CN114650897A - 磨料制品及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磨料颗粒，所述磨料颗粒可以包括主体，所述主体包括包含在粘结基体中的磨料颗粒。所述粘结基体可以包括第一相和第二相。在一个实施例中，所述主体可以具有大于1的微结构特征和不大于50％的非粘结值。在另一个实施例中，所述主体可以包括具有至少0.01的间距值的微结构特征。

Description

磨料制品及其形成方法

技术领域

本发明总体上涉及包括包含在粘结材料中的磨料颗粒的磨料制品及其形成方法。

背景技术

磨料制品用于材料去除操作中，诸如对各种材料进行研磨、切割或成形。铅笔磨边轮用于汽车玻璃的磨削操作中，并且专门设计用于匹配玻璃厚度。传统上，铅笔磨边轮是通过热压金属粘结剂和金刚石颗粒的混合物来形成轮体，然后使用电火花加工(EDM)形成特定的轮廓。轮主体的表面通常在EDM工艺之前进行磨削。

取芯钻头用于玻璃钻孔应用中。由于玻璃的性质和对孔的形成缺乏更好的控制，在钻孔边缘周围通常形成缺口区域。此外，玻璃取芯钻头磨损很快，而且通常会缩短使用寿命。

本行业持续要求改善的磨料制品。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且让本公开的众多特征和优点对于本领域的技术人员显而易见。

图1包括示出根据一个实施例的形成磨料制品的方法的流程图。

图2包括根据一个实施例的固结磨料制品的主体的横截面的一部分的SEM图像。

图3A至图3E包括根据一个实施例的粘结磨料主体的横截面的一部分的图像。

图4A至图4D包括通过热压形成的粘结磨料主体的横截面的一部分的图像。

图5A至图5C包括根据一个实施例的粘结磨料主体的横截面的一部分的图像。

图5D至图5F包括根据一个实施例的另一个粘结磨料主体的横截面的一部分的图像。

图5G包括不同磨料主体的层厚度与间距值的图。

图6A和图6B包括根据实施例的磨料制品的横截面的图示。

图7包括根据一个实施例的取芯钻头的侧视图的图示。

图8A至图8C包括在不同条件下形成的磨料样品的横截面图像。

图8D包括图8A至8C的磨料样品的有效浸渗百分比与非粘结值的图。

图9A包括磨料样品的磨损的图示。

图9B包括磨料样品的G-比率的图示。

图10A和10B包括粘结磨料主体的横截面的SEM图像。

图11A包括根据一个实施例的磨料制品的主体的一部分的图示。

图11B包括粘结磨料主体的图像。

图11C包括根据另一实施例的磨料制品的主体的一部分的图示。

图11D包括粘结磨料主体的图像。

图12包括磨料制品的照片。

图13包括钻孔数量与磨料制品磨损的图。

图14A包括根据一个实施例的磨料主体的一部分的横截面的图示。

图14B包括根据另一实施例的磨料主体的一部分的横截面的图示。

图14C包括磨料主体的工作表面的正视图的图示。

图15包括包含磨料样品的磨损率的图表。

本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可相对于其他元件进行放大，以帮助增进对本发明实施例的理解。

具体实施方式

提供结合附图的以下描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供该重点是为了帮助描述教导内容，并且不应该被解释为是对本教导内容的范围或适用性的限制。然而，其他实施例可基于本专利申请中所公开的教导内容而使用。

术语“由…构成”、“包括”、“包含”、“具有”、“有”或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含之意。例如，包含特征列表的方法、制品或装置不一定仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出的或这种方法、制品或装置固有的其他特征。另外，除非另有明确说明，否则“或”是指包括性的“或”而非排他性的“或”。例如，以下任何一项均可满足条件A或B：A为真(或存在的)而B为假(或不存在的)、A为假(或不存在的)而B为真(或存在的)，以及A和B两者都为真(或存在的)。

而且，使用“一个”或“一种”来描述本文所述的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个、至少一个，或单数也包括复数，或反之亦然。例如，当在本文描述单个实施例时，可使用多于一个实施例来代替单个实施例。类似地，在本文描述了多于一个实施例的情况下，单个实施例可以取代多于一个实施例。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科技术语都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实例仅是说明性的而非限制性的。关于未描述的有关特定材料和加工方法的某些详细信息的方面，此类详细信息可包括常规方法，其可在制造领域的参考书及其他来源中找到。

实施例涉及形成磨料制品的方法。该方法可以包括利用增材制造形成生坯主体，并对生坯主体进行处理，例如加热，以形成磨料制品的最终成型主体。该方法可以改进对磨料制品的形成的控制，这可以有助于具有改善的性能和/或特性的磨料制品的形成。

进一步的实施例涉及具有微结构的磨料制品，这些微结构与通过使用传统压制技术(诸如热压、冷压和/或温压)形成的微结构不同。磨料制品可以具有改善的微结构，这可以有助于改善的磨料制品的性能和/或特性。

在一个实施例中，磨料制品可以包括固结磨料制品，包括诸如，包括有机粘结剂、陶瓷粘结剂或金属粘结剂的粘结磨料制品，以及涂覆磨料制品。固结磨料制品的一个特定实例可包括磨料段、切割轮、磨石、砂轮、取芯钻头和铅笔磨边轮也称为(“U形轮”)。

图1包括用于形成磨料制品的方法的流程图。该方法可以在框101开始，形成包括粘结材料和/或粘结前体材料以及包含在粘结材料和/或粘结前体材料中的磨料颗粒的生坯主体。

在一个实施例中，粘结材料和/或粘结前体材料可以包括金属，诸如粉末金属材料，或金属材料的前体，适合于在进一步加工期间形成金属粘结基体材料。示例性金属可以包括元素金属、金属合金或它们的任意组合。在特定实例中，金属可以包括：过渡金属元素，例如选自IUPAC于2016年11月28日发布的元素周期表的第4族至第12族的元素；过渡金属以外的金属，诸如后过渡金属、另一种金属元素；或它们的任意组合。在另一个实例中，粘结材料和/或粘结前体材料可以包括至少一种第13族元素、第14族元素、第15族元素或它们的任意组合。金属的另一个特定实例可以包括铁、钨、钴、镍、铬、钛、银、锡、锌、铜、锰、铝、锆、铌、钽、钒、钼、钯、金、镉、铟或它们的组合。

在另一个特定实例中，粘结材料和/或粘结前体材料可以包括合金，该合金包括本文实施例中提到的任何金属元素。例如，示例性合金可以包括铁，例如铁基合金。在一些情况下，合金可以包括非金属元素，例如碳、硅、硫、磷或它们的任意组合。在另一个实例中，铁基合金可以包括碳、铬、锰、硅、钒、钼、钨，或它们的任意组合。在更具体的实施方式中，铁基合金可以包括至少80wt％的铁、2wt％至5wt％的铬、1wt％至3wt％的钒、2wt％至8wt％的钨和2wt％至7wt％的钼。

在一个实施例中，粘结材料和/或粘结前体材料可以是具有特定平均粒度(D50)的粉末形式，该特定平均粒度可以有助于改善的磨料制品的形成。例如，粘结材料和/或粘结前体材料的平均粒度可以为至少5微米、至少10微米、至少15微米、至少20微米、至少25微米、至少30微米、至少35微米、至少40微米、至少44微米、至少47微米、至少50微米、至少55微米、至少60微米、至少65微米、至少70微米、至少75微米、至少80微米、至少85微米、至少90微米或至少100微米。在另一个实例中，粘结材料和/或粘结前体材料的平均粒度可以为最多300微米，诸如最多250微米、最多200微米、最多160微米、最多140微米、最多120微米、最多100微米、最多90微米、最多85微米、最多80微米、最多70微米、最多65微米、最多60微米、最多55微米或最多50微米。此外，粘结材料和/或粘结前体材料的平均粒度可以在包括本文提到的任何最小值和任何最大值的范围内。

磨料颗粒的一个实例可以包括选自由氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金刚石或它们的任意组合组成的组的材料。磨料颗粒的另一个实例可以包括超硬磨料，诸如金刚石、立方氮化硼(cBN)或它们的任意组合。在特定实例中，磨料颗粒可以基本上由一种或多种超硬磨料组成。例如，磨料颗粒可以基本上由金刚石、立方氮化硼(cBN)或它们的任意组合组成。在更特定的实施方式中，磨料颗粒可以由金刚石组成。在另一个特定的实施例中，磨料颗粒可以包括氧化铝、碳化硅、氮化硼或它们的任意组合。在又一实例中，磨料颗粒可以具有至少7，诸如至少8、或甚至至少9的莫氏硬度。在进一步的实例中，磨料颗粒可以包括非成形磨料颗粒、成形磨料颗粒或它们的任意组合。

