Oberflächenbehandlung durch Ionenimplantation

[thesaurus]

Hallo allerseits,

mich würde interessieren, ob es hier dazu Erfahrungswerte gibt oder ob Hersteller von Messerklingen diese Technik verwenden.
Es können so gut wie alle Elemente (von Stickstoff über Kohlenstoff zu Vanadium, Molybdän oder Chrom) in die Oberfläche eingeschossen werden ohne die bestehende Oberflächengüte zu beeinträchtigen.
Patent zur Erläuterung.
Es handelt sich dabei nicht um eine Beschichtung im eigentlichen Sinn, da die Atome in variabler Tiefe in das Material eingeschossen werden.
Es erfolgt eine Verdichtung z.B. durch den Einschuß von Stickstoffionen, was die Standfestigkeit erhöhen sollte.
Die Zähigkeit oder Elastizität der Klinge insgesamt wird nicht beeinträchtigt, weil sich die Eindringtiefe im Bereich bis zu einigen Mikrometern steuern läßt.
Die Oberfläche sollte sich also recht erfolgreich härten lassen.

Wenn hier Interesse oder Bedarf besteht, könnt ihr mir gerne eine pm schicken.
ich habe im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit Zugang zu einem Ionenimplanter, der beliebige Elemente im Vakuum mit bis zu 200keV einschießt.
Beschränkungen gibt es hinsichtlich der Baugröße. 20cm-Klingen sind eher nicht möglich.

noch etwas Literatur dazu

 

[thesaurus]

Frage an Euch:
Welches sind aktuell die beliebtesten/hochwertigsten Stähle zur Messerherstellung?
Zählt dazu z.B. 1.3343 S 6-5-2 ?
dafür hätte ich schon einige Werte was die Verschleißminderung angeht.
Grob gesagt sollte dieses Material mit Stickstoff implantiert 5x länger durchhalten als ohne Behandlung.

 

[felix49]

Hallo,
Das liest sich interessant ! Frage: Kann so eine Ionenimplantierung bei einem bereits wärmebehandelten und geschärften Messer durchgeführt werden? Die Einschätzung unserer Materialexperten wäre auch spannend! (z.B. von Herbert, Roman Landes oder wer sonst noch vom Fach ist.)
Gruss
Felix

 

[thesaurus]

Hallo,
Das liest sich interessant ! Frage: Kann so eine Ionenimplantierung bei einem bereits wärmebehandelten und geschärften Messer durchgeführt werden? Die Einschätzung unserer Materialexperten wäre auch spannend! (z.B. von Herbert, Roman Landes oder wer sonst noch vom Fach ist.)
Gruss
Felix

Ja, der Prozess müßte sogar mit der geschärften Klinge durchgeführt werden, denn wenn man es mit einem Rohling macht, würde man beim Schleifen die implantierte Schicht wegnehmen.
Frage meinerseits: Auf welche Temperatur kann man die üblichen Messerstähle bedenkenlos erhitzen? Also die fertigen Klingen mein ich. Sind 450 C° drin?
Das hat sich als ideale Temperatur zur Stickstoffimplantation herausgestellt, es geht aber auch weniger.

 

[felix49]

Sind 450 C° drin?

Meines Wissens werden die meisten C-Stähle um die 200°C angelassen. Eine Temperatur von 450°C würde das Messer ruinieren.

 

[thesaurus]

Gut zu wissen, die Temperatur ist allerdings weniger entscheident als die Zusammensetzung des Zielmaterials.
Stickstoff funktioniert gut bei Hartmetallen. Titan, Kohlenstoff oder Chrom wiederum bei anderen Legierungen.

 

[felix49]

Deinen Ansatz halte ich für vielversprechend, allerdings bezweifle ich die Umsetzung für Messerklingen. Da geht es nicht um Reibungsfestigkeit, sondern um Schneidkantenstabilität und Feinheit der Geometrie an der Nullgrenze über möglichst lange Zeit(z.B.Rasiermesser). Eine Oberflächenvergütung würde imho wie bei einer Keramikschneide beim Nachschärfen eher zu Nachteilen führen.

 

[thesaurus]

Es ist natürlich möglich, daß das Verfahren für Messerklingen nicht die Paradeanwendung ist. Der Grund warum es nicht gemacht/versucht wird, sind aber vermutlich die Kosten.
Wenn man einen geeigneten Implanter kommerziell mieten wollte, wird das pro Klinge >1000€ kosten.
Wieviel nimmt man bei einem Schärfeschliff an Material in der Tiefe weg? Mehr als 10µm? Das wäre ungünstig, denn tiefer dringen die Ionen kaum ein.
Ich gehe mal von meinem Taschenmesser aus S30V Stahl aus: Wenn ich das nach moderater Benutzung nach 2 Jahren schleifen muß und die Standfestigkeit um den Faktor 5 erhöhen könnte, müßte ich es im Prinzip gar nicht mehr schleifen.
Tests an Wendeschneidplatten in Drehmaschinen haben ergeben, daß die Standzeit um den Faktor 4 erhöht werden konnte. Warum gilt das nicht für Messerklingen?

