandlung und Haftfestigkeit zwischen dem überzug und dem aus Titan bestehenden Substrat. Imprägnierungslösung 100% H₂CrO₄. Wärmebehandlung bei 648 C. Mohs-Härtc bei allen Prüflingen nach 7maliger Behandlung 8-9. nach 9-, 11- und 13maligcr Behandlung 9 10.

l'rüflini: t'bcrzuysiinsiil/

(icwichtstcilc Mohs-Hiirle nach Haftfestigkeit

Smaliger Behandlung

kp cm'

Bruchfliiehe

Teil A (Überzugsansalz enthält 5.0 Gewich tst?i Ic Alcoa A-14. -325 mesh)

A-I Kaolin, Ajax P 0.5

Η,Ο 5.5

A-4	Kaolin, Ajax H₂O	P	0.5 H.25
A-6	Kaolin. Ajax H₂O	P	1.0 6.0
A-8	Kaolin. Ajax H₂O	P	1.0 y.o
A-12	Kaolin. Ajax H,O	P	1.5 9.75

5

4

5

4

309	100% überzug
731	100% Klebstoff
727	100'!-« Klebstoff
512	Κ«)¹"« Klebstoff
11. ÜCIll.

101

3 ,$102

1-ortsct/mig	Chcr/ugsansiil/	Cic'uichlsleik· M	ohs-ilärlL· ruich	5	lliil'llcslipkcil	111 L!	kp L- nr	Ui uchlliiclu*	100% Klebstoff
Prüflina			5ni!i!ii!er UcIviikIIi		325 mesh)
Nr.				5			100% Klebstoff
	(Uberzugsmalerial enthält	5,(H) (			553
Teil B	Kaolin. Ajax P	0.50	Üewichtsleile Alcoa T-61. -	5			100% Klebstoff
A-38	H₂O	5.50			>512	100% Klebstoff
	Kaolin, Ajax P	0.50	4	5
A-40	H₂O	8.25			328	100% Klebstoff	100% Klebstoff
	Kaolin. Ajax P	1.00	4	5
A-42	H₂O	6.00			306	100% überzug
	Kaolin, Ajax P	1.00	4	■5
A-44	H₂O	9.00		Mcoa T-61.	>662	100% überzug
	Kaolin, Ajax P	1.50	4
A-46	H₂O	6,50		-5	640	100% Klebstoff
	Kaolin, Ajax P	1.50	4
A-48	H₂O	9,75		-5	100% Klebstoff
	(Uberzugsmalerial enthält	5.00	4		48 Stunden gemahlen)
Teil C	Kaolin, Ajax P	0,50	Gewichtsteile ,	-5
A-50	H₂O	5.50		Meller-ΑΙ,Ο.,	621
	Kaolin, Ajax P	0.50	4-
A-52	H₂O	8,25		5-6	436
	Kaolin, Ajax P	1,00	4
A-55	H₂O	6.00		575
	(Uberzugsmaterial enthält	5.00	4	. 1-30 μΙΉ)
Teil D	Kaolin, Ajax P	0,50	Gewichtsteile
6	H,O	5,50		620

Tabelle LVIIl

Zunahme der Härte eines Überzugs aus Aluminiumoxyd durch mehrmalise Imprägnierung mit Chromsäur und anschließende Wärmebehandlung bei 648''C

Prüfling Nr. 5

Titanscheibe, 4,8 mm dick, 12,7 mm Durchmesser, Uberzugsdicke ca. 0,5 mm.

Überzugsansatz: 10,0 Gewichtsteile Alcoa T-61 (-325 mesh, 48 Stunden lang kugelgemahlen), 0,1 Gewichtsteil 100% Chromsäure, 7,5 Gewichtsteile H₂O.

Imprägnierlösung 100% H₂CrO₄. Höchsttemperatur der Wärmebehandlung: 648 C.

Anzahl der Jmprägnierungs- und	Rockwell-15-N-Härte
Wärmebehanidlungszyklen
5	83.9
7	91,4
9	929
11	94.4
13	94.8

ST*

103

lö

v7

104

Tabelle LIX

Härte. Haftfestigkeit und Mikroriß-Prüfergebnisse von verschiedenen chemisch behandelten, keramischen überzügen auf verschiedenen Metallsubslraten. Keine Rißbildung bei der Zyglo-Prüfung.