在一个实施例中，磨料颗粒可以具有特定平均粒度，该特定平均粒度可有助于改善的磨料制品的形成。例如，平均粒径(D50)可以为至少0.1微米，诸如至少0.2微米、至少0.5微米、至少0.8微米、至少1微米、至少2微米、至少3微米、至少4微米、至少5微米、至少6微米、至少8微米、至少10微米、至少15微米、至少20微米、至少25微米、至少30微米、至少35微米、至少40微米、至少45微米、至少50微米、至少55微米、至少60微米、至少70微米、至少80微米、至少85微米、至少95微米、至少100微米、至少125微米、至少140微米、至少150微米、至少170微米、至少200微米、至少220微米、至少250微米、至少280微米、至少300微米、至少330微米、至少350微米、至少370微米、或至少400微米。在另一个实例中，磨料颗粒可以具有最多2mm的平均粒度，诸如最多1.5mm、最多1.3mm、最多1mm、最多900微米、最多800微米、最多700微米，最多600微米，最多550微米、最多500微米、最多470微米、最多450微米、最多430微米、最多400微米、最多370微米、最多350微米、最多300微米、最多280微米、最多240微米、最多200微米、最多130微米、最多150微米、最多145微米、最多120微米、最多110微米、最多105微米、最多100微米、最多95微米、最多90微米、最多85微米、最多80微米、最多75微米、最多70微米、最多65微米、最多60微米、最多50微米、最多45微米、最多40微米。应当理解，磨料颗粒可具有在包括本文所公开的任何最小值和任何最大值的范围内的平均粒度。例如，磨料颗粒的平均粒度可以在包括至少0.1微米和最多2mm的范围内，或在包括至少25微米和最多400微米的范围内，或在包括至少100微米到最多400微米的范围内，或在包括至少30微米和最多150微米的范围内，或在包括至少200微米到400微米的范围内，或在包括300微米到400微米的范围内。

在一个实施例中，形成生坯主体可以包括一种增材制造工艺。例如，增材制造工艺可以包括选择性激光烧结、粘合剂喷射、立体光刻、直接金属激光烧结、电子束熔化、概念激光切割、选择性激光熔化、激光粉末注射、激光工程网成型、直接金属沉积、激光固结、自由形态制造、电子束自由形态制造、等离子体转移电弧选择性自由形态制造、离子融合形成、成形金属沉积、超声增材制造或它们的任意组合。在特定实施例中，形成生坯主体可以包括粘合剂喷射工艺。例如，可以使用粘合剂喷射3D打印机或类似设备来形成生坯主体。

在一个方面，形成生坯主体可以包括形成包括粘结材料和/或粘结前体材料和磨料颗粒的第一层。第一层可以进一步包括粘合剂。在一个示例性实施方式中，可以将诸如不锈钢材料的粘结材料和/或粘结前体材料沉积在粉末床中。磨料颗粒可以沉积在粉末床中。在特定实例中，沉积磨料颗粒包括受控沉积工艺，该受控沉积工艺包括控制选自以下项的组中的至少一个参数：磨料颗粒的位置、磨料颗粒的尺寸、磨料颗粒的形状、磨料颗粒的成分、磨料颗粒的取向或它们的任意组合。在一些实施方式中，可以在沉积磨料颗粒之后将粘合剂沉积在粉末床中。在特定情况下，粘合剂在粉末床上的沉积可以选择性地结粘结与粘合剂接触的成分材料。

在一些实施方式中，当印刷第一层时，可以通过例如喷嘴将粘合剂施加到第一层以促进颗粒之间的粘结。在特定实例中，可以将粘合剂施加到第一层的某些部分以促进第一层内的颗粒的选择性粘合或第一层的一部分与随后形成的层的选择性粘合。

在一个实例中，第一层可以具有可以有助于改善的生坯主体和磨料制品的形成的厚度。例如，第一层可以具有至少30微米的厚度，诸如至少50微米、至少70微米、至少90微米、至少100微米、至少120微米、至少140微米、至少160微米、至少180微米、至少200微米、至少240微米、至少260微米、至少300微米、至少350微米、至少380微米、至少400微米、至少420微米、至少440微米、至少460微米、至少480微米、至少500微米、至少510微米、至少530微米、至少550微米、至少570微米、至少600微米、至少620微米、至少630微米、至少650微米、至少680微米、至少700微米、至少720微米、至少740微米、至少760微米、至少780微米或至少800微米。在另一实例中，厚度可以是最多2000微米、最多1800微米、最多1500微米、最多1200微米、最多1000微米、最多800微米、最多780微米、最多770微米、最多750微米、最多730微米、最多710微米、最多700微米、最多680微米、最多650微米、最多630微米、最多610微米、最多600微米、最多580微米、最多550微米、最多540微米、最多510微米、最多500微米、最多480微米、最多550微米、最多530微米、最多510微米、最多500微米、最多480微米、最多450微米、最多430微米、最多410微米、最多400微米、最多380微米、最多350微米、最多340微米、最多310微米、最多300微米、最多280微米、最多270微米、最多250微米、最多230微米、最多210微米、最多200微米、最多180微米、最多160微米、最多140微米、最多120微米、最多110微米、最多100微米、最多90微米、最多80微米、最多60微米或最多50微米。此外，第一层可以具有在从30微米到1000微米的范围内或在从40微米到600微米的范围内或在从70微米到500微米的范围内或在从80微米到400微米的范围内的厚度。

在另一方面，可以形成覆盖第一层的至少一部分的第二层。第二层可以包括粘结材料和/或粘结前体材料、磨料颗粒和粘合剂。第二层可以通过粘合剂粘结到第一层。

在另一方面，可以以与关于第一层和第二层描述的实施例类似的方式形成包括粘结材料和/或粘结前体材料、磨料颗粒和粘合剂的附加层。如关于第一层所述，每一个层可以具有任意厚度。在示例性实施方式中，所有印刷层可以具有相同的厚度。在一个实例中，这些层可以具有不同的厚度。在另一方面，这些层可以通过粘合剂彼此粘结以形成生坯主体。在一个示例性实施方式中，生坯主体可以包含在未粘结的粉末床中。该方法进一步可以包括去除未粘结的粉末和提取生坯主体。

在特定方面，形成生坯主体可以包括选择性地粘合多个层的部分以形成生坯主体。在实施方式中，选择性粘合可以包括来自粘合剂的选择性沉积、固化、加热、照射、干燥或它们的任意组合的组中的至少一个工艺。

在一个特定的实施方式中，选择性粘合包括形成未粘结粉末的第一层，该第一层包括粘结前体材料和磨料颗粒；在第一层的部分中选择性地沉积粘合剂，其中在选择性地沉积粘合剂之后，第一层包括未粘结区域和粘结区域，其中粘结区域包括粘合剂；形成覆盖第一层的未粘结粉末的第二层，其中第二层包括粘结前体材料和磨料颗粒；以及在第二层的部分中选择性地沉积粘合剂，其中在选择性地沉积粘合剂之后，第二层包括未粘结区域和粘结区域，其中粘结区域包括粘合剂。

在另一个实施例中，生坯主体可以包括相对于第一前体主体的总体积的至少30vol％的孔隙率。在一些实例中，孔隙率可以为至少40vol％、至少45vol％或至少50vol％。在另一个示例中，生坯主体的孔隙率可以为不大于60vol％，诸如不大于55vol％或不大于50vol％。应当理解，生坯主体的孔隙率可以在包括本文指出的任何最小百分比和任何最大百分比的范围内，诸如在从30vol％到60vol％的范围内。

在进一步的实施例中，生坯主体可以包括占粘结材料和/或粘结前体材料和磨料颗粒的总体积(例如，生坯主体的固体体积)的粘结材料和/或粘结前体材料的含量(VB1)，并包括占固体体积的磨料颗粒的含量(VAP)。在又一个实施例中，生坯主体可以进一步具有特定比率(VB1/VAP)，所述特定比率可以有助于改善的磨料制品的形成和性能。例如，该比率(VB1/VAP)可以不大于8，诸如不大于7、或不大于6或不大于约5。在另一个实例中，该比率(VB1/VAP)可以为至少2，诸如至少3，或至少4、或至少5。应当理解，比率(VB1/VAP)可以在包括本文提到的任何最小值和任何最大值的范围内，诸如在从2到8的范围内。

