CN109996852A - 具有包覆的填料颗粒的金属混合磨轮 - Google Patents

具有包覆的填料颗粒的金属混合磨轮 Download PDF

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Abstract

所公开的各种实施方案涉及磨料制品。所述磨料制品包含金属基体组分、分散在所述金属基体组分内的磨料颗粒组分；和分散在所述金属基体组分内的填料颗粒组分。填料颗粒组分的一部分被第一金属层至少部分地包覆。另外，所述磨料颗粒组分的硬度大于所述填料颗粒组分的硬度。

Description

具有包覆的填料颗粒的金属混合磨轮
背景技术
磨料制品的性能的一种量度是形成磨料制品的组分所形成的粘结的完整性。如果粘结太弱，则磨料制品可能易于过早失效。然而，考虑到可在磨料制品中发现的不同类型的组分，可能难以确保整个制品中的良好粘结。
发明内容
根据各种实施方案，本公开提供一种磨料制品。所述磨料制品包含金属基体组分、分散在所述金属基体组分内的磨料颗粒组分；和分散在所述金属基体组分内的填料颗粒组分。填料颗粒组分的一部分被第一金属层至少部分地包覆。另外，所述磨料颗粒组分的硬度大于所述填料颗粒组分的硬度。
根据各种实施方案，本公开提供了一种使用磨料制品的方法，其中所述磨料制品是轮。所述磨料制品包含金属基体组分、分散在所述金属基体组分内的磨料颗粒组分；和分散在所述金属基体组分内的填料颗粒组分。填料颗粒组分的一部分被第一金属层至少部分地包覆。另外，所述磨料颗粒组分的硬度大于所述填料颗粒组分的硬度。使基材与轮接触，并且使所述轮相对于所述基材旋转。
根据各种实施方案，形成磨料制品的方法包括用第一金属层至少部分地包覆填料颗粒组分。所述方法还包括将经至少部分地包覆的填料颗粒组分、所述金属基体和树脂混合以形成混合物。将磨料颗粒组分加入所述混合物中，并将所述混合物进一步混合。然后使所述混合物与模具接触。
本发明的磨料制品包括各种优点，其中一些是意料不到的。例如，根据本公开的一些实施方案，与不包含经至少部分地包覆的填料颗粒组分的相应制品相比，填料颗粒组分的填料颗粒与金属基体组分之间的粘结在强度上增加。根据本公开的一些实施方案，在磨料制品的操作期间，与使用具有较少或没有经至少部分地包覆的填料颗粒组分的相应磨料制品在相同条件产生相同的总切割量相比，当使用该制品时消耗更少的功率以产生8mm3/mm/sec的总切割量。在各种实施方案中，至少由于粘结结构的较高强度，可以将更大量的填料颗粒并入粘结结构中，从而产生更自由的切割结构，其在磨削操作中利用更少的功率。在各种实施方案中，与具有等量未包覆填料颗粒的磨料制品相比，当使用较少量的包覆填料颗粒时可以产生更强的结构，从而产生保持其形式更长并且在切割期间还具有更低功率要求的结构。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记描述多个视图中的基本上相同的组件。附图通常以举例的方式示出，但不受限于本文档中讨论的各种实施方案。
图1示出了根据各种实施方案的磨轮。
图2是根据各种实施方案的磨轮的一部分的剖视图。
图3是显示各种磨料制品的功率分布的曲线图，其中心轴功率在y轴上以KW示出。
图4是显示各种磨料制品的功率分布的另一曲线图，其中心轴功率在y轴上以KW示出。
具体实施方式
现在将详细参照本发明所公开主题的特定实施方案，其示例在附图中说明。虽然本发明所公开的主题将结合所列举的权利要求来描述，但应当理解，示例性主题不旨在将权利要求限制于所公开的主题。
在该文档中，以一个范围格式表达的值应当以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的极限明确列举的数值而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确列举了每个数值和子范围一样。例如，范围“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”应当解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括在指示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％、和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另外指明，否则表述“约X至Y”具有与“约X至约Y”相同的含义。同样，除非另外指明，否则表述“约X、Y或约Z”具有与“约X、约Y或约Z”相同的含义。
在该文档中，除非上下文清楚地指明，否则术语“一”、“一个”或“该”用于包括一个或多于一个。除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。此外，表述“A和B中的至少一个”具有与“A、B，或者A和B”相同的含义。此外，还应当理解，本文所用且未另外定义的措辞或术语仅出于说明的目的而不具有限制性。部分标题的任何使用均旨在有助于文档的理解且不应当解释为是限制性的；与部分标题相关的信息可在该特定部分内或外出现。
在本文所述的方法中，除了明确列举了时间或操作序列之外，可以任何顺序进行各种行为而不脱离本发明原理。此外，规定的行为可同时进行，除非明确的权利要求语言暗示它们单独地进行。例如，进行X的受权利要求保护的行为和进行Y的受权利要求保护的行为可在单个操作中同时进行，并且所得的过程将落入受权利要求保护的过程的字面范围内。
如本文所用，术语“约”可允许例如数值或范围的一定程度的可变性，例如在所述值或所述范围极限的10％内、5％内或1％内，并且包括确切表述的值或范围。
如本文所用，术语“基本上”是指大部分或大多数，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或至少约99.999％或更多、或100％。
图1和图2示出了磨轮10。在一些应用中，磨轮10可用于加工硬质和/或脆性材料，诸如碳化钨。此类材料可以存在于用于工具的工件中，诸如钻头或铣削工具。