Prüfling Nr. L'iberzuusansat/

(Gewichtslcilel

Anzahl der Hiiric Imprägnierungen mil IUCrC)₄

VrHMVUgV llarifeslig- Uruchfläche dicke keil

kp cm"

Teil A Metallsubstrat aus Titan. 12,7 mm Durchmesser. Keine Nachbehandlung mit H₁PO₄

A-40

Alcoa T-61. -325 mesh (5,0) Kaolin, Ajax P (0,5), H₂O (5,5)

Alcoa T-61, 48 Std. kugelgemahlen (10.0), 100% H₂CrO₄ (0,1). H₂O (7,5)

Alcoa T-61, 96 Std. kugelgemahlen (9.7), Kaolin, Ajax P (0,3). 100% H₂CrO₄ (0,1). H₂O (5,0)

Alcoa T-61, 96 Std. kugelgemahlen (9,7). Kaolin. Ajax P (0,3), 100% H₂CrO₄ (0.1). H₂O (7,5)

13

Mohs 9—10
Vickers (300 g)
1870

ca. 0,25 519

Mohs 9-10 0,22

Vickers (300 g) 2150,
Knoop (100 g) 2023

Mohs 9-10,
Knoop (100 g)
1670

Mohs 9 IO

0,06

0.05

170

192

502

100% Klebstof!

100% überzug

100% Klebstofl

Teil B — Metallsubstrat aus nichtrostendem Stahl 440 C. 50,8 mm Durchmesser. Einmalige Nachbehandlung mit H₃PO₄

440 C-I

H₂SiO₃ (5,0) Fe₃O₄.

Pigment (1,0), Kaolin, Ajax P (1.5), H₂O (8,0)

H₂SiO₃ (2,5), Fe. -325 mesh (2,5).

Kaolin, Ajax P (1.5). H₂O (9,0)

Mohs 9—10. 0,15

Knoop (100 g) 1195.
Vickers (300 g) 1219

Mohs 8—9

0.38

359

n. gem.

100% überzui!

TeilC — Metallsubstrat aus nichtrostendem Stahl 416, 25,4 mm Durchmesser. Einmalige Nachbehandlung mit H₃PO₄

416-1

Cr₂O₃ (1,6), Fe₃O₄ (1,7), H₂SiO₃ (1,7),

Kaolin Ajax P (1,0), H₂O (10.2)

416-2

H₂SiO₃ (5,0),

Kaolin, Ajax P (1,2), H₂O ( )

416-3

Alcoa A-5, -325 mesh (5.0).

H₂SiO₃ (1,0),

Kaolin. Ajax P (0.6). H₁O ( )

Mohs 9—10, 0,1 345

Knoop (100 g) 927 Vickers (300 g) 890

Mohs 9—10, 0,33 391

Knoop (100 g) 769, Vickers (300 g) 777

Mohs 9-10. 0.41 384

Knoop (100 g) 1163. Vickers (300 g) 1177

60% überzug 40% Klebstofl

10% überzug 90% Klebstofl

100% Klebstofl

709 508/18

837

Fortsclzunii

105

106

Prüfling Nr.
tiberzugsansatz

(Gewichtsteile)

Anzahl der Härte Imprägnierungen mit H₂Cr(J₄ Cbcrzugs- Haflfeslig- Hruehflüche dicke keil

mm kp cm"

Teil D — Metallsubstrat aus nichtrostendem Stahl An-355, 12,7 χ 76,2 mm. Einmalige Nachbehandlung mit H₃PO₄

H₂SiO₃ (5,0),

Kaolin, Ajax P (1,0), H₂O (7,5)

H₂SiO₃ (5,0), Fe₃O₄(LO),

Kaolin, Ajax P (1,0), H₂O (8,2)

H₂SiO₃ (3,0), Fe₃O₄ (2,0),

Kaolin, Ajax P (1,0), H₂O (9,2)