在另一个实施例中，生坯主体可以包括占生坯主体的总体积的20vol％至70vol％的粘结材料和/或粘结前体材料，以及占生坯主体的总体积的2vol％至50vol％的磨料颗粒。

在进一步的实施例中，生坯主体可以可选地包括填料，包括诸如碳化硅、碳化钨、Al2O3或它们的任意组合。在进一步的实例中，填料可以包括石墨。填料可为粉末、晶粒、颗粒或它们的组合的形式。在最终形成的磨料制品中可存在于也可不存在填料。在一个方面，生坯主体可以包括占生坯主体的总体积的高达30vol％的填料。

该方法可以在框102处继续，以处理生坯主体以形成粘结磨料主体。在一个实施例中，处理可以包括用浸渗剂材料浸渗生坯主体。在一个方面，浸渗剂材料可以包括金属，诸如，包括过渡金属元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或它们的任意组合中的至少一种。浸渗剂的实例可以包括金属，该金属包括铜、锡、铁、铬、钨、钼、钒、银、钛、镁、钴、镍、锌、或它们的任意组合中的至少一种。浸渗剂的另一个实例可以包括合金，诸如，包括银基合金，诸如AgCu、AgCuMn、AgCuZn、AgCuTi、AgCuIn或AgTi；铜基合金，诸如青铜或黄铜；铁基合金，诸如FeCuCr或FeCuCrSn；铝基合金，诸如AlCuSi或AlCuSiSn；钎焊合金，诸如NiCr；或包括Cu、Ag、Sn和Ti中的至少一种或它们的任意组合的合金。

在一个示例性实施方式中，浸渗剂可以包括铜-锡青铜、铜-锡-锌合金或它们的任意组合。具体地，铜-锡青铜可以包括不大于20wt.％的锡含量，诸如不大于15wt.％或不大于10wt.％。在一些示例中，铜-青铜可不包含锡。另外，铜-锡青铜中的锡含量可为至少1wt.％，诸如至少3wt.％。类似地，铜-锡-锌合金可以包括不大于20wt％的锡含量，诸如不大于15wt％或更低。此外，铜-锡-锌合金中的锡含量可以为至少1wt.％，诸如至少3wt.％。铜-锡-锌合金可包括不大于2wt％的锌含量，诸如不大于1wt.％。铜-锡-锌合金中的锌含量可为至少0.5wt.％，诸如至少2wt.％。

在特定方面，与粘结材料和/或粘结前体材料相比，浸渗剂可以具有更低的熔点。例如，浸渗剂材料的熔点可以不大于粘结材料和/或粘结前体材料的熔点的80％，诸如不大于粘结材料和/或粘结前体材料的熔点的75％或不大于70％或不大于65％或不大于50％。

在另一方面，生坯主体的浸渗可以与生坯主体的烧结和将粘结前体材料转变为粘结材料同时进行。

在另一个方面，可以在非氧化气氛下进行浸渗。在进一步的方面中，可以在还原气氛、惰性气氛或环境气氛中进行浸渗。通常，还原气氛可含有一定量的氢气以与氧气反应。

在进一步的方面中，可以在浸渗剂的熔化温度下进行浸渗。在另一个方面，可以在特定温度下进行浸渗，以有助于改善的磨料制品的形成和特性及性能。例如，可以在至少900℃的温度下进行浸渗，诸如至少920℃、至少940℃、至少950℃、至少970℃、至少990℃、至少1000℃、至少1100℃、至少1100℃或至少1200℃。在另一实例中，可以在最多1200℃的温度下进行浸渗，诸如最多1150℃、最多1130℃、最多1100℃或最多1050℃、最多1000℃、最多990℃、最多970℃、最多950℃、最多930℃、最多910℃或最多900℃。此外，可以在包括本文所指出的任何最小值和任何最大值的温度的范围内的温度下进行。

在一个方面，浸渗剂可以放置在生坯主体附近，诸如与生坯主体的至少一部分接触。在特定方面，可以将固体浸渗剂放置成与生坯主体的至少一部分直接接触，并且可以将热量施加到主体、浸渗剂或两者上。在进一步的方面中，可以在熔炉，诸如分次式炉或隧道式炉中进行浸渗。在特定实施方式中，可以在隧道式炉中进行浸渗。在进一步的方面中，浸渗可以进行30分钟至120分钟的持续时间。

在特定方面，可以在完成浸渗之后形成粘结磨料主体。磨料主体可包括粘结材料和磨料颗粒。浸渗剂可以将粘结材料和磨料颗粒粘结在一起。例如，粘结材料和浸润剂材料可以形成粘结基体，并且至少大部分磨料制品可以包含在粘结基体中并形成粘结磨料主体。

在进一步的方面中，该方法可以进一步包括将最终形成的磨料主体附接到芯，诸如毂或轴。在特定实例中，附接可以与浸渗生坯主体同时进行。例如，磨料主体可以通过浸渗剂和浸渗工艺附接到毂。在一个方面，毂可以包括中心开口并且主体可以附接到毂的至少一个表面。在特定实施方式中，毂可以包括外围凹槽并且主体至少部分地包含在外围凹槽内。可替换地，可以通过烧结、钎焊、焊接或类似方式进行附接。

在进一步的方面中，该工艺可以包括在浸渗生坯主体之前进行至少一种处理工艺，其中该至少一种处理工艺选自以下项的组：加热、干燥、挥发、冷却、冷冻或它们的任意组合。

粘结磨料主体可以是磨料段的主体、连续的轮缘、砂轮、取芯钻头或铅笔磨边轮的磨料部件、或另一固结磨料制品的磨料部分。

图2包括磨料制品的粘结磨料主体201的横截面的一部分的SEM图像。主体201包括粘结基体203，该粘结基体包括第一相204和第二相205以及包含在粘结基体203中的磨料颗粒206。第一相204可以包括本文实施例中描述的任何粘结材料。特别地，第一相可以基本上由粘结材料组成。第二相可以包括本文实施例中描述的任何浸渗剂，并且特别地，第二相可以基本上由浸渗剂组成。在特定实例中，第一相可以包括金属，诸如铁基合金，而第二相可以包括金属，诸如青铜。

在一个方面，主体201可包括占主体的总体积的至少15vol％的第一相204的含量，诸如至少20vol％、至少30vol％、至少40vol％或至少50vol％。在另一个实例中，主体可以包括占主体的总体积的不大于70vol％的第一相，诸如占主体的总体积的不大于65vol％、不大于60vol％、不大于50vol％或不大于45vol％。此外，第一相204的含量可在包括本文提到的任何最小值和最大值的范围内。在另一方面，第一相204可以形成一个互连相。在进一步的方面中，第一相204可以限定一个延伸穿过主体201的至少一部分的互连相。在特定方面，第一相204可以延伸穿过主体201的大部分体积。

在进一步的方面中，主体201可以包括占主体的总体积的至少20vol％的第二相205的含量，诸如至少30vol％、至少40vol％、至少50vol％或至少60vol％。在另一个实例中，主体201可以包括占主体的总体积的不大于80vol％的第二相205，诸如占主体的总体积的不大于75vol％、不大于70vol％、不大于65vol％、不大于60vol％、或不大于50vol％。此外，第二相205的含量可以在包括本文提到的任何最小值和任何最大值的范围内。在另一方面，第二相205可以形成互连相。在进一步的方面中，第二相205可以限定延伸穿过主体201的至少一部分的互连相。在特定方面，第二相205可以延伸穿过主体201的至少大部分体积。

在另一方面，主体201可包含特定含量的粘结材料，该粘结材料可有助于改善的磨料制品的形成和特性和/或性能。例如，粘结材料的含量可以为占主体201的总体积的至少15vol％，诸如占主体201的总体积的至少18vol％、至少20vol％、至少25vol％、至少27.5vol％、至少35vol％、至少40vol％、或至少50vol％。在另一实例中，主体201可以包括占主体201的总体积的至最多70vol％的粘结材料的含量，诸如最多65vol％、最多60vol％、最多55vol％、最多52vol％、最多48vol％或最多40vol％。此外，主体可以包括在包括本文中提到的最小百分比和最大百分比的粘结材料的含量。