如图1所示，磨轮10包括芯12和磨料制品14。如本文所述，磨料制品14可以由设置在金属基体和树脂中的磨料颗粒和填料颗粒形成。磨料制品14形成外接芯12的边缘。芯12可由较少磨蚀的或在某些情况下较便宜的材料，例如钢或一些其他金属制成。或者，芯12可以由(例如)聚合物材料制成。芯12也可包含多于一种的材料。例如，芯12可以部分地由金属(例如钢或铝)并且部分地由聚合物材料制成。芯12可为磨料制品14提供结构支撑。芯12可以设置有通孔或腔体16，使得磨轮10可以安装在心轴(未示出)上，以进行旋转运动。
图2示出磨料制品14的截面图。如图所示，磨料制品14包含金属基体组分，其包含金属构件，例如青铜颗粒18和合金20。金属基体组分可以充当将磨料颗粒组分和填料颗粒组分保持在一起的粘结剂。金属基体组分还可包含聚合物粘结剂，该聚合物粘结剂可包括聚酰亚胺。磨料制品14还包含磨料颗粒组分，所述磨料颗粒组分包含嵌入金属基体组分内的磨料颗粒22。磨料制品14还包含填料颗粒组分，所述填料颗粒组分包含嵌入金属基体组分内的填料颗粒24。磨料颗粒22具有比填料颗粒24更高的硬度。如图所示，填料颗粒24被第一金属层26至少部分地包覆。
每种组分占磨料制品14的不同体积百分比(体积％)和重量百分比(重量％)。例如，金属基体组分可以在磨料制品14的约10重量％至约50重量％，或者磨料制品14的约20重量％至约40重量％，或者磨料制品14的小于、等于或大于15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％的范围内。另外，金属基体组分可以在磨料制品14的约40体积％至约90体积％，或磨料制品14的约50体积％至约80体积％，或者磨料制品14的小于约、等于约或大于约40体积％、45体积％、50体积％、55体积％、60体积％、65体积％、70体积％、75体积％、80体积％或85体积％的范围内。
如图2所示，金属基体组分包含多个金属颗粒。平均而言，约50重量％至约100重量％，或90重量％至约100重量％，或者小于、等于或大于55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的金属颗粒的硬度低于磨料颗粒组分的硬度。在一些示例中，单个金属颗粒的硬度范围为约2莫氏硬度至约8莫氏硬度，或约4莫氏硬度至约6莫氏硬度，或小于、等于或大于3莫氏硬度、4莫氏硬度、5莫氏硬度、6莫氏硬度或7莫氏硬度。
单个金属颗粒可包含一种或多种不同的金属、合金、或它们的组合。例如，金属基体组分的金属颗粒可包含元素锡、元素银、元素铜、青铜、其合金或它们的混合物。
在一些示例中，金属颗粒是100重量％的青铜。在其他示例中，金属颗粒可以包含其他金属，使得青铜在磨料制品14的约10重量％至约50重量％，或者磨料制品14的约20重量％至约30重量％，或者磨料制品14的小于、等于或大于15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％或45重量％的范围内。就磨料制品14的重量百分比而言，青铜可以在磨料制品14的约10体积％至约40体积％，或者约20体积％至约50体积％，或者磨料制品14的小于、等于或大于15体积％、20体积％、25体积％、30体积％、或35体积％的范围内。青铜可包括各种不同等级的青铜中的一种或多种。合适等级的青铜的示例包括50/50青铜、40/60青铜和60/40青铜。
除了青铜之外，可以包含在金属基体中的其他金属包括元素银、元素铜和元素锡的合金。该合金可以与另一种金属如青铜结合使用以形成金属基体组分。该合金也可以单独使用，使其占金属基体组分的100％。该合金可在磨料制品14的约10重量％至约50重量％，或者磨料制品14的约20重量％至约50重量％，或者磨料制品14的约15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、或55重量％的范围内。另外，合金的范围可以在磨料制品14的约10体积％至约50体积％，或磨料制品14的约20体积％至约40体积％，或者小于、等于或大于15体积％、20体积％、25体积％、30体积％、35体积％、40体积％或45体积％的范围内。
合金内的元素银、元素铜和元素锡的相应量可以选自各种量。例如，元素银可在合金的约1重量％至约20重量％，或者合金的约5重量％至约15重量％，或者合金的小于、等于或大于5重量％、10重量％、或15重量％的范围内。元素铜可在合金的约30重量％至约60重量％，或者，合金的约40重量％至约50重量％，或者合金的小于、等于或大于35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、或55重量％的范围内。元素锡可在合金的约30重量％至约60重量％，或者合金的约40重量％至约50重量％，或者合金的小于、等于或大于35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、或55重量％的范围内。在一些示例中，合金是10重量％的元素银、45重量％的元素铜和45％的元素锡。
金属基体组分还可包含与金属颗粒混合在一起的聚合物粘结剂，使得聚合物粘结剂和金属颗粒形成连接的网络。聚合物试剂的使用可以允许微调金属基体的性质以使其适应不同种类的磨料颗粒。在一些示例中，聚合物粘结剂可以是聚酰亚胺或包含聚酰亚胺的组合物。使用聚酰亚胺的一个益处是它具有耐热性并且可以在磨料制品形成期间承受高温。
填料颗粒组分分散在金属基体组分中。填料颗粒组分可具有可有助于磨削的润滑性质。例如，填料颗粒组分可以促进与基材的更好接触，这可以降低使用磨料制品的装置的功率消耗。填料颗粒组分可在磨料制品14的约5体积％至约40体积％，或磨料制品14的约15体积％至约30体积％，或者磨料制品14的小于、等于或大于10体积％、15体积％、20体积％、25体积％、30体积％或35体积％的范围内。另外，填料颗粒组分可在磨料制品14的约2重量％至约20重量％，或者磨料制品14的约5重量％至约10重量％，或者磨料制品14的小于、等于或大于5重量％、10重量％、或15重量％的范围内。填料颗粒组分可包含多个填料颗粒24。平均而言，每个填料颗粒24的硬度小于磨料颗粒组分的硬度。例如，填料颗粒24的硬度平均可以在约0.5莫氏硬度至约8莫氏硬度，或约0.5莫氏硬度至约4莫氏硬度，或约1莫氏硬度、2莫氏硬度、3莫氏硬度、4莫氏硬度、5莫氏硬度、6莫氏硬度或7莫氏硬度的范围内。合适的填料颗粒24的示例包括石墨颗粒、氮化硼颗粒(例如六方氮化硼颗粒)、玻璃颗粒、氮化硅颗粒、粘结剂焦炭颗粒或它们的混合物。