Knoop(lOOg) 0,30 470 75% überzug

25% Klebstoff

Knoop(lOOg) 0,15 473 25% überzug

75% Klebstoff

Mohs 9—10, 0,20 565 15% überzug

Knoop(lOOg) 1355, 85% Klebstoff

Vickers (30Og) 1148

Teil E — Metallsubstrat aus Titan, 12,7 χ 50,8 mm. Einmalige Nachbehandlung mit H₃PO₄

A 5 Mohs 9—10 0,45 570

H,SiO, (1,7),

Fe₃O₄ (1,6), Cr₂O₃ (1,6),

Kaolin, Ajax P (1,0), H₂O (10,21

Teil F — Metallsubstrat aus Inconel. Einmalige Nachbehandlung mit H₃PO₄

35 3 Mohs 7 8 0,30 n. gem.

Fe, -325 mesh (5,0),

Kaolin, Ajax P (1.0), H₂O (6,5)

10% überzug 85% Klebstoff

Tabelle LX

Wärmeschockprüfung von chemisch gebundenen überzügen auf verschiedenen Metallsubstraten. Prüfung durch Abschreckung von 648° mit Wasser und Flüssigstickstoff ergab keine Risse oder andere Fehler.

Prüfling Nr.

Oberzugsansalz Gewichtsteile

Teil A A-3

A-5

A-7

A-51

A-39

A-36

A-61

Metallsubstrat aus Titan A, 12,7 mm Durchmesser. 13malige Imprägnierung mit H₂CrO₄. Keine Nachbehandlung mit H₃PO₄.

Alcoa A-14, -325 mesh

Kaolin, Ajax P

H₂O

Alcoa A-14, -325 mesh

Kaolin, Ajax P

H₂O

Alcoa A-14, -325 mesh

Kaolin, Ajax P

H₂O

Alcoa T-61, -325 mesh

Kaolin, Ajax P

H₂O

Alcoa T-61, -325 mesh

Kaolin, Ajax P

H₂O

Alcoa A-14, -325 mesh

Kaolin, Ajax P

H₂O

Al₂O₃, Melier, 99,98%, 1— 30 μπι Kaolin, Ajax P

H₂O 5,0

0.5

8,25

5,0

1,0

6,0

5,0

1,0

9,0

5,0

0,5

5,5

5,0

0,5

5,0

0,5

8,25

5,0

0,5

5,5

1 ö 1 D ODJ 107 108

Fortsel/uiiü

Prüfling Nr.	Ubcr/.ugsansatz	Gewichtsteile	5,0	Anzahl der	H₃PO₄	—
			1,0		mm Durchmesser
			1,5	Imprägnierungen mit
Teil B —	Metallsubstrat aus nichtrostendem !	Stahl 416, 19,1 ι	9,4	H₂CrO₄
C-I	Alcoa A-5, -325 mesh	1,6	5,0		1
	Fe₃O₄	1,7	2,8
	Pigmeni H₂SiO₃	1,7	1,0	13
	Kaolin, Ajax P	1,0	1,6
	H₂O	9,2	1,7
C-3	Alcoa A-5, -325 mesh	3,0	1,7		1
	Fe₃O₄	2,0	1,5	10
	Kaolin, Ajax P	1,0	9,0
	H₂O	8,1
Teil C —	Metallsubstrat aus Inconel, 19,1 mm	Durchmesser		1
C-2	Alcoa A-5, -325 mesh	2,5
	Fe₃O₄	2,5	10
	Kaolin, Ajax P	1,0
	H₂O	8,5		1
C-4	Cr₂O₃	2,5
	H₂SiO₃	2,5	10
	Kaolin, Ajax P	1,0		1
	H₂O	8,5		"chmesse
C-8	H₂SiO₃	3,0
	Fe₃O₄	2,0	7
	Kaolin, Ajax P	1,0
	H₂O	10,2
C-12	H₂SiO₃	5,0	5	1
	Kaolin, Ajax P	1,5	38,1 mm Dui
	H₂O	9,0
Teil D —	Metallsubstrat aus nichtrostendem	Stahl 440C,
C-5	Cr₂O₃	1,6
	Fe₃O₄	1,7		1
	H₂SiO₃	1,7	9
	Kaolin, Ajax P	1,0
	H₂O	10,2		—
Teil E —	MetaDsubstrat aus Titan, 12,7 χ 50,8 mm
C-18	H₂SiO₃
	Fe₃O₄	8
	Kaolin, Ajax P
	H₂O		—
C-48	Alcoa A-3, -325 mesh	3
	100% H₂CrO₄
	H₂O
C-26	Alcoa A-5, —325 mesh
	SnO
	Fe₃O₄	7
	Kaolin, Ajax P
	H₂O