 

[Haebbie]

Buck hat das gemacht und angeboten.
IonFusion genannt. Ich meine ich hätte
ein 110 oder ein 119 mit so einer
Klinge. Der einseitige Schliff ist in
Amiland aber offenbar nicht angekommen.
Wenn gewünscht kann ich nach mehr Infos
forschen

Haebbie

 

[thesaurus]

einseitiger Schliff leuchtet ein, weil auf der anderen Seite die ionisierte Schicht nicht beschädigt werden soll.
Schärfen ist bei dieser Technik einfach keine gute Idee, aber vielleicht nicht mehr notwendig.

buckcote-knives

Offensichtlich konnte Buck diese Dinger zu einem vertretbaren Preis fertigen, aber wie ausgereift ihre Technik war, weiß man halt nicht.
Nach meiner Schätzung könnte man so 5 Klingen gleichzeitig ionisieren, was bei 5x10¹⁷ eingeschossenen Atomen/cm² unseren Implanter einen Tag belegen würde.
Wollte man das kommerzialisieren, käme man alleine für diese Bearbeitung auf 300€/Klinge.
Will man es perfektionieren, müßte man Testreihen für jedes Klingenmaterial anstellen, um die perfekte Kombination implantiertes Element/Klingenmaterial zu suchen.
Das Ergebnis dürfte aber schon beeindruckend sein. Die ionisierte Schicht kann eine Härte von 90 Rockwell (HRA) erreichen

 

[Haebbie]

Das Buckote-Verfahren verwendet
Zirconium- oder Titaniumnitrid oder anderen
Materialien.

Das Verfahren hatte nicht nur
Serienreife, Buckote wurde auch, zwar mit
mäßigem Erfolg, gleich bei vielen Messern
Angeboten. Die Ergebnisse sind, was die
Schnitthaltigkeit angeht, phänomenal.
Nachschleifen unnötig, da der weichere
Basisstahl eher abreibt als die hauchdünne
Schneidlage.

Haebbie

 

[luftauge]

...
Tests an Wendeschneidplatten in Drehmaschinen haben ergeben, daß die Standzeit um den Faktor 4 erhöht werden konnte. Warum gilt das nicht für Messerklingen?

Das wird vermutlich oder sogar ziemlich sicher daran liegen, dass Wendeschneidplättchen in zwangsgeführten Werkzeugen verwendet werden, die zwar höhere Kräfte aufnehmen und ausüben, aber über die Benutzungszeit her gleichmäßiger belastet werden - sozusagen "kein Linkshänder an der Klinge"
Immer der gleiche Angriffswinkel/Schneidwinkel (je nach Werkstoff und Arbeitsziel), gleiche Schnittgeschwindigkeit (idealerweise immer dem Bedarf angepasst) und Materialwiderstand , gleiches, "homogenes" Schnittgut (Werkstück) im Idealfall ohne böse Überraschung, ...

Ich meine mich zu erinnern, das Richard Kapeller auch mal mit dieser Technik ein Messer aus Titan angefertigt hat, einseitig mit TiN/TiC beschichtet, durfte auch nur einseitig geschärft werden.

Gruß Andreas

 

[felix49]

Wollte man das kommerzialisieren, käme man alleine für diese Bearbeitung auf 300€/Klinge.

Was macht den Prozess nach Deiner Einschätzung so teuer? 1994 habe ich eine Festplatte mit 1 Gigabyte von IBM für 800 Mark gekauft. Heute bekomme ich 1 Terrabyte (das Tausendfache)für 50.- € bei Aldi.

 

[luftauge]

@felix49:
Mir scheint die Frage anders, bzw. gar nicht gestellt werden zu müssen:
"Wenn sich X Interessierte finden, wird der Preis schlagartig erheblich günstiger..." - ist zwar so nicht unbedingt zwischen den Zeilen zu lesen, drängt sich aber auf. Der TO sucht Kunden für dieses Verfahren oder kennt jemanden, der es anbietet. Meine Nase juckt bei solchen Annäherungen an ein Thema immer noch sehr deutlich...

Ist alles sehr dezent hinter der Frage nach Wissen und Information um dieses Verfahren und die mögliche Zielgruppe Anwendern von *Hand*messern verborgen. Früher hätte man das direkt in die Runde gefragt und nicht erst umständlich möglicherweise vorhandenes Wissen und Spezifikationen dieser Zielgruppe abgefragt...

Gruß Andreas