在磨料制品14的一些示例中，填料颗粒组分主要由石墨颗粒形成。例如，约50重量％至约100重量％，或约90重量％至约100重量％，或者小于、等于或大于55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的填料颗粒24是石墨颗粒。
与其他填料颗粒一起的石墨是良好的润滑剂。填料颗粒24和金属基体组分之间的良好粘合性可以促进磨料制品的充分性能。然而，潜在的问题是当填料颗粒24与金属基体组分和磨料颗粒组分混合时，填料颗粒24和基体组分之间的粘结可能会减弱。例如，当石墨填料颗粒与磨料颗粒组分或金属基体组分接触时，石墨填料颗粒可涂抹。石墨的涂抹会削弱磨料制品14的组分之间的粘合性。然而，用第一金属层26至少部分地包覆填料颗粒24可以促进与金属基体组分的良好粘合性，同时基本上防止涂抹。
填料颗粒组分的该部分的填料颗粒24被包覆的程度可以选自多个值，包括以每个填料颗粒24被包覆的程度和以被包覆的填料颗粒24的数量。例如，约20重量％至约100重量％，或约50重量％至约100重量％，或约25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的填料颗粒24可以被至少部分地包覆。在那些包覆的填料颗粒24中，填料颗粒组分的该部分的那些填料颗粒24的约20％至约100％，或约80％至约100％，或小于、等于或大于25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％的表面积被第一金属层26包覆。
第一金属层26可在填料颗粒组分的约0.1重量％至约40重量％，或约1重量％至约10重量％，或小于、等于或大于0.5重量％、1重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％或35重量％的范围内。第一金属层26的厚度可以在约0.1微米至约5微米，或约0.1微米至约1微米，或者小于、等于或大于0.5微米、1微米、1.5微米、2微米、2.5微米、3微米、3.5微米、4微米或4.5微米的范围内。
第一金属层26可以是连续层。这在图2中示出，其中第一金属层26被完全连接。或者，第一金属层26可以是不连续层。例如，第一金属层26可以由沿填料颗粒24分散的许多斑块或球形成。
第一金属层26包含至少一种金属。所述一种或多种金属可以在第一金属层26的约70重量％至约100重量％，或约90重量％至约100重量％，小于、等于或大于75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的范围内。所述至少一种金属可以是任何合适的金属，例如元素铜、元素锡、元素银、青铜、元素铬、元素钛或或它们的合金。驱动决定使用哪种金属或合金的因素可包括在第一金属层26和金属基体组分之间形成的粘结的强度。另外，可以选择特定金属，因为其硬度小于磨料颗粒组分的硬度。根据一些示例，第一金属层26基本上不含元素镍、其合金或它们的组合。
在磨料制品14的一些另外的示例中，第二金属层可以至少部分地包覆填料颗粒组分。第二金属层可以包覆已经被第一金属层26至少部分地包覆的填料颗粒24。即，第二金属层可以基本上包覆第一金属层26或被至少部分地包覆的填料颗粒24的未包覆部分。第二金属层可以包覆尚未被第一金属层26包覆的填料颗粒24。第二金属层可以共享第一金属层26的许多特征，包括层的厚度和它在每个填料颗粒24中所占的重量百分比。另外，第二金属层可以包含适合于第一金属层26的本文所述的任何金属或合金，其可以与包含在第一金属层26中的金属或合金相同或不同。
如图2所示，在第一金属层26、金属基体和磨料颗粒组分中的至少一个之间形成界面。如本文所述，当组分之间的连接的完整性增加时，磨料制品14的性能增加。因此，在界面处形成的连接可有助于改善磨料制品14的性能。在包含第二金属层的磨料制品14的示例中，界面可形成在第一金属层26、第二金属层、金属基体组分和磨料颗粒组分中的至少一个之间。
磨料颗粒组分可在磨料制品14的约10体积％至约40体积％，或约20体积％至约30体积％，或者小于、等于或大于15体积％、20体积％、25体积％、30体积％或35体积％的范围内。磨料颗粒组分可以在磨料制品14的约5重量％至约40重量％，或约10重量％至约20重量％，或者小于、等于或大于10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％或35重量％的范围内。
磨料颗粒组分包含多个磨料颗粒22。平均而言，磨料颗粒22的硬度在约6莫氏硬度至约12莫氏硬度，或约7莫氏硬度至约9莫氏硬度，或小于、等于或大于7莫氏硬度、8莫氏硬度、9莫氏硬度、10莫氏硬度或11莫氏硬度的范围内。磨料颗粒22可选自各种合适的磨料颗粒中的任一种，例如金刚石颗粒、立方氮化硼颗粒或它们的混合物。
磨料颗粒组分中每个磨料颗粒22的量可以选自各种合适的量。例如，约50重量％至约100重量％的磨料颗粒22可以是金刚石颗粒，或约90重量％至约100重量％，或者小于、等于或大于55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的磨料颗粒22可以是金刚石颗粒。
如图2所示，在某些情况下，可能希望以与填料颗粒24类似的方式用第三金属层28包覆磨料颗粒22。这可以促进磨料颗粒22与金属基体组分和填料颗粒24之间的更好粘结。磨料颗粒组分的磨料颗粒22被包覆的程度可以选自各种值，包括以每个磨料颗粒22被包覆的程度和以被包覆的磨料颗粒24的数量。例如，约20重量％至约100重量％的每个磨料颗粒22可被至少部分地包覆，或约50重量％至约100重量％，或约25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的每个磨料颗粒22可被至少部分地包覆。在那些包覆的磨料颗粒22中，那些磨料颗粒22的约20％至约100％的表面积被第三金属层28包覆，或那些磨料颗粒22的约80％至约100％，或者小于、等于或大于25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％的表面积被第三金属层28包覆。
