CN1228727A - 磨具用可除去的粘结剂 - Google Patents

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Abstract

一种易于从回收使用的磨具的金属内芯上化学和电化学剥离以重复使用内芯的金属单层磨具用的粘结剂。相对于常规粘结磨具,新粘结剂的剥离速度快,剥离的内芯具有光滑的干净表面,在再使用前仅需极少的机械修补。新组合物主要由铜、锡和钛组成。它可在低于金刚石石墨化温度的温度下钎接并与金属化学相容。因此该金属尤其适用于制造用于建筑业的大直径、超级磨粒金属单层磨轮。该粘结剂可以青铜合金、钛化合物和铜粉的均匀混合物的形式施加在磨轮的切削表面上。所述粉末可与液态载体混合并以糊料施涂。钎接粘结剂的方法包括将粘结剂组合物加热至最大约880℃的温度,以熔融青铜合金和钛化合物组分,随后将温度升至至少约900℃以溶解铜。粘结剂也可包括涂覆内芯和粘结剂组合物之间的切削表面的约10—200微米厚的铜阻挡层。

Description

磨具用可除去的粘结剂
发明的领域
本发明涉及将磨粒粘附在磨具内芯上的粘结剂。更具体地说，本发明涉及一种能容易地被除去以便重复使用内芯的粘结剂。
发明的背景和概述
工业磨具常包括粘附在硬性内芯上的硬材料磨粒。可人力或动力驱动该内芯，使之与工件运动接触，将工件研磨、切削、抛光或磨削成所需的形状。磨粒常用称为粘结剂的材料粘附在内芯上。
持续使用后磨具的切削能力常会下降。结果，磨具完全磨损，难以进一步使用。在这种情况下，应用新的磨具替换磨损的磨具。切削能力的下降常归因于例如磨粒过度钝化和损耗这些原因。在与工件接触时粘结剂磨损或破裂会损耗磨粒。在许多情况下，仅磨粒和粘结剂受磨损的影响，而内芯基本保持完整。
在某些用途(如建材的研磨和切削)中替换磨损的磨具的需求是重要的。要切削的材料通常包括金属、天然石材、花岗岩、混凝土和陶瓷。这些材料会较快地磨损磨具，甚至会较快地磨损掺有超级磨粒(如金刚石和立方氮化硼(“CBN”))的最耐久的磨具。另外，建材磨具通常十分巨大。用于切削沥青、混凝土和其它道路材料的磨轮具有高达数英尺的直径是常见的。替换这种磨具的费用是十分高的。
为了降低替换费用，通常可以修复从磨损磨具上回收的内芯。这一般通过除去内芯上残余的粘结剂和磨粒、修复内芯上的非实质性结构缺陷并施加磨粒和粘结剂的新切削表面来完成。从回收的磨具上除去粘结剂和磨粒有时被称为剥离。
还可使用许多技术(如冲刷和加热)来剥离回收的内芯。通常组合使用化学方法和电化学方法来剥离使用金属粘结剂的磨具。也就是说将磨具浸渍在能选择性地腐蚀粘结剂组分的化学品浴中。可施加合适的电压以进一步通过逆向电镀从内芯上剥离粘结剂。
在开发用于所谓的金属单层(“SL”)型磨具的粘结剂时内芯的剥离性能特别重要，尽管这对于许多磨具类型也是重要的。SL磨具主要是将粘结材料钎接糊料的薄涂层施涂在内芯的切削表面上形成的。通常将磨粒逐一地放置或洒在糊料上。最后，通过热处理钎接糊料，形成金属合金粘结剂。
镍已作为传统的粘结剂用于电镀磨具上，它能容易地从内芯上剥离。但是，镍电镀粘结剂不很适用于SL磨具，因为这种粘结剂一般需要用电镀浴涂覆在内芯上。电镀浴使用分散在电镀液中的大量磨粒。在高性能用途中，磨粒通常是金刚石或CBN，这使得电镀液过分昂贵，难以维持。或者，可钎接含镍粘结剂，但这需要很高的温度，通常最好高于1000℃。所述温度会使金刚石石墨化，甚至会使某些薄截面的金属内芯变形。
在SL磨具的粘结剂领域中渐渐推广使用含钛合金。Wesgo,Inc.of Belmont,California提供一种商品名为Ticusil的粘结剂，它是铜-银类低共熔混合物，含4.5重量％钛。尽管这种产品提供了容易剥离的粘结，但是由于含银使之较贵，并且其使用性能适中。