109

110

Tabelle LXI

Beispiele von keramischen Überzugsansätzen, mit denen auf einigen nichtmetallischen Substraten haftfeste

überzüge erzeugt wurden. Einmalige Nachbehandlung mit H₃PO₄. Keine Rißbildung bei der Zyglo-Prüfung.

Prüflinu	Metallsubstrat	D berzugsansau	Gewichisteile	Anzahl der
Nr.				Imprägnierungen
				mit HXKX₁
C-58	Aluminiumoxyd (Al₂O₃)	H₂SiO₃	1,0
		Alcoa A-3, -325 mesh	4,0
		100% H₂CrO₄	2,1
		H₂O	1,0	3
C-55	Berylliumoxyd (BeO)	Cr₂O₃	5,0
		Kaolin, Ajax P	1,0
		H₂O	7,0	2

Harte

Es hat sich ferner gezeigt, daß auch vorwiegend aus Metallpulver bestehende Ansätze zur Bildung von haftfesten, dichten und harten Überzögen auf verschiedenen metallischen und nichtmetallischen Substraten verwendet werden können. In diesem Fall entsteht anscheinend eine feste chemische Bindung zwischen der auf den Metallteilchen vorhandenen Oxydschicht und dem bei der Wärmebehandlung nach der Chromsäureimprägnierung gebildeten Chromoxyd.

Eine Anzahl dieser metailpulverhaltigen Überzugsansätze sind in der Tabelle LXII angegeben. Die mit diesen Ansätzen erhaltenen Überzüge zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Haftfestigkeit aus und zeigten sich in vielen Fällen der im Zusammenhang mit den keramischen Überzügen beschriebenen Wärmeschockprüfung durch Abschrecken mit Flüssigstickstoff und Wasser gewachsen. Diese metaiireichen Überzüge besitzen ferner eine ausgezeichnete Dehnbarkeit. Beispielsweise bewirkt ein Schlag mit einem Körner im allgemeinen nur eine Verdrängung von etwas Überzugsmaterial, so daß eine Delle entsteht, aber kein Absplittern oder Brechen des Überzuges, wie dies bei den meisten der

Tabelle LXII

Metallpulverhaltige Ansätze zur Herstellung von überzügen auf verschiedenen Substraten.

Mohs 6 7

Mohs 6—7

vorher beschriebenen, überwiegend keramischen Über zügen der Fall ist.

In der Tabelle LXlIl sind verschiedene Überzüge au metallischen und nichtmetallischen Substraten angegeben. Einige dieser Überzüge bestehen vorwiegend au· feinpulverigem Siliciumcarbid, Borcarbid, Wolframcarbid und Glas. Bei den Karbiden entsteht vielleicht keine chemische Bindung mit dem Chromoxyd, doch iimgibi dieses zweifellos die Karbidteilchen oder stellt es eine formschlüssige mechanische Verbindung mit sich selbsi und dem Substrat her. Bei einem Üben'.ugsansatz, dei Glaspulver enthält, entsteht wahrscheinlich infolge de; hohen Prozentsatzes an Siliciumoxyd und anderer Oxyden eine chemische Bindung zwischen den Chromoxyd und dem Glas.

Man erkennt, daß noch viele andere metallische unc nichtmetallische Überzüge mit Hilfe einer derartiger nassen Aufschlämmung hergestellt und danach erfin dungsgemäß chemisch gehärtet werden können. Mar kann in dem Überzugsgemisch natürlich auch verschie dene Verstärkungsmaterialien verwenden.