第三金属层28可在磨料颗粒组分的约1重量％至约40重量％，或约1重量％至约10重量％，或小于、等于或大于5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％或35重量％的范围内。第三金属层28的厚度可以在约0.1微米至约5微米，或约0.1微米至约1微米，或者小于、等于或大于0.5微米、1微米、1.5微米、2微米、2.5微米、3微米、3.5微米、4微米或4.5微米的范围内。
第三金属层28可以是连续层。这在图2中示出，其中第三金属层28被完全连接。或者，第三金属层28可以是不连续层。例如，第三金属层28可以由沿磨料颗粒22分散的许多斑块或球形成。
第三金属层28包含至少一种金属。所述金属可以在第三金属层28的约70重量％至约100重量％，或约90重量％至约100重量％，小于、等于或大于75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的范围内。特定金属可以是许多不同金属中的一种，包括元素铜、元素锡、元素银、青铜或它们的合金。驱动决定使用哪种金属或合金的因素可包括在第三金属层28和金属基体组分之间形成的粘结的强度。另外，可以选择特定金属，因为其硬度小于磨料颗粒22的硬度。根据一些示例，第三金属层28基本上不含元素镍、其合金或它们的组合。
在磨料制品14的一些另外的示例中，第四金属层可以至少部分地包覆磨料颗粒组分。第四金属层可以包覆已经被第三金属层28至少部分地包覆的磨料颗粒22。即，第四金属层可以基本上包覆第三金属层28或被至少部分地包覆的磨料颗粒22的未包覆部分。另外，第四金属层可以包覆尚未被第三金属层28包覆的磨料颗粒22。第四金属层可以共享第三金属层28的许多特征，包括层的厚度和每个磨料颗粒22的重量百分比。另外，第四金属层可包含第三金属层28的任何金属或合金。或者，第四金属层可包含至少一种不同于第三金属层28的金属的金属。
如图2所示，在第三金属层28、金属基体组分和磨料颗粒组分中的至少一个之间形成界面。当其中的组分之间的连接的完整性增加时，磨料制品14的性能可增加。因此，在界面处形成的连接可有助于改善磨料制品14的性能。在包含第四金属层的磨料制品14的示例中，界面可形成在第一金属层26、第三金属层、金属基体和填料颗粒组分的任何组合之间。
与填料颗粒24类似，可以形成第一金属层26、第二金属层、金属基体组分、磨料颗粒组分、第三金属层28和第四金属层的任何组合之间的界面。这可以改善磨料制品14的性能。
根据各种示例，使用磨料制品14的方法包括使基材与包括磨料制品14的轮接触。然后可以使轮相对于基材旋转。当轮旋转时，材料从基材上取下。磨料制品14可以非常适于机加工硬质或脆性材料，诸如碳化钨。此类材料可以存在于用于工具的前体工件中，例如钻头或铣削工具。
如本文所述，诸如碳化钨的材料是硬质或脆性的。这可以增加由并入磨料制品14的装置所消耗的功率量。然而，如本文示例中所示，与在相同的条件下使用具有较少或没有经至少部分地包覆的填料颗粒组分的相应的制品产生相同的总切割量相比，使用磨料制品14的装置消耗更少的功率以产生8mm3/mm/sec的总切割量。
根据各种实施方案，形成磨料制品14的方法包括用第一金属层26或第二金属层至少部分地包覆填料颗粒组分的填料颗粒24。将经至少部分地包覆的填料颗粒24与金属基体组分的金属和树脂(例如聚酰胺树脂)混合以形成混合物。充分混合后，将磨料颗粒组分的磨料颗粒22加入混合物中，并进一步混合该混合物。磨料颗粒22可任选地包覆有第三金属层28或第四金属层。
在混合物的充分混合之后，可以将混合物沉积在模具内。在一些示例中，芯12可以预先设置在模具内，使得磨料制品14围绕芯12形成。在不包括芯12的示例中，则模具可以是混合物沉积在其中的开放结构，其中磨料制品14可以在后修饰步骤中粘附到芯。
可以按压模具并且模具的温度可以升高到约345摄氏度至约500摄氏度，或者约410摄氏度至约430摄氏度，或者小于、等于或大于410摄氏度、350摄氏度、360摄氏度、370摄氏度、380摄氏度、390摄氏度、400摄氏度、410摄氏度、420摄氏度、430摄氏度、440摄氏度、450摄氏度、460摄氏度、470摄氏度、480或490摄氏度，并保持。然后可以将模具的温度降低至约160摄氏度至约200摄氏度，或约170摄氏度至约190摄氏度，或者小于、等于或大于170摄氏度、180摄氏度、或190摄氏度的温度，并保持。然后可以将模具的温度降低到室温并取出磨料制品14。
至少部分地包覆填料颗粒24或磨料颗粒22可以是预处理步骤，其不同于仅将未包覆的填料颗粒或未包覆的磨料颗粒22添加到金属基体组分中以形成磨料制品14。
包覆填料颗粒24或磨料颗粒22的一种合适方法可以通过沉淀包覆来包覆。例如，为了包覆填料颗粒24，可以首先将它们暴露于含有金属的水性溶液或浆液中。这得到含有待沉积在填料颗粒24表面上的金属的盐。随后的加热分解了沉淀盐，其在填料颗粒24的表面上留下第一金属层26。在其他变型中，溶胶-凝胶方法可用于引发沉淀和沉积过程。在所有这些方法变型中，沉淀剂的浓度梯度、pH、温度或其他前体分解可用于获得第一金属层26作为填料颗粒24上的涂层。
将熔融的溶液或浆料形式的金属喷涂(喷雾干燥或喷雾雾化)到填料颗粒24上是实现包覆的填料颗粒24的另一种合适方法。另外，将金属电镀到填料颗粒24的表面上可以是包覆填料颗粒24的另一种方式。
用金属包覆填料颗粒24的另一种合适方法可以是等离子体蒸气方法。该方法可包括将涂层从气相生长为薄膜。在该方法中，填料颗粒24在促进金属在填料颗粒24的表面上沉积和/或生长的条件下被暴露于金属蒸气。该方法将金属置于使得金属易挥发的条件下，并且将挥发性金属暴露于填料颗粒24的表面，在该表面处气态金属沉积形成金属涂层。
实施例