在一个实施例中，主体201可包括某一含量的磨料颗粒206，该磨料颗粒可有助于改善的磨料制品的形成和特性和/或性能。例如，磨料颗粒206可以以占主体201的总体积的至少1vol％的含量存在，诸如至少2vol％、至少5vol％、至少8vol％、至少12vol％、至少18vol％、至少21vol％、至少27vol％、至少33vol％、至少37vol％或至少42vol％。在另一实例中，磨料颗粒可以至多50vol％的量存在，诸如至多42vol％、至多38vol％、至多33vol％、至多28vol％或至多25vol％。磨料颗粒可以以包括本文中公开的任何最小百分比和最大百分比的含量存在于主体201中。例如，磨料颗粒206的含量可以为占主体201的总体积的介于2vol％至50vol％之间。此外，磨料颗粒的含量可以调整以适应特定的应用。例如，研磨或抛光工具的磨料段可包含占段主体的总体积的从3.75vol％至50vol％的磨料颗粒。切割工具的磨料部件可以包括占部件主体的总体积的在2vol％和6.25vol％之间的磨料颗粒。用于取芯钻探的磨料部件可以包括占部件主体的总体积的在约5vol％和20vol％之间的磨料颗粒。

在一个实施例中，粘结材料可以包括可有助于改善的磨料制品的形成和/或性能的特定成分。在一个方面，粘结材料可以是铁基的。在另一个方面，粘结材料可以包括占粘结材料的总重量的大于50wt％的Fe，诸如占粘结材料的总重量的至少60wt％的Fe、至少70wt％的Fe、或至少80wt％的Fe。在另一个方面，粘结材料可以包括占粘结材料的总重量的至多95wt％、至多90wt％、至多88wt％或至多85wt％的Fe。此外，粘结材料可以包括含量包括本文中提到的任何最小百分比和任何最大百分比的Fe。

在进一步的方面，粘结材料可以包括钒。例如，粘结材料可以包括占粘结材料的总重量的至少0.5wt％的钒，诸如占粘结材料的总重量的至少0.8wt％、至少1wt％、至少1.2wt％、至少1.5wt％或至少1.8wt％。在另一个实例中，粘结材料可以包括占粘结材料的总重量的至多10wt％的钒，诸如占粘结材料的总重量的至多9wt％、至多8wt％、至多7wt％、至多6wt％、至多5wt％、至多3wt％或至多2wt％。此外，粘结材料中钒的含量可在包括本文提到的任何最小百分比和任何最大百分比的范围内。

在进一步的方面中，粘结材料可以包括钨。在另一个方面，钨的含量可以为占粘结材料的总重量的至少1wt％，诸如至少2wt％、至少3wt％、至少4wt％、至少5wt％、至少6wt％。在另一个方面，粘结材料可以包括占粘结材料的总重量的至多20wt％、至多18wt％、至多16wt％、至多15wt％、至多12wt％、至多10wt％、至多9wt％、至多8wt％或至多7wt％的钨。此外，粘结材料可以包括含量在包括本文提到的任何最小百分比和任何最大百分比的范围内的钨。

在进一步的方面，粘结材料可以包括铬。在另一个方面，铬可包括含量占粘结材料的总重量的至多11wt％的铬，诸如占粘结材料的总重量的至多10wt％、至多9wt％、至多8wt％、至多7wt％、至多6wt％或至多5wt％。在另一个方面，粘结材料可以包括含量占粘结材料的总重量的至少1wt％的铬，诸如至少2wt％、至少3wt％或至少4wt％。此外，粘结材料可以包括含量在包括本文提到的任何最小百分比和任何最大百分比的范围内的铬。

在进一步的方面中，粘结材料可以包括含量占粘结材料的总重量的至多15wt％的钼，诸如占粘结材料的总重量的至多12wt％、至多10wt％、至多9wt％、至多8wt％、至多7wt％或至多6wt％。在另一个方面，粘结材料可以包括含量占粘结材料的总重量的至少1wt％的钼，诸如占粘结材料的总重量的至少2wt％、至少3wt％、至少4wt％或至少5wt％。此外，粘结材料可以包括含量在包括本文提到的任何最小百分比和任何最大百分比的范围内的钼。

在一个实施例中，主体201可以包括某一含量的浸渗剂，该浸渗剂可有助于改善的磨料制品的形成和特性和/或性能。例如，主体201可以包括占主体的总体积的至少20vol％的浸渗剂材料，诸如至少25vol％、至少30vol％、至少35vol％或至少40vol％的浸渗剂材料。在另一实例中，主体201可以包括占主体201的总体积的至多70vol％的浸渗剂材料，诸如至多65vol％、至多60vol％、至多55vol％或至多50vol％的浸渗剂材料。应当理解，主体201可以包括含量包括本文所公开的任何最小百分比和任何最大百分比的浸渗剂材料。例如，磨料部件的主体可包含含量为至少20vol％至至多70vol％的浸渗剂材料，诸如至少25vol％至至多65vol％。

在一个实施例中，主体201可以具有占主体的总体积的至多10vol％的孔隙率，诸如至多8vol％、至多5vol％、至多4vol％或至多3vol％。根据另一个实施例，磨料部件主体的孔隙率可大于0vol％，诸如可为占主体的总体积的至少0.001vol％或至少0.005vol％。在又一个实施例中，磨料部件主体可具有0vol％的孔隙率。

在进一步的实施例中，主体201可以包括含量占主体201的总体积的至少0.1vol％到30vol％的填料。

在一个实施例中，主体可以包括微结构特征。在一方面，微结构特征可以包括快速傅立叶变换值，其中快速傅立叶变换值可以大于1。在本公开中，快速傅立叶变换值是根据从固结磨料制品的主体的至少3个横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像变换而来的频域图像确定的。可以预先对横截面进行研磨和抛光。频域图像是通过Python利用傅立叶变换对SEM图像进行处理而得到的，这将在下面的段落中结合图进一步描述。3A至3E和图。4A至4D。

图3A至图3E包括根据本文描述的实施例形成的粘结磨料主体的横截面图像。图3A包括横截面的扫描电子显微镜图像。如图所示，磨料主体可以包括由包括粘结材料302和浸润剂材料303以及填充材料304的粘结基体接合的磨料颗粒301。图3A可以通过调整阈值来处理，使得仅粘结材料保持存在于图的图像中。3B中所示。图3C包括已经通过聚焦在图的中心、最亮区域上而进一步处理的图像。3B中所示。图3D是图中的框307内的放大区域的图像。3C中最清楚地示出。如图3D所示，噪声308是灰度的，并且频率信号310和312具有高于噪声的亮度。从图中消除噪声。3D，生成频域图像并在图中示出。3E中最清楚地示出。中心的亮点是表示图中图像的平均亮度的零频率分量。如图3B所示，另外两个对称分布的亮点代表粘结材料302的频率。快速傅立叶变换值是指在至少三个横截面的频域图像中显示的除零频率分量以外的平均点数。例如，快速傅立叶变换值可以通过将不是每个频域图像的中心点的点的数量之和除以频域图像的总数来确定。

图4A包括通过热压形成的粘结磨料主体的SEM图像。图4A以与关于图描述的相同的方式进一步被处理。图3A到图3E来生成图。4B到4D。如图4D所示，只有零频率分量出现在频域图像中，这可以理解为，热压成型的第一区域包括快速傅立叶值0。

在另一方面，磨料主体201可以包括具有至少2的快速傅立叶变换值的微结构特征。在另一方面，磨料主体201的快速傅立叶变换值可以是至少2或至少4或至少6或至少8或至少10或至少12或至少14或至少16或至少18或至少20。在另一个实例中，磨料主体201可以具有不大于40、或不大于36、或不大于32、或不大于30、或不大于28、或不大于24、或不大于20、或不大于16、或不大于14、或不大于12、或不大于10、或不大于9、或不大于8、或不大于7、或不大于6、或不大于5、或不大于4、或不大于3的快速傅立叶变换值。在另一个实例中，主体201可以包括具有在包括本文中提到的任何最小值和任何最大值的范围内的值的快速傅立叶变换值。

在进一步的实施例中，微结构特征可以包括间距值。磨料主体可以包括基于频域图像(即，图的图像确定的平均距离。3E)磨料主体的至少三个横截面。如本文所用，可以使用平均距离来确定间距值。平均距离是零频率分量(即，中心点)与磨料主体的至少3个横截面的频域图像的另一个点之间的距离的平均值。例如，平均距离可以通过将中心点与每个频域图像的另一个点之间的距离总和除以构成总和的距离数来计算。磨料主体的间距值可以是相对值，它可以通过将磨料主体的平均距离除以具有印刷厚度为120微米的层的磨料主体的平均距离而获得。

更具体地，间距值可以如下确定。

拍摄了粘结磨料主体B1的三个横截面的三个SEM图像，其中一个SEM图像显示在图。5A相同的结构。粘结磨料主体B1根据本文的实施例形成并且包括具有相同印刷厚度120微米的层。根据本文中的实施例处理所有的SEM图像以获得图中所示的图像。5B和5C所示的页面。如图所示的频域图像。5C，对于每个频域图像，使用图像J测量从中心点的中心到另一个点的中心的距离。计算3个距离的平均值并称为Da1。然后将平均距离除以自身，得到主体B1的间距值。