Prüfling Nr.	Metallsubstrat	Mbcrzugsansatz	Chrom, - 325 mesh	Gewichts	Anzahl der
			Kaolin, Ajax P	teile	Imprägnierungen mit
			H₂O		H₂CrO₄ II,PO
Teil A -	Keine Rißbildung oder andere Fehler beim Abschrecken von 648'	Titan, -325 mesh	C in Wasser	oder Flüssigstickstc
C-32	Titan, 12,7 χ 50,8 mm	Kaolin, Ajax P	5,0
		H₂O	1,5
		Titan	5,0	2
C-34	nichtrostender Stahl 440 C,	100% H₂CrO₄	5,0
	38,1 mm Durchmesser	H₂O	1,0
		Titan, 325 mesh	5,3	2
C-36	Inconel, 19,1 mm Durchmesser	Kaolin, Ajax P	5,0
		H₂O	2,1
		Titan, —325 mesh	4,0	3 1
C-37	nichtrostender Stahl 416,	Kaolin, Ajax P	5,0
	19,1 mm Durchmesser	H₂O	0,5
		Bor (amorph)	5,2	3
C-38	nichtrostender Stahl 440 C,	H₂SiO₃	5,0
	38,1 mm Durchmesser	10% H₂CrO₄	0,5
		5,2	2
X-6	Beryllium	2,5
		2,5
		6,0	4

sy

111 112

Fortsetzung

Prüfling Nr. Mciallsubstral übirzugsansatz Gewichts- Anzahl der

teile Imprägnierungen mit

H₂CrO₄ H₃PO₄

Teil B — Keine Rißbildung oder andere Fehler beim Abschrecken von 648° C in Wasser.

C-50 Titan oder Aluminiumoxyd Nickel, —325 mesh 5,0

Kaolin, Ajax P 1,0

H₂O 3,0 3 1

C-53 nichtrostender Stahl 440 C Wolfram, -325 mesh 5,0

Cr₂O₃ 2,1

H₂O 2,0 3 1

C-54 nichtrostender Stahl 416 nichtrostender Stahl 316, 5,0

oder BeryHiumoxyd —325 mesh

Kaolin, Ajax P 1,0

H₂O 4,0 3 1

Tabelle LXIII

Verschiedene Ansätze zur Rildung von überzügen auf metallischen und nichtmetallischen überzügen.
Dreimalige Imprägnierung mit H₂CrO₄. einmalige Nachbehandlung mit H₃PO₄. Uberzugsdicke ca. 0,25 mm.

Prüflinc Nr. Metallsubslral

C-52 nichtrostender Stahl 440 C

oder Titan

C-56 Titan + Inconei

N-20 nichtrostender Stahl 440 C,

38,1 mm Durchmesser

Es ist ferner festgestellt worden, daß nach mehreren säure durch Umwandlung derselben gebildete Chrom-

Chromsäurebehandlungen mit jeweils anschließender oxyd eine feste chemische Bindung mit der porösen

Wärmebehandlung auf den frei liegenden Flächen vieler Oxydschicht herstellt, die sich auf dem Metall gebildet

der Metallsubstrate ein dünner, aber sehr harter, zäher hat. Bei Verwendung von schwer oxydierbaren Metal- und äußerst haftfester Überzug vorhanden war. 45 len. wie Titan, hat es sich gezeigt, daß ein dickerer und

In Versuchen wurde dann gezeigt, daß diese sehr zäherer Überzug gebildet wird, wenn das Metall vor der

dünnen, dunkelgrünen Schutzüberzüge ohne weiteres mehrmaligen Imprägnierung mit Chromsäure und

auf Metallen wie nichtrostendem Stahl der Reihe 400, jeweils anschließender Wärmebehandlung oxydiert

Titan, inconei und Aluminium gebildet werden können. wird. Die Härte der auf diese Weise erzeugten, sehr Der Überzug ist auch auf Beryllium, Kupfer, Stahl und 50 dünnen Überzüge ist zwar nur schwer meßbar, doch

nichtrostendem Stahl der Serie 300 aufgetragen ergeben Ritzprüfungen nach mehrmaliger Chromsäure-

worden, war in diesen Fällen jedoch etwas weniger behandlung und jeweils anschließender Wärmebehand-

haftfest. lung gewöhnlich eine Mohs-Härte von mindestens 8—9.