除非另有说明，否则实施例以及本说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比等均按体积计。除非另外说明，否则所有其它试剂均得自或购自精细化学品供应商诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company,St.Louis,Missouri)，或者可通过已知的方法合成。
实施例中使用的材料和试剂的缩写列于表1中。
实施例1
使用带有磁控溅射的物理气相沉积制备铜包覆的石墨颗粒。用于制备包覆的石墨颗粒的设备公开在美国专利8,698,394(McCutcheon等人)和美国专利7,727,931(Brey等人)中。首先将铬接合层沉积到石墨颗粒上。将纯度为99.9％的铬靶在2千瓦下在10毫托的氩气溅射气体压力下直流磁控溅射4小时至1883克GRA颗粒上。在包覆过程中，颗粒以每分钟4转翻滚。用氩气回填该室，并用99.9％纯度的铜靶代替铬靶。在10毫托的氩气压力下，以4千瓦的功率溅射铜25小时。在铜涂层之后，使用锡金属靶在相同的氩气压力下以1千瓦的功率溅射薄的锡层4小时。经包覆的石墨的密度为2.606克/立方厘米，并且未包覆石墨的密度为2.263克/立方厘米。计算出金属的重量百分比为13％。
将金属基体组分BRO1(90.6克)、BRO2(90.4克)和铜包覆的石墨颗粒(19.1克)在球磨机(Rotary Tumbler Base 2-Bar，TL-2桶，购自加利福尼亚州戈利塔的C和M背线公司(Cand M Topline,Goleta,California))中混合30分钟将它们彻底混合在一起。完成混合过程后，将DIA(31.3克)加入混合物中，摇动混合物以将DIA分散到金属基体颗粒中。制备硬化钢模(外径101毫米×内径80毫米，厚度12.2毫米)，将所得混合物加入到容积中，然后调平以均匀铺展并分布金属基体/金刚石共混物以形成磨轮轮辋。然后加入顶部模板，然后将组件预先压实至4吨/平方英寸的压力。然后将模具放入加热的压板中并在400-435℃下压实至8吨/平方英寸的压力。将模具在该温度和压力下保持5分钟，然后在压力下冷却至180-235℃的温度。然后将轮子从模具中取出。
得到的槽纹轮包含(按体积％计)22.3份DIA、28.9份BRO1、28.8份BRO2和20.0份铜包覆的石墨颗粒。
比较例A
金属粘结的磨轮，以STARTEC XP-P+DC得自奥地利施瓦茨的蒂罗利特施华洛世奇公司(Tyrolit Schleifmittelwerke Swarovski K.G.,Schwaz,Austria)。
比较例B
磨轮，以WENDT NAXOFLUTEMAX得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,Saint Paul,Minnesota)。
比较例C
混合槽纹轮，以D320 630HJ得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,SaintPaul,Minnesota)。
比较例D
磨轮，以PARADIGM得自法国库尔布瓦的圣戈班公司(Saint Gobain,Courbevoie,France)。
磨削试验
每个样品磨轮在使用前如下进行修整和脱机打磨。将样品安装在钢心轴上并平衡。样品用120粒度，H级和玻璃化粘结的碳化硅轮修整，通常用于此类工艺。将样品以碳化硅轮的表面速度的约1/10旋转，碳化硅轮以约5000表面英尺/分钟运行。当样品轮旋转时，它以0.001英寸的切割深度和20英寸/分钟的横向速率进行修整，直到轮子被认为是正确的。每个样品也用220目的碳化硅轮打磨以暴露砂粒用于磨削。在所有磨削开始时，完成使用220目白色氧化铝棒进行的打磨，以从相同的参考点开始。
然后通过在10％钴的碳化钨棒(0.5英寸直径和4英寸长，得自瑞典斯徳哥尔摩的山特维克公司(Sandvik,Stockholm,Sweden))上磨削直槽来测试轮。用得自澳大利亚墨尔本的ANCA公司(ANCA Company,Melbourne,Australia)的TX7+磨削机进行磨削。使用两种试验条件。在这两种情况下，轮速为18米/秒，切削深度为4毫米，并且切削宽度为3.75毫米。在试验条件1中，材料移除率Q'w(指示每秒1mm轮宽度除去多少mm3材料)为8mm3/mm/sec，并且进给速率为120mm/min。在试验条件2中，Q'w设定为10.7mm3/mm/sec，并且进给速率为160mm/min。
在测试条件1下获得的测试数据总结于下表1和图1中。
表1
在测试条件2下获得的测试数据总结于下表2和图2中。
表2
在不脱离本发明的范围和实质的条件下，本领域的技术人员可以对本发明作出各种修改和更改，并且应当理解，本发明不应不当地受限于本文所述的示例性实施方案。
附加实施方案
本发明提供了以下示例性实施方案，其编号不应当被解释为指定重要程度：
实施方案1提供一种磨料制品，其包含：
金属基体组分；
分散在所述金属基体组分内的磨料颗粒组分；以及
分散在所述金属基体组分内的填料颗粒组分；
其中所述填料颗粒组分的一部分被第一金属层至少部分地包覆，
并且所述磨料颗粒组分的硬度大于所述填料颗粒组分的硬度。
实施方案2提供根据实施方案1所述的磨料制品，其中所述金属基体组分为所述磨料制品的约10重量％至约50重量％。
实施方案3提供根据实施方案1或2中任一项所述的磨料制品，其中所述金属基体组分为所述磨料制品的约20重量％至约40重量％。
实施方案4提供根据实施方案1至3中任一项所述的磨料制品，其中所述金属基体组分为所述磨料制品的约40体积％至约90体积％。
实施方案5提供根据实施方案1至4中任一项所述的磨料制品，其中所述金属基体组分为所述磨料制品的约50体积％至约80体积％。
实施方案6提供根据实施方案1至5中任一项所述的磨料制品，其中所述金属基体组分包含多个金属颗粒。
实施方案7提供了根据实施方案6所述的磨料制品，其中约50重量％至约100重量％的所述金属颗粒的硬度低于所述磨料颗粒组分的硬度。
实施方案8提供了根据实施方案6或7中任一项所述的磨料制品，其中约90重量％至约100重量％的所述金属颗粒的硬度低于所述磨料颗粒组分的硬度。