拍摄了粘结磨料主体B2的三个横截面的三个SEM图像，其中一个SEM图像显示在图中。5D中最清楚地示出。粘结磨料主体B2是根据本文的实施例形成的并且包括具有印刷厚度的层。如本文实施例中所述处理所有SEM图像以获得频域图像。示例性图像在图中示出。5E和5F相同的结构。如图5F所示，对于每个频域图像，使用图像J测量从中心点的中心到另一个点的中心的距离，并计算所有距离的平均值。然后将平均距离除以Da1得到主体B2的间距值。

在一个方面，中心点的中心与一个其他点的中心之间的距离可以对应于主体201的一部分的某个尺寸。例如，中心点与图中的任意其他两个点之间的距离。3E可以对应于主体的一部分的厚度。图5G包括印刷层厚度与主体B1和主体B2的间距值的关系图。如图所示，主体B1可以具有1的间距值，并且具有200微米印刷层厚度的主体B2可以具有1.4的间距值。

在一个方面，主体201可以包括特定间距值，所述特定间距值可有助于改善的磨料制品的形成和特性和/或性能。例如，间距值可以是至少0.01，诸如至少0.03、或至少0.04、或至少0.06、或至少0.08、或至少0.1、或至少0.2、或至少0.3、或至少0.4、或至少0.5、或至少0.6、或至少0.7、或至少0.8、或至少0.9、或至少1、或至少1.1、或至少1.3、或至少1.4、或至少1.5、或至少1.6、或至少1.8、或至少1.9、或至少2、或至少2.1、或至少2.3、或至少2.5、或至少2.6、或至少2.8、或至少3、或至少3.1、或至少3.3、或至少3.5、或至少3.6、或至少3.8、或至少4、或至少4.2、或至少4.5、或至少4.7、或至少5、或至少6、或至少7、或至少8、或至少9、或至少10、或至少11、或至少12、或至少15、或至少20、或至少30、或至少50、或至少80、或至少100、或至少200、或至少300、或至少400或至少500。在另一个实例中，主体201可以具有不大于2000、或不大于1000、或不大于500、或不大于400、或不大于300、或不大于200、或不大于100、或不大于80、或不大于50、或不大于40、或不大于30、或不大于20、或不大于10、或不大于9.8、或不大于9.6、或不大于9.5，或不大于9.3、或不大于9、或不大于8.8、或不大于8.6、或不大于8.4、或不大于8.2、或不大于8、或不大于7.8、或不大于7.6、或不大于7.4、或不大于7.2、或不大于7、或不大于6.8、或不大于6.6、或不大于6.4、或不大于6.2、或不大于6、或不大于5.8、或不大于5.6、或不大于5.5、或不大于5.2、或不大于5、或不大于4.8、或不大于4.6、或不大于4.4、或不大于4.2、或不大于4、或不大于3.8、或不大于3.6、或不大于3.4、或不大于3.2、或不大于3、或不大于2.8、或不大于大于2.6、或不大于2.4、或不大于2.2、或不大于2、或不大于1.8、或不大于1.6、或不大于1.5、或不大于1.4、或不大于1.3、或不大于1.2、或不大于1、或不大于0.8、或不大于0.6、或不大于0.4、或不大于0.2、或不大于0.1的间距值。此外，间距值可以在包括本文提到的任何最小值和任何最大值的范围内。

在进一步的实施例中，主体可以包括缺陷值。在一个方面，缺陷值可以包括非粘结值。可以通过分析主体的横截面的至少3个不同部分的SEM图像来确定非粘结值。对于每张图像，由非粘结基体的成分组成的区域被确定并称为ANB。由所有成分组成的总面积被确定并称为ATotal。将每张分析图像的总面积ATotal([ANB/ATotal)X100％])的ANB百分比相加得到总和，然后将总和除以分析图像的数量以确定主体的非粘结值。例如，非粘结值可以是由磨料颗粒和孔隙组成的面积的平均百分比。

在一个方面，主体201可以包括可以有助于改善的磨料制品的形成和特性和/或性能的非粘结值。例如，非粘结值可以是不大于50％，诸如不大于40％、或不大于30％、或不大于20％、或不大于15％、或不大于12％、或不大于10％、或不大于9％、或不大于8％、或不大于7％、或不大于6％、或不大于5％、或不大于4％、或不大于3％、或不大于2％。在另一个实例中，非粘结值可以是至少0.01％或至少0.1％或至少0.5％或至少1％或至少2％。此外，非粘结值可以在包括本文提到的任何最小百分比和任何最大百分比的范围内。例如，非粘结值可以在至少0.01％与不大于50％之间的范围内，或在至少0.1％与不大于20％之间的范围内，或在至少0.5％与不大于10％之间的范围内。

图11A包括主体1100的横截面的一部分的图示，主体包括多个层1200，该多个层包括粘结材料和磨料颗粒以及层1200之间的界面1300。在一个实施例中，多个层1200可以是通过诸如粘合剂喷射的增材制造形成的印刷层。在另一个实施例中，多个层1200可以具有相对于主体表面的定向，诸如主体1201的工作表面。工作表面意指在材料去除操作中与工件接触的表面。例如，对于取芯钻头，研磨端的第一区域的顶表面可以是工作表面。如图所示，多个层1200可以垂直堆叠并且每个层可以平行于工作表面1201延伸，诸如在水平方向。图11B包括主体1100的代表性频域图像。如图所示，这些点可以是垂直对齐的。

图11C包括主体1500的横截面的一部分的图示，主体包括多个层1600，该多个层包括粘结材料和磨料颗粒以及层1600之间的界面1700。在特定实施例中，层1600可以通过使用3D粘合剂喷射打印机形成。如图所示，多个层1600相对于工作表面1601是倾斜的。在一个实施例中，多个层1600可以相对于主体的表面，诸如工作表面1601，以可以有助于改善的磨料制品的性能的特定角度定向。在特定方面，这些层可以相对于主体的工作表面1601以至少2°的倾斜角定向，诸如至少5°、至少10°或至少20°。图11D包括主体1500的代表性频域图像。如图所示，这些点是非垂直对齐的。

在一个实施例中，磨料制品的主体可以包括以特定角度定向的层，该层可有利于改善的磨料制品的性能。在一个方面，主体可以包括相对于工作表面以大于0°的角度α定向的层，诸如至少2°、至少5°、至少8°、至少10°、至少12°、至少15°、至少18°、至少19°、至少20°、至少22°、至少25°、至少27°、至少30°、至少33°、至少35°、至少37°、至少40°、至少41°、至少43°、至少45°、至少47°、至少48°、至少50°、至少52°、至少55°、至少58°、至少60°、至少62°、至少64°、至少66°、至少68°、至少70°、至少72°、至少74°、至少76°、至少78°、至少80°、至少82°、至少85°、至少88°、或至少90°。参照图14A，示出了示例性取芯钻头尖端的主体1400的一部分的横截面，包括层1402，其中层1402相对于工作表面1401形成一个角度α。图14B包括另一个示例性取芯钻头尖端的主体1410的一部分的横截面的图示，包括相对于工作表面1410形成角度α的层1412。应当理解，角度α意指在层和主体的工作表面之间形成的非钝角。在另一个方面，主体可以包括以相对于工作表面的角度α最多90°的层定向，诸如最多88°、最多86°、最多84°、最多82°、最多80°、最多78°、最多75°、最多74°、最多72°、最多70°、最多68°、最多66°、最多64°、最多62°、最多60°、最多58°、最多66°、最多64°、最多62°、最多60°、最多58°、最多55°、最多54°、最多52°、最多50°、最多48°、最多46°、最多44°、最多42°、最多40°、最多38°、最多36°、最多34°、最多32°或最多30°。在特定方面，本体可以包括以在本文提到的任何最小值和任何最大值的范围内的一个角度α定向的层。

用公式

表示通过增材制造形成的层的制造厚度，可以确定定向角α。例如，可以印刷这些层，因此，Lp是磨料主体的层的印刷厚度。Lp如图所示。14A和14B相同的结构。L是出现在磨料制品的工作表面上的层的平均全厚度。参照图14C，图中的磨料主体1410的工作表面。14B被示出，包括多个层。如图所示，只有层1和层n的一部分存在于工作表面上。由于工作表面上显示的层1和层n的厚度可能不是全层的厚度，因此与其他层相比，层厚度L可以是全层2到全层n-1的平均厚度。如图14C所示，层2至层n-1中的每一个具有相同的厚度，并且L是层2至层n-1中任意一层的厚度。层厚度L可以在显微镜下测量。