一种较好的含钛SL粘结剂合金的组成为70 Cu/21 Sr/9Ti(重量％)。但是这种粘结剂不容易用化学和电化学方法剥离。认为含Cu/Sn/Ti的粘结剂组合物不易剥离的原因在于(a)粘结剂中含锡金属间的相能耐剥离化学品的腐蚀，(b)形成Ti/Fe/Cu/Sn金属间相，它使粘结剂牢固地与内芯粘合。锡和钛是合金的熔点抑制剂，在钎接过程中钛与碳反应，从而有利于使熔融的粘结剂湿润金刚石磨粒。因此，简单地减少组合物中锡和钛的含量以改进剥离性是难以接受的。
最需要的是用于将超级磨粒钎接在SL磨具上的Cu/Sn/Ti粘结剂。因此，本发明提供一种用于主要是铁内芯的磨具的可除去的粘结剂，它包括主要由下列组分组成的粘结剂组合物：
(a)约62-92重量％青铜合金粉，它约含10-30重量％锡；
(b)约5-25重量％铜粉；和
(c)约3-12重量％钛；
其中所述粘结剂基本无孔穴，并以主要由富铜合金相和铜/锡/钛金属间相组成的混合物的形式存在。
本发明还提供一种用于主要是铁内芯的磨具的可除去粘结剂的制造方法，它包括如下步骤：
(1)将主要由约10-30重量％锡和余量的铜形成的青铜合金粉、氢化钛粉和铜粉以能有效地形成粘结剂组合物的比例混合成均匀的分散体，所述组合物主要由：
(a)约70-90重量％铜；
(b)约15-21重量％锡；和
(c)约3-12重量％钛所组成；
(2)将所述粘结剂组合物加热至不超过约880℃的青铜熔融温度；
(3)将所述粘结剂组合物保持在青铜的熔融温度，保持的时间要能有效地完全液化青铜合金和氢化钛；
(4)将温度升至至少约900℃的铜的溶解温度；以及
(5)将所述粘结剂组合物保持在铜的溶解温度，保持的时间要能有效地将铜粉基本完全地溶解在富铜合金相中。
本发明另一方面是提供一种掺有该新的粘结剂的金属单层磨具的制造方法。
本发明还提供掺有新的粘结剂的金属单层磨具。另外，本发明提供的金属单层磨具在内芯和含铜、锡和钛的粘结剂组合物之间包括一层约10-200微米厚的铜阻挡层。本发明提供的金属单层磨具的制造方法包括如下步骤：
(1)用约10-200微米厚的铜阻挡层涂覆主要是铁内芯的切削表面；
(2)混合(A)含铜、锡和钛的粘结剂组合物；和
(B)有效量的液态粘合剂，使之均匀分散，形成糊料；
(3)在阻挡层上涂覆一层糊料；
(4)在该糊料上沉积一层基本上是单层的磨粒；
(5)将粘结剂组合物加热至能有效地将磨粒钎接在磨具上的温度。
附图简述
图1是常规的70Cu/21Sn/9Ti粘结剂和钢内芯之间界面的扫描电子显微照片；
图2A是用71.4重量％青铜粉(77Cu/23Sn)、7.2重量％TiH2粉和21.4重量％铜粉制得的本发明粘结剂的光学显微照片；
图2B是用71.4重量％青铜粉(77Cu/23Sn)、7.2重量％TiH2粉和21.4重量％铜粉在865℃制得的常规粘结剂的光学显微照片；
图2C是用71.4重量％青铜粉(77Cu/23Sn)、7.2重量％TiH2粉和21.4重量％铜粉在880℃制得的常规粘结剂的光学显微照片；
图2D是用71.4重量％青铜粉(77Cu/23Sn)、7.2重量％TiH2粉和21.4重量％铜粉在900℃制得的常规粘结剂的光学显微照片；
图3A是70Cu/21Sn/9Ti的粘结剂组合物钎接在镍阻挡层上的放大的截面照片；
图3B是70Cu/21Sn/9Ti的粘结剂组合物钎接在本发明铜阻挡层上的放大的截面照片；
图4是数种磨轮的功率P(W)对累积的切削体积V(cm3)的关系图；
图5是数种磨轮的法向应力S(N/cm)对累积的切削体积V(cm3)的关系图。
详细描述
本发明一个方面是用于主要是铁内芯的磨具的可除去的粘结剂，它包括主要是铜、锡和钛的粘结剂组合物。在本文中，术语“粘结剂组合物”有时指构成粘结剂的组分混合物的组合物。术语“粘结剂”指粘结剂组合物经加热或用其它方法处理后用于将磨粒固定在磨具上的熔融的粘结剂。在本文中术语“主要是铁内芯”指其中元素铁占主要组分的金属组合物内芯。主要是铁内芯包括元素铁和铁合金(例如碳钢和不锈钢)的内芯，它可含有例如少量的但有效比例的镍、铬、钼、钒、钨、硅、锰及其混合物。