实施方案9提供了根据实施方案6至8中任一项所述的磨料制品，其中所述金属颗粒的硬度在约2莫氏硬度至约8莫氏硬度的范围内。
实施方案10提供了根据实施方案6至9中任一项所述的磨料制品，其中所述金属颗粒的硬度在约4莫氏硬度至约6莫氏硬度的范围内。
实施方案11提供根据实施方案6至10中任一项所述的磨料制品，其中所述金属颗粒包含元素锡、元素银、元素铜、青铜或它们的合金。
实施方案12提供根据实施方案6至11中任一项所述的磨料制品，其中所述金属颗粒包含青铜。
实施方案13提供根据实施方案6至12中任一项所述的磨料制品，其中所述金属颗粒是100重量％的青铜。
实施方案14提供根据实施方案13所述的磨料制品，其中所述青铜为所述磨料制品的约20体积％至约50体积％。
实施方案15提供根据实施方案13或14中任一项所述的磨料制品，其中所述青铜为所述磨料制品的约20体积％至约50体积％。
实施方案16提供根据实施方案13至15中任一项所述的磨料制品，其中所述青铜为所述磨料制品的约10重量％至约50重量％。
实施方案17提供根据实施方案13至16中任一项所述的磨料制品，其中所述青铜为所述磨料制品的约20重量％至约30重量％。
实施方案18提供根据实施方案13至17中任一项所述的磨料制品，其中所述青铜是60/40青铜、50/50青铜和40/60青铜中的至少一种。
实施方案19提供根据实施方案1至18中任一项所述的磨料制品，其中所述金属基体组分包含青铜、以及元素银、元素铜和元素锡的合金。
实施方案20提供根据实施方案19所述的磨料制品，其中所述合金为所述磨料制品的约10体积％至约50体积％。
实施方案21提供根据实施方案19或20中任一项所述的磨料制品，其中所述合金为所述磨料制品的约20体积％至约40体积％。
实施方案22提供根据实施方案19至21中任一项所述的磨料制品，其中所述合金为所述磨料制品的约10重量％至约50重量％。
实施方案23提供根据实施方案19至22中任一项所述的磨料制品，其中所述合金为所述磨料制品的约20重量％至约40重量％。
实施方案24提供根据实施方案19至23中任一项所述的磨料制品，其中所述元素银为所述合金的约1重量％至约20重量％。
实施方案25提供根据实施方案19至24中任一项所述的磨料制品，其中所述元素银为所述合金的约5重量％至约15重量％。
实施方案26提供根据实施方案19至25中任一项所述的磨料制品，其中所述元素铜为所述合金的约30重量％至约60重量％。
实施方案27提供根据实施方案19至26中任一项所述的磨料制品，其中所述元素铜为所述合金的约40重量％至约50重量％。
实施方案28提供根据实施方案19至27中任一项所述的磨料制品，其中所述元素锡为所述合金的约30重量％至约60重量％。
实施方案29提供根据实施方案19至28中任一项所述的磨料制品，其中所述元素锡为所述合金的约40重量％至约50重量％。
实施方案30提供根据实施方案1至29中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒组分为所述磨料制品的约5体积％至约40体积％。
实施方案31提供根据实施方案1至30中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒组分为所述磨料制品的约15体积％至约30体积％。
实施方案32提供根据实施方案1至31中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒组分为所述磨料制品的约2重量％至约20重量％。
实施方案33提供根据实施方案1至32中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒组分为所述磨料制品的约5重量％至约10重量％。
实施方案34提供根据实施方案1至33中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒组分包含多个填料颗粒。
实施方案35提供根据实施方案34所述的磨料制品，其中所述填料颗粒的硬度在约0.5莫氏硬度至约8莫氏硬度的范围内。
实施方案36提供根据实施方案34或35中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒的硬度在约0.5莫氏硬度至约4莫氏硬度的范围内。
实施方案37提供根据实施方案34至36中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒是石墨颗粒、氮化硼颗粒、玻璃颗粒、氮化硅颗粒、粘结剂焦炭颗粒或它们的混合物。
实施方案38提供根据实施方案34至37中任一项所述的磨料制品，其中约50重量％至约100重量％的所述填料颗粒是石墨颗粒。
实施方案39提供根据实施方案34至38中任一项所述的磨料制品，其中约90重量％至约100重量％的所述填料颗粒是石墨颗粒。
实施方案40提供根据实施方案34至39中任一项所述的磨料制品，其中填料颗粒组分的被第一金属层至少部分地包覆的所述部分为所述填料颗粒的约1重量％至约100重量％。
实施方案41提供根据实施方案34至40中任一项所述的磨料制品，其中填料颗粒组分的被第一金属层至少部分地包覆的所述部分为所述填料颗粒的约50重量％至约100重量％。
实施方案42提供根据实施方案34至41中任一项所述的磨料制品，其中填料颗粒组分的被第一金属层至少部分地包覆的所述部分的每个填料颗粒的约20％至约100％的表面积被第一金属层包覆。
实施方案43提供根据实施方案34至42中任一项所述的磨料制品，其中填料颗粒组分的被第一金属层至少部分地包覆的所述部分的每个填料颗粒的约80％至约100％的表面积被第一金属层包覆。
实施方案44提供根据实施方案1至43中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层为所述填料颗粒组分的约0.1重量％至约40重量％。
实施方案45提供根据实施方案1至44中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层为所述填料颗粒组分的约1重量％至约10重量％。