Man nimmt an, daß fast jedes Metall, auf dem sich Vorstehend wurden die derzeit bevorzugten Ausfüh-

eine haftfeste Oxydschicht bildet, auf diese Weise 55 rungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die jedoch

einwandfrei geschützt werden kann. Wie vorstehend im vom Fachmann im Rahmen des Erfindungsgedankens

Zusammenhang mit keramischen und Metallüberzügen abgeändert werden können, so daß die Erfindung auf

erwähnt worden ist, nimmt man an, daß das bei der diese Beispiele nicht eingeschränkt ist.
Wärmebehandlung nach der Behandlung mit Chrom-

t_'berzugsansatz	Gewichts- leilc	Mohs-Hartc
Siliciumkarbid	5,0
100% H₂CrO₄	2,1
H₂O	1,0	6—7
Borkarbid	5,0
H₂CrO₄	2,1
H₂O	2,5	6-7
Titanoxyd-Bleiglas, - 325 mesh	5,0
10% H₂CrO₄	2,0	n. ücrn.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von harten, feuerfesten, aus Oxydkeramik bestehenden Körpern, bei welchen durch wenigstens einmaliges Imprägnieren eines zuvor erzeugten Körpers mit einer Lösung einer Metallverbindung, welche durch Erhitzen in ein Metalloxyd überführbar ist, und nachfolgend wenigstens einmalige Erhitzung des imprägnierten Körpers eine Härtung desselben hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß feinzerteilte Teilchen, die wenigstens an ihrer Oberfläche teilweise aus wenigstens einem Metalloxyd bestehen und zu einem porösen ungesinterten Formkörper verarbeitet worden sind, mit der Lösung imprägniert und nachfolgend erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Gefüge dadurch gebildet wird, daß eine dichtgepackte Masse von feinverteilten Teilchen des Oxyds in die gewünschte Endform des keramischen Körpers gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Härtemittel eine Metallverbindung ist, die durch die Wärmebehandlung in das Oxyd des Metalls umwandelbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Härtemittel Chromsäure ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromsäure eine Lösung von Chromtrioxyd in Wasser ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge auf eine Temperatur von 315—315°C erhitzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnieren des Gefüges mit dein Härtemittel und die Wärmebehandlung des Gefüges bis zur Erzielung der geforderten Härte wiederholt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxyd ein Oxyd des Aluminiums, Bariums, Berylliums, Bors, Calciums, Cers, Chroms, Kobalts, Kupfers, Galliums, Hafniums, Eisens, Lanthans, Magnesiums, Mangans, Molybdäns, Nickels, Niobs, Siliciums, Tantals, Thoriums, Zinns, Titans, Wolframs, Urans, Vanadiums, Yttriums, Zinks oder Zirkons oder ein Gemisch von zwei oder mehreren dieser Oxyde ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Härtemittel eine Lösung ist, die Cer(IlI)-nitrat, Zirkonylchlorid, Kobalt- oder Nickelnitrat, Titanoxalat, Kieselwolframsäure, Magnesiumchromat, Berylliumnitrat, Chromtrioxyd, Chromsulfat oder Chromchlorid enthält.

10. Verfahren nach einem (der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß das poröse Gefüge einen beträchtlichen Gehalt an Verstärkungsfasern besitzt, die auch in dem ausgehärteten Körper als solche vorhanden sind.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Nachbehandlung, in welcher das Gefüge mit Phosphorsäure imprägniert und danach durch Erhitzen weiter gehärtet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Metalloxyd vor dem Formen des porösen Gefüges Kaolin oder ein anderes Bindemittel gemischt wird, das den Zusammenhalt der Teilchen bei der nachfolgenden Behandlung des porösen Gefüges verbessert

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Gefüge durch Strangpressen, Schlammguß oder Formpressen hergestellt worden ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromsäure oder das sonstige Härtemittel in das Metalloxyd vor der Bildung des porösen Gefüges eingeführt worden ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Gefüge wenigstens teilweise aus gesinterten Schleifmittelkörnern besteht

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Gefüge in Form eines Überzuges auf einem Blech gebildet worden ist, mit dem der Überzug durch die anschließende Wärmebehandlung und Härtung des Gefüges verbunden wird.