在实施例中，制造厚度(例如，印刷厚度)也可以通过使用磨料主体的至少3个横截面的频率分量图像来确定。例如，制造厚度可以通过使用磨料主体的间距值并基于120微米和200微米的，如本文实施例中所述，间距值分别为1和1.4的印刷厚度来确定。

在一个实施例中，磨料主体的工作表面可以包括特定数量的层。在一个实例中，如图所示，工作表面可以包括至少1层、至少2层、至少3层、至少4层、至少5层、至少10层、至少20层、至少30层、至少40层、至少50层、至少60层、至少65层、至少70层、至少80层、至少90层、至少100层、至少200层、至少300层、至少400层、至少500层、至少600层、至少700层、至少800层、至少900层、至少1000层、至少2000层、至少3000层、至少4000层、或至少5000层。在另一个实例中，工作表面可包括最多108层、最多107层、最多106层、最多105层或最多104层。应当理解，磨料主体的工作表面的层数可以随着层的制造厚度，工作表面的尺寸，诸如外径、内径、宽度、长度和/或周长，和/或层的定向角以适应各种应用。在一个实例中，工作表面可以包括在本文提到的任何最小值和最大值的范围内的制造层的总数。在特定应用中，取芯钻头尖端的第一区域的外径可以是至少3mm至最多125mm。在另一个特定实例中，对于在第一区域具有125mm外径的取芯钻头尖端以及在相对于工作表面90°的定向角处具有30微米的印刷厚度的层，工作表面可以包括4167层。在另一个实例中，工作表面可以包括比本文所述更多的层，因为应用可能需要相对大的工作表面。

在一个实施例中，包括磨料颗粒和粘结材料的层，诸如层1600和层1200，与层之间的界面，诸如界面1300和界面1700相比可以具有不同的耐磨性。例如，包括磨料颗粒和粘结材料的层可以具有比界面更高的耐磨性。

在另一个实施例中，磨料制品可包括芯，诸如毂、或轴，其中芯可附接到主体。图6A包括一个铅笔磨边轮600的横截面的图示，包括具有中心开口602的毂601。主体605可以附接到毂601的外围表面607。主体605可以具有本文实施例中描述的关于主体201的任何特征。

图6B包括铅笔磨边轮620的横截面的图示，该铅笔磨边轮包括具有中心开口622和外围凹槽624的毂621。如图所示，主体625可以包含在外围凹槽624内。在另一个实例中，主体625可以部分地包含在外围凹槽624内。

图7包括取芯钻头的侧视图的图示。取芯钻头可以包括附接到钻主体720的轴730，钻主体连接到研磨端710。研磨端710可包括第一区域701和第二区域702。第一区域701可以具有环形形状和围绕纵向轴线750的环形横截面，纵向轴线沿取芯钻头700延伸并限定长度L。第二区域702可具有围绕纵向轴线750的环形横截面。取芯钻头700可以包括在纵向轴线750的方向上延伸并穿过第一区域701、第二区域702和主体720的中心开口706。开口706可以进一步延伸穿过轴730(未示出)，以允许冷却剂在操作中流过钻头。研磨端710、第一区域701和第二区域702可以包括本文实施例中描述的关于主体201的任何特征。

应当理解，本文实施例的磨料制品可以具有可以是珩磨、圆锥、杯、凸缘形状、圆柱、轮、环以及它们的组合形式的主体。在特定实例下，主体可以包括至少一个具有弓形轮廓的表面。

许多不同的方面和实施例都是可能的。本文描述了这些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。实施例可以根据下面列出的任何一个或多个实施例。

实施例

实施例1.一种磨料制品，包括：

主体，所述主体包括：

磨料颗粒，所述磨料颗粒包含在粘结基体中；

大于1的微结构特征；和

不大于50％的非粘结值。

实施例2.一种磨料制品，所述磨料制品包括：

主体，所述主体包括：

磨料颗粒，所述磨料颗粒包含在粘结基体中；

包括至少0.01的间距值的微结构特征。

实施例3.实施例1或2的磨料制品，其中主体包括至少2或至少3或至少4或至少5或至少6或至少7的微结构特征。

实施例4.实施例1或2的磨料制品，其中主体包括不大于10或不大于9或不大于8或不大于7或不大于6或不大于5或不大于4或不大于3的微结构特征。

实施例5.实施例1或2的磨料制品，其中微结构特征包括至少0.01、或至少0.03、或至少0.04、或至少0.06、或至少0.08、或至少0.1、或至少0.2、或至少0.3、或至少0.4、或至少0.5、或至少0.6、或至少0.7、或至少0.8、或至少0.9、或至少1、或至少1.1、或至少1.3、或至少1.4、或至少1.5、或至少1.6、或至少1.8、或至少1.9、或至少2、或至少2.1、或至少2.3、或至少2.5、或至少2.6、或至少2.8、或至少3、或至少3.1、或至少3.3、或至少3.5、或至少3.6、或至少3.8、或至少4、或至少4.2、或至少4.5、或至少4.7、或至少5、或至少6、或至少7、或至少8、或至少9、或至少10、或至少11、或至少12、或至少15、或至少20、或至少30、或至少50、或至少80、或至少100、或至少200、或至少300、或至少400、或至少500的间距值。

实施例6.实施例1的磨料制品，其中微结构特征包括不大于2000、或不大于1000、或不大于500、或不大于400、或不大于300、或不大于200、或不大于100、或不大于80、或不大于50、或不大于40、或不大于30、或不大于20、或不大于10、或不大于9.8、或不大于9.6、或不大于9.5、或不大于9.3、或不大于9、或不大于8.8、或不大于8.6、或不大于8.4、或不大于8.2、或不大于8、或不大于7.8、或不大于7.6、或不大于7.4、或不大于7.2、或不大于7、或不大于6.8、或不大于6.6、或不大于6.4、或不大于6.2、或不大于6、或不大于5.8、或不大于5.6、或不大于5.5、或不大于5.2、或不大于5、或不大于4.8、或不大于4.6、或不大于4.4、或不大于4.2、或不大于4、或不大于3.8、或不大于3.6、或不大于3.4、或不大于3.2、或不大于3、或不大于2.8、或不大于2.6、或不大于2.4、或不大于2.2、或不大于2、或不大于1.8、或不大于1.6、或不大于1.5、或不大于1.4、或不大于1.3、或不大于1.2、或不大于1、或不大于0.8、或不大于0.6、或不大于0.4、或不大于0.2、或不大于0.1。

实施例7.实施例1或2的磨料制品，其中主体包或不大于50％或不大于40％或不大于30％或不大于20％或不大于15％或不大于12％或不大于10％或不大于9％或不大于8％或不大于7％或不大于6％或不大于5％或不大于4％或不大于3％或不大于2％的非粘结值。

实施例8.实施例1或2的磨料制品，其中非粘结值为至少0.01％或至少0.1％或至少0.5％或至少1％或至少2％。

实施例9.实施例1或2的磨料制品，其中非粘结值在至少0.01％与不大于50％之间的范围内、或在至少0.1％与不大于20％之间的范围内、或在至少0.5％与不大于10％之间的范围内。

实施例10.实施例1或2所述的磨料制品，其中粘结基体包括第一相和第二相。

实施例11.实施例10的磨料制品，其中第一相包括金属。

实施例12.实施例11的磨料制品，其中第一相包括金属，该金属包括过渡金属元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或它们的任意组合中的至少一种。

实施例13.实施例9的磨料制品，其中第二相包括金属。

实施例14.实施例13的磨料制品，其中第二相包括金属，该金属包括过渡金属元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或它们的任意组合中的至少一种。

实施例15.实施例13的磨料制品，其中第二相包括金属，该金属包括铜、锡、铁、铬、钨、钼、钒、银、钛、镁、钴、镍、锌或它们的任意组合中的至少一种。

实施例16.实施例10的磨料制品，其中第一相限定了延伸穿过主体的至少大部分体积的互连相。

实施例17.实施例10的磨料制品，其中第二相限定了延伸穿过主体的至少大部分体积的互连相。

实施例18.实施例10的磨料制品，其中第一相限定了基体相，第二相限定了浸渗剂相。

实施例19.实施例10的磨料制品，其中主体包括：

第一相的含量，所述第一相的含量占主体的总体积的至少20vol％且不大于70vol％；

第二相的含量，所述第二相的含量占主体的总体积的至少20vol％且不大于80vol％；或

它们的组合。

实施例20.实施例1或2的磨料制品，其中主体包括占主体的总体积的至少20vol％且不大于70vol％的粘结材料的含量。

实施例21.实施例1或2的磨料制品，其中磨料颗粒包括选自由以下项组成的组中的材料：氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金刚石或它们的任意组合。