实施方案46提供根据实施方案1至45中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层的厚度为约0.1微米至约5微米。
实施方案47提供根据实施方案1至46中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层的厚度在约0.1微米至约1微米的范围内。
实施方案48提供根据实施方案1至47中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层是连续层。
实施方案49提供根据实施方案1至48中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层是不连续层。
实施方案50提供根据实施方案1至49中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层包含金属。
实施方案51提供根据实施方案50所述的磨料制品，其中所述金属为所述第一金属层的约70重量％至约100重量％。
实施方案52提供根据实施方案50或51中任一项所述的磨料制品，其中所述金属为所述第一金属层的约90重量％至约100重量％。
实施方案53提供根据实施方案50至52中任一项所述的磨料制品，其中所述金属是元素铜、元素锡、元素银、青铜或它们的合金。
实施方案54提供根据实施方案50至53中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层基本上不含元素镍及其合金、或它们的组合。
实施方案55提供根据实施方案1至54中任一项所述的磨料制品，还包含至少部分地包覆所述填料颗粒组分的第二金属层。
实施方案56提供根据实施方案55所述的磨料制品，其中所述第二金属层包含与所述第一金属层的金属不同的金属。
实施方案57提供根据实施方案1至56中任一项所述的磨料制品，还包含在所述第一金属层、所述金属基体和所述磨料颗粒组分中的至少一种之间的界面。
实施方案58提供根据实施方案55所述的磨料制品，还包含在所述第一金属层、所述第二金属层、所述金属基体和所诉磨料颗粒组分中的至少一种之间的界面。
实施方案59提供根据实施方案1至58中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒组分为所述磨料制品的约10体积％至约40体积％。
实施方案60提供根据实施方案1至59中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒组分为所述磨料制品的约20体积％至约30体积％。
实施方案61提供根据实施方案1至60中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒组分为所述磨料制品的约5重量％至约40重量％。
实施方案62提供根据实施方案1至61中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒组分为所述磨料制品的约10重量％至约20重量％。
实施方案63提供根据实施方案1至62中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒组分包含多个磨料颗粒。
实施方案64提供根据实施方案63所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒的硬度在约6莫氏硬度至约12莫氏硬度的范围内。
实施方案65提供根据实施方案63或64中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒的硬度在约7莫氏硬度至约9莫氏硬度的范围内。
实施方案66提供根据实施方案63至65中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒是金刚石颗粒和立方氮化硼颗粒中的至少一种。
实施方案67提供根据实施方案63至66中任一项所述的磨料制品，其中约50重量％至约100重量％的所述磨料颗粒是金刚石颗粒。
实施方案68提供根据实施方案63至67中任一项所述的磨料制品，其中约90重量％至约100重量％的所述磨料颗粒是金刚石颗粒。
实施方案69提供根据实施方案63至68中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒的一部分包含至少部分地包覆所述磨料颗粒的一部分的第三金属层。
实施方案70提供根据实施方案69所述的磨料制品，其中磨料颗粒的所述部分为所述磨料颗粒的约20重量％至约100重量％。
实施方案71提供根据实施方案69或70中任一项所述的磨料制品，其中磨料颗粒的所述部分为所述磨料颗粒的约50重量％至约100重量％。
实施方案72提供根据实施方案69至71中任一项所述的磨料制品，其中磨料颗粒的所述部分的每个磨料颗粒的约20％至约100％的表面积被第三金属层包覆。
实施方案73提供根据实施方案69至72中任一项所述的磨料制品，其中磨料颗粒的所述部分的每个磨料颗粒的约80％至约100％的表面积被第三金属层包覆。
实施方案74提供根据实施方案69至73中任一项所述的磨料制品，其中所述第三金属层是连续层。
实施方案75提供根据实施方案69至74中任一项所述的磨料制品，其中所述第三金属层是不连续层。
实施方案76提供根据实施方案69至75中任一项所述的磨料制品，其中所述第三金属层包含金属。
实施方案77提供根据实施方案76所述的磨料制品，其中所述金属为所述第三金属层的约70重量％至约100重量％。
实施方案78提供根据实施方案76或77中任一项所述的磨料制品，其中所述金属为所述第三金属层的约90重量％至约100重量％。
实施方案79提供根据实施方案76至78中任一项所述的磨料制品，其中所述金属是元素铜、元素锡、元素银、青铜或它们的混合物。
实施方案80提供根据实施方案76至79中任一项所述的磨料制品，其中所述第三金属层基本上不含元素镍或其合金。
实施方案81提供根据实施方案69至80中任一项所述的磨料制品，其中所述第三金属层的厚度在约0.1微米至约5微米的范围内。
实施方案82提供根据实施方案69至81中任一项所述的磨料制品，其中所述第三金属层的厚度在约0.1微米至约1微米的范围内。