粘结剂组合物较好含约74-80重量％铜、约15-18重量％锡和约5-8重量％钛，最好含约74.6-76.4重量％铜、约16.4-17.7重量％锡和约7.2-7.7重量％钛。粘结剂组合物还可含少量其它组分，如元素碳和锆。一般来说，所述其它组分最大可约占5重量％，但是元素碳最多可占约0.5重量％。
较好的是，将铜、锡和钛以三种组分(即青铜合金、氢化钛和元素铜)加入粘结剂中。所述青铜合金主要由约10-30重量％锡和余量的铜组成。较好的是，所述青铜合金约含23-25重量％的锡。
所述钛组分中所含的钛最好是在钎接过程中能与超级磨料，尤其是金刚石反应的形式。这种活性改进了熔融钎接组合物湿润磨料表面的能力。据信得到的增强的粘结剂和超级磨料之间的相容性能促进粘合剂粘结强度。加入混合物中的钛可以是元素或化合物形式。元素钛在低温与水反应形成二氧化钛，从而在钎接过程中难以与金刚石反应。因此，当存在水(有时它是液态粘合剂的组分)时加入元素钛不是最好。如果以化合物形式加入钛，在钎接步骤中该化合物应能分解，使得钛能与超级磨料反应。钛最好以氢化钛(TiH2，在高达约600℃的温度下它是稳定的)的形式加入粘结剂材料中。高于约600℃，氢化钛分解成钛和氢。
粘结剂的第三种组分是铜。如下面将描述的那样，在钎接过程中需将铜溶解在主要是青铜的富铜合金相中。因此以容易进行这种溶解的形式加入铜组分是重要的。如果以带稀释剂(如铝、铅、镍和银)的铜合金的形式加入，则合金中的铜容易再溶解在青铜相中。较好的是，铜组分是元素铜。
一般来说，以粉末状提供青铜合金、钛和铜组分。粉末的粒径不是关键的，但是较好是小于约325美国标准筛目(44微米粒径)的粉末。粘结剂组合物最好通过例如用转鼓混合，将组分分散至其浓度均匀分布而制得。
干粉粘结剂组合物可与低粘度液态粘合剂相混合。可将所述粘合剂以有效的比例加入粉末组分中以形成粘稠的粘性糊料。糊状的粘结剂组合物能精确地分配并能粘结在内芯的切削表面上及与磨粒相粘结。较好的是，粘结剂组合物糊料具有牙膏般的稠度。所述粘合剂应具有足够的挥发性，以便在钎接过程中基本完全蒸发和/或热解，不留下会影响粘结剂功能的残余物。粘合剂较好在低于约400℃蒸发。但是，所述粘合剂的挥发性应足够低，以便在室温该糊料将流动性和粘性保持合理的时间(“干燥时间”)，以将粘结剂组合物和磨料施加至内芯上，以及制备磨具进行钎接。较好的干燥时间应约为1-2小时。符合新的粘结剂组合物参数的合适的液态粘合剂可从市场上购得。适用于本发明的代表性的形成糊料的粘合剂包括购自Vitta Company的BrazTM凝胶；以及购自Lucas Company的LucanexTM粘合剂。后者是专利组合物，生产者已用粘结剂组合物组分混合成糊料而专门出售。可以用本领域中已知的许多方法(如球磨)将粘合剂与粉末掺混。混合粉末和液态粘合剂的次序不是关键的。
可使用本领域中已知的技术将所述糊料涂覆在内芯上，如刷涂、喷涂、刮刀涂覆或将磨具的表面浸渍在该糊料中。例如，可借助于旋转机械将糊料涂覆在内芯上。随后将一层磨粒沉积在粘结剂组合物涂层上。可以以在切削表面上形成平坦分布的方式将磨粒逐一地放置或洒在该切削表面上。磨粒以单层沉积，即基本上厚度为一个磨粒的厚度。磨粒的粒径一般应大于325目，较好大于约140目。对于要切削相当坚硬的工件(如建筑业上遇到的工件)的磨具，磨粒较好是超级磨粒，如金刚石和立方氮化硼。金刚石是最好的。
本发明粘结最好是通过多步钎接(brazing)方法来完成。该钎接方法具有两个主要点。首先，熔融粘结剂组合物以液化非铜粉组分。其次将熔融的粘结剂组合物加热至更高的溶解温度，以使铜溶解于其中并任意地处于该青铜合金相之下，在活性粘结剂组分和内芯之间形成富铜相。业已观察到这种多步钎接方法形成无孔穴的基本两相的粘结剂。也就是说该粘结剂基本完全以主要由富铜合金相和铜/锡/钛金属间相组成的固体混合物的形式存在。这种形态使粘结剂具有改进的韧性和强度，并使粘结剂能容易地从内芯上被剥离。
在将钎接糊料和磨粒施加在内芯的切削表面上以后，将粘结剂组合物加热至青铜的熔融温度。在除铜粉外的组