实施例22.实施例1或2的磨料制品，其中磨料颗粒基本上由一种或多种超硬磨料组成。

实施例23.实施例1或2的磨料制品，其中磨料颗粒基本上由金刚石组成。

实施例24.实施例1或2的磨料制品，其中主体包括占主体的总体积的至少1vol％且不大于40vol％的磨料颗粒的含量。

实施例25.实施例1或2的磨料制品，其中磨料颗粒包括至少25微米且不大于400微米的平均粒径。

实施例26.实施例1或2的磨料制品，其中主体包含占主体的总体积的至少0.0001vol％且不大于10vol％的孔隙率的含量。

实施例27.实施例1的磨料制品，进一步包括附接到主体的毂，其中毂包括中心开口并且其中主体附接到毂的至少一个表面。

实施例28.实施例1或2的磨料制品，其中大部分磨料颗粒包含在粘结材料内并形成粘结磨料主体。

实施例29.实施例1或2的磨料制品，其中大部分磨料颗粒作为单层存在于粘结材料层中。

实施例30.实施例27的磨料制品，其中主体附接到毂的外围表面。

实施例31.实施例30的磨料制品，其中毂包括周向凹槽并且主体至少部分地包含在外围凹槽内。

实施例32.实施例31的磨料制品，其中主体包括至少一个具有弓形轮廓的表面。

实施例33.一种形成磨料制品的方法，包括：

通过增材制造形成生坯主体：其中主体包括：

粘结前体材料；和

磨料颗粒，磨料颗粒包含在粘结前体材料内；

对生坯主体进行处理以形成磨料制品，其中处理包括浸渗，并且其中磨料制品包括具有不大于50vol％的非粘结值的主体

实施例34.实施例33的方法，其中形成包括：

形成包括粘结前体材料、磨料颗粒和粘合剂的第一层；和

形成覆盖第一层的至少一部分的第二层，其中第二层包括粘结前体材料、磨料和粘合剂。

实施例35.实施例33的方法，其中形成包括：

用粘合剂粘合第一层的材料，其中第一层包括粘结前体材料、磨料颗粒和粘合剂；和

粘合覆盖第一层的至少一部分的第二层，其中第二层包括粘结前体材料、磨料颗粒和粘合剂。

实施例36.实施例35的方法，其中粘合第一层包括在粉末床中沉积粘合剂。

实施例37.实施例36的方法，其中粉末床包括粘结前体材料。

实施例38.实施例36的方法，其中粉末床包括磨料颗粒。

实施例39.实施例36的方法进一步包括在沉积粘合剂之前将磨料颗粒沉积在粉末床中。

实施例40.实施例39的方法，其中沉积磨料颗粒包括受控沉积工艺，该受控沉积工艺包括控制选自以下项的组中的至少一个参数：磨料颗粒的位置、磨料颗粒的尺寸、磨料颗粒的形状、磨料颗粒的成分、磨料颗粒的定向或它们的任意组合。

实施例41.实施例36的方法，其中粘合第一层包括粘合剂在粉末床上的选择性沉积以粘结与粘合剂接触的成分材料。

实施例42.实施例35的方法，其中粘合第二层包括在粉末床中沉积粘合剂。

实施例43.实施例42的方法，其中粉末床包括粘结前体材料。

实施例44.实施例42的方法，其中粉末床包括磨料颗粒。

实施例45.实施例42的方法进一步包括在沉积粘合剂之前将磨料颗粒沉积在粉末床中。

实施例46.实施例45的方法，其中沉积磨料颗粒包括受控沉积工艺，该受控沉积工艺包括控制选自以下项的组中的至少一个参数：磨料颗粒的位置、磨料颗粒的尺寸、磨料颗粒的形状、磨料颗粒的成分、磨料颗粒的定向或它们的任意组合。

实施例47.实施例42的方法，其中粘合第一层包括粘合剂在粉末床上的选择性沉积以粘结与粘合剂接触的成分材料。

实施例48.实施例33的方法，其中形成包括：

选择性地粘合多个层的部分以形成生坯主体，其中生坯主体包含在未粘结的粉末床中；和

去除未粘结的粉末并提取生坯主体。

实施例49.实施例48的方法，其中选择性粘合包括选自选择性粘合剂的沉积、固化、加热、辐照、干燥或它们的任意组合的组中的至少一个工艺。

实施例50.实施例48的方法，其中选择性粘合包括：

a)形成未粘结粉末的第一层，第一层包括粘结前体材料和磨料颗粒；

b)在第一层的部分中选择性地沉积粘合剂，其中在选择性地沉积粘合剂之后，第一层包括未粘结区域和粘结区域，其中粘结区域包括粘合剂；

c)形成覆盖第一层的未粘结粉末的第二层，其中第二层包括粘结前体材料和磨料颗粒；和

d)在第二层的部分中选择性地沉积粘合剂，其中在选择性地沉积粘合剂之后，第二层包括未粘结区域和粘结区域，其中粘结区域包括粘合剂。

实施例51.实施例33和48的任一项的方法，进一步包括在形成生坯主体之后用包括金属的浸渗剂来浸渗生坯主体。

实施例52.实施例51的方法，进一步包括在浸渗生坯主体之前进行至少一种处理工艺，其中所述至少一种处理工艺选自加热、干燥、挥发、冷却、冷冻或它们的任意组合的组。

实施例53.实施例51的方法，其中浸渗生坯主体与生坯主体的烧结以及将粘结前体材料转变为粘结材料同时进行。

实施例54.实施例51的方法，其中浸渗是在非氧化气氛下进行的。

实施例55.实施例51的方法，其中浸渗在至少600℃且不大于1320℃的温度下进行。

实施例56.实施例51的方法，其中浸渗进行至少5分钟且不超过24小时的持续时间。

实施例57.实施例51的方法，其中磨料制品包括粘结材料，该粘结材料包括与粘结前体材料相关的第一相和与在浸渗期间浸渗生坯主体的孔隙的浸渗剂相关的第二相。

实施例58.实施例57的方法，其中粘结前体材料包括金属。

实施例59.实施例58的方法，其中粘结前体材料包括金属，所述金属包括过渡金属元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或它们的任意组合中的至少一种。

实施例60.实施例57的方法，其中浸渗剂包括金属。

实施例61.实施例60的方法，其中浸渗剂包括金属，该金属包括过渡金属元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或它们的任意组合中的至少一种。

实施例62.实施例60的方法，其中浸渗剂包括金属，包括铜、锡、铁、铬、钨、钼、钒、银、钛、镁、钴、镍、锌或它们的任意组合中的至少一种。

实施例63.实施例9的磨料制品，其中第一相限定了延伸穿过主体的至少大部分体积的互连相。

实施例64.实施例9的磨料制品，其中第二相限定了延伸穿过主体的至少大部分体积的互连相。

实施例65.实施例51的方法，其中磨料颗粒包括选自由氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金刚石或它们的任意组合组成的组中的材料。

实施例66.实施例51的方法，其中磨料颗粒基本上由金刚石组成。

实施例67.实施例51的方法，其中生坯主体包括占主体的总体积的至少30vol％且不大于60vol％的孔隙率含量。

实施例68.实施例51的方法，其中磨料制品包括主体，并且其中所述主体包括占主体的总体积不大于8vol％的孔隙率含量。

实施例69.实施例51的方法，其中进一步包括将主体附接至毂，其中毂包括中心开口，并且其中主体附接至毂的至少一个表面。

实施例70.实施例69的方法，其中毂包括外围凹槽并且主体至少部分地包含在外围凹槽内。

实施例71.实施例33的方法，其中主体包括大于1的微结构特征。

实例

实例1

根据本文所述的实施例，使用ExOne粘合剂喷射3D打印机形成具有铁基合金和金刚石磨料颗粒的粘结材料的生坯主体。在不同的浸渗条件下用青铜浸渗生坯主体以形成样品S1、S2和S3。用于形成样品的浸渗条件因至少一个变量而不同，该变量包括浸渗温度、持续时间、施加浸渗剂的方式、熔炉类型、另一变量或它们的任意组合。