实施方案83提供根据实施方案69至82中任一项所述的磨料制品，还包含至少部分地包覆所述第三金属层的第四金属层。
实施方案84提供根据实施方案83所述的磨料制品，其中所述第四金属层包含金属，其中所述第四金属层具有与所述第三金属层不同的组成。
实施方案85提供根据实施方案83或84中任一项所述的磨料制品，还包含在所述第一金属层、所述第二金属层、所述金属基体、所述磨料颗粒组分、所述第三金属层和所述第四金属层中的至少一种之间的界面。
实施方案86提供根据实施方案1至85中任一项所述的磨料制品，其中
所述金属基体组分包含青铜、以及元素银、元素铜和元素锡的合金；
所述填料颗粒包含石墨；并且
所述磨料颗粒包含金刚石。
实施方案87提供根据实施方案1至86中任一项所述的磨料制品，其中：
所述金属基体组分为所述磨料制品的约30重量％至约60重量％；
所述填料颗粒组分为所述磨料制品的约5重量％至约20重量％；
并且
所述填料颗粒组分为所述磨料制品的约5重量％至约20重量％。
实施方案88提供根据实施方案1至87中任一项所述的磨料制品，其中所述制品是轮。
实施方案89提供一种使用根据实施方案1至88中任一项所述的磨料制品的方法，所述方法包括：
使所述基材与所述轮接触；以及
相对于所述基材旋转所述轮。
实施方案90提供根据实施方案89所述的方法，其中与使用不含经至少部分地包覆的填料颗粒组分的相应制品在相同条件下产生相同的总切割量相比，所述制品消耗更少的功率以产生8mm3/mm/sec的总切割量。
实施方案91提供根据实施方案89或90中任一项所述的方法，其中所述基材是钻头前体。
实施方案92提供根据实施方案89至91中任一项所述的方法，其中所述基材包含碳化钨。
实施方案93提供一种形成根据实施方案1至92中任一项所述的磨料制品的方法，所述方法包括：
用所述第一金属层至少部分地包覆所述填料颗粒组分；
将经至少部分地包覆的填料颗粒组分、所述金属基体和树脂混合以形成混合物；
将所述磨料颗粒组分加入所述混合物中并进一步混合所述混合物；
以及
使所述混合物与模具接触。
实施方案94提供根据实施方案93所述的方法，其中所述树脂包含聚酰胺树脂。
实施方案95提供根据实施方案93或94中任一项所述的方法，还包括按压所述模具。
实施方案96提供根据实施方案95所述的方法，还包括提高所述模具的温度。
实施方案97提供根据实施方案96所述的方法，其中将所述温度升高至约345摄氏度至约500摄氏度。
实施方案98根据实施方案96或97中任一项所述的方法，其中将所述温度升高至约410摄氏度至约430摄氏度。
实施方案99提供根据实施方案96至98中任一项所述的方法，还包括降低所述模具的温度。
实施方案100提供根据实施方案99所述的方法，其中将所述模具的温度降低至约160摄氏度至约235摄氏度。
实施方案101根据实施方案99或100中任一项所述的方法，其中将所述模具的温度降低至约170摄氏度至约190摄氏度。
实施方案102提供根据实施方案93至101中任一项所述的方法，其中通过等离子体蒸气包覆用金属包覆所述填料颗粒组分。

Claims (15)

1.一种磨料制品，其包含：
金属基体组分；
分散在所述金属基体组分内的磨料颗粒组分；以及
分散在所述金属基体组分内的填料颗粒组分；
其中所述填料颗粒组分的一部分被第一金属层至少部分地包覆，并且所述磨料颗粒组分的硬度大于所述填料颗粒组分的硬度。
2.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述金属基体组分包含多个金属颗粒。
3.根据权利要求2所述的磨料制品，其中约50重量％至约100重量％的所述金属颗粒的硬度低于所述磨料颗粒组分的硬度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磨料制品，其中所述金属基体组分包含青铜、以及元素银、元素铜和元素锡的合金。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒组分包含多个填料颗粒。
6.根据权利要求5所述的磨料制品，其中所述填料颗粒为石墨颗粒、氮化硼颗粒、玻璃颗粒、氮化硅颗粒、粘结剂焦炭颗粒或它们的混合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的磨料制品，其中填料颗粒组分的被所述第一金属层至少部分地包覆的所述部分为所述填料颗粒的约1重量％至约100重量％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的磨料制品，其中所述填料颗粒组分的被所述第一金属层至少部分地包覆的所述部分的每个填料颗粒的约20％至约100％的表面积被所述第一金属层包覆。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的磨料制品，其中所述第一金属层包含金属。
10.根据权利要求9所述的磨料制品，其中所述金属为元素铜、元素锡、元素银、青铜或它们的合金。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的磨料制品，其还包含至少部分地包覆所述填料颗粒组分的第二金属层。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒组分包含多个磨料颗粒。
13.根据权利要求12所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒为金刚石颗粒和立方氮化硼颗粒中的至少一种。
14.一种形成根据权利要求1至13中任一项所述的磨料制品的方法，所述方法包括：
用所述第一金属层至少部分地包覆所述填料颗粒组分；
将经至少部分地包覆的填料颗粒组分、所述金属基体和树脂混合以形成混合物；
将所述磨料颗粒组分加入所述混合物中并进一步混合所述混合物；以及
使所述混合物与模具接触。
15.根据权利要求14所述的方法，其中通过等离子体蒸气包覆用所述金属包覆所述填料颗粒组分。
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