图8A至图8C分别包括样品S1至样品S3的横截面的SEM图像。通过分析图像并分别计算样品S1至样品S3中存在的浸润剂的含量来确定每个样品的有效浸渗率。样品S1的有效浸渗率为30％，样品S2的有效浸渗率为60％，样品S3的有效浸渗率为100％。图7D包括样品的有效浸渗与非粘结值的关系图。非粘结值是由金刚石颗粒和孔隙组成的面积百分比。样品S1的非粘结值约为65％，S2的非粘结值约为10％，S3的非粘结值约为6％。

实例2

形成取芯钻头样品S4和样品S5以及铅笔磨边轮S6和S7。样品S4至样品S6的生坯主体使用如本文实施例中所述的ExOne粘合剂喷射3D打印机。SS420粘结材料和金刚石磨料颗粒用于形成样品S4和样品S6。样品S5和样品S7是使用HSSM2粘结材料和金刚石磨料颗粒形成的。粘结材料HSSM2和SS42的成分分别包含在下表1和表2中。

表1

表2

SS420成分	(wt％)
		Fe	平衡
C	<0.15％
		Cr	12.0-14.0％
Mn	<1.0％
		Si	<1.0％
P	<0.04％
		S	<0.03％

所有生坯主体都用青铜浸渗以具有不大于10％的非粘结值。通过在一块玻璃上钻500个孔来测试样品S5和样品S6的磨损。磨损是钻完500个孔后与原始长度相比，取芯钻头样品的研磨端的长度的减少。图9A包括代表现有技术并且可以从Saint-Gobain Abrasives商购的样品S5、样品S6和样品CS8的磨损的图示。如图所示，样品S6表现出与CS8类似的磨损。与S6和CS8相比，样品S5具有更高的磨损。

样品S6和样品S7的G-比率以及代表现有技术并且可从Saint-Gobain Abrasives商购的铅笔磨边轮(样品CS9)通过对玻璃片的边缘进行仿形来进行测试。如图9B所示，样品S7表现出比样品CS9和样品S6改善的G-比率。

实例3

形成了取芯钻头样品S10和S11。使用如本文实施例中所述的ExOne粘合剂喷射3D打印机，用相同的铁基不锈钢粘结材料和金刚石磨料颗粒形成样品的生坯主体。在不同的浸渗条件下用青铜浸渗生坯主体以形成样品S10和样品S11。

根据本文中的实施例浸渗生坯主体以形成样品S10的粘结体。

将另一个生坯主体浸入青铜中并放入熔炉中，并在氮气气氛下按照以下方案加热以形成样品S11的粘结主体：在23℃的熔炉中施加真空10分钟，然后熔炉内充满氮气。然后在23℃下再次施加真空10分钟，熔炉内充满氮气，温度以5℃/min升温至500℃并保持60min，然后以2℃/min升温至600℃并保持90分钟，然后以2.5℃/min升温至1000℃并保持1分钟，然后以2℃/min升温至1120℃并保持90分钟。然后让熔炉冷却到23℃。从熔炉中取出样品S11的粘结磨料主体。

图10A和10B分别包括样品S10和样品S11的粘结磨料主体的横截面的SEM图像。将每个粘结主体附接到轴以分别形成样品S11和样品S12。两个样品在相同条件下使用相同的玻璃工件进行玻璃钻孔测试。样品S10在钻完500个孔后磨损了0.1mm，而样品S11无法钻孔并导致工件断裂。

实例4

形成了取芯钻头样品。使用3D粘合剂喷射打印机形成生坯主体并根据本文的实施例进行浸渗。样品S12形成为包括水平印刷的层。S13形成为包括相对于水平方向以5°角定向的印刷层。S14形成为包括相对于水平方向以10°角定向的印刷层。样品12至样品14的照片包括在图中。12.可以观察到样品的工作表面上的印刷层1220和界面1210。样品S13在工作表面上有6个印刷层，并且样品S14在工作表面上有10个印刷层。图13包括样品S12和样品S14的钻孔数量与磨损的关系图。

实例5

根据本文的实施例形成附加的取芯钻头。样品CS14形成为包括水平印刷的层。样品S15至样品S17分别形成为具有以5°、10°和30°的定向角印刷的层。所有样品均形成为具有200微米的印刷层厚度。通过在玻璃工件上钻500个孔来测试取芯钻头样品的磨损率。图15包括说明每500个钻孔的平均磨损率的图表。每个数据点是3个样品测试结果的平均值，并且每个样品都进行了钻孔4到5次，共500个孔的测试。与样品CS14相比，样品S15表现出磨损率降低了11％。与样品CS14相比，样品S16和样品S17的磨损率降低了大约20％。

实例6

取芯钻头样品以与实施例5类似的方式形成。样品S18包括水平打印的层。样品S19至样品S28分别包括以5°、10°、30°、60°、70°、80°和90°的定向角印刷的层。所有样品都要进行钻孔测试。确定样品的磨损率。

上面已经参考具体实施例描述了益处、其他优点及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案及可使任何益处、优点或解决方案被想到或变得更加显著的任何特征都不被认为是任何或所有权利要求的关键、所需或必要的特征。本文提及的包括一种或多种组分的材料可解释为包括至少一个实施例，在该实施例中所述材料基本上由所指定的一种或多种组分组成。术语“基本上由...组成”应解释为包括成分，该成分包括所指定的那些材料，并排除除不显著改变材料特性的少数含量(例如，杂质含量)材料之外的所有其他材料。除此之外或替代性地，在某些非限制性实施例中，本文所指定的组成中的任一者可基本上不含未明确公开的材料。本文的实施例包括材料内某些组分的含量范围，并且应当理解，给定材料内组分的含量总计为100％。

本文所述的实施例的说明书和图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作对使用了本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独的实施例也可在单个实施例中以组合的方式来提供，并且相反地，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供或以任何子组合的方式来提供。进一步地，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。只有在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于技术人员才是显而易见的。通过本公开内容可以利用和得到其他实施例，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种磨料制品，包括：

主体，所述主体包括：

磨料颗粒，所述磨料颗粒包含在粘结基体中；

大于1的快速傅立叶变换值；和

不大于50％的非粘结值和至少0.01的间距值中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述主体包括至少0.01％且不大于15％的非粘结值。

3.根据权利要求1或2所述的磨料制品，其中所述粘结基体包含第一相和第二相，所述第一相包含粘结材料，所述第二相限定浸渗剂相。

4.根据权利要求3所述的磨料制品，其中所述粘结材料包含金属，所述金属包括钨、钒、钼、或它们的组合。

5.根据权利要求3所述的磨料制品，其中所述粘结材料包含铁基材料。

6.根据权利要求5所述的磨料制品，其中所述粘结材料包含：

占所述粘结材料的总重量的至少1wt％至最多15wt％的钼；

占所述粘结材料的所述总重量的至少0.5wt％至最多10wt％的钒；

占所述粘结材料的所述总重量的至少1wt％且最多11wt％的铬；

占所述粘结材料的所述总重量的至少1wt％且最多20wt％的钨；

或

它们的任意组合。

7.根据权利要求3所述的磨料制品，其中所述主体包括：

所述第一相的含量，所述第一相的含量占所述主体的总体积的至少20vol％且不大于70vol％；

所述第二相的含量，所述第二相的含量占所述主体的总体积的至少20vol％且不大于80vol％；或

它们的组合。

8.根据权利要求1或2所述的磨料制品，其中所述主体包括至少一个层，所述至少一个层包括磨料颗粒和所述粘结基体的至少一部分，其中所述至少一个层相对于所述主体的工作表面以一定角度定向。

9.根据权利要求8所述的磨料制品，其中所述主体包括多个层，所述多个层包括所述至少一个层，其中所述多个层以大于0°且最多90°的角度定向。

10.根据权利要求9所述的磨料制品，其中所述多个层以至少5°的角度定向。

11.根据权利要求1或2所述的磨料制品，其中所述主体包括占所述主体的总体积的至少0.0001vol％且小于10vol％的孔隙率含量。

12.根据权利要求1或2所述的磨料制品，进一步包括附接至所述主体的毂，其中所述毂包括中心开口并且其中所述主体附接至所述毂的至少一个表面。

13.根据权利要求12所述的磨料制品，其中所述毂包括外围凹槽，并且所述主体至少部分地包含在所述外围凹槽内。

14.根据权利要求9所述的磨料制品，其中所述主体包括至少一个具有弓形轮廓的表面。

15.一种形成磨料制品的方法，包括：

通过增材制造形成生坯主体，其中所述主体包括：

粘结前体材料；和

磨料颗粒，所述磨料颗粒包含在所述粘结前体材料内；

对所述生坯主体进行处理以形成磨料制品，其中处理包括浸渗，并且其中所述磨料制品包括具有不大于50％的非粘结值的主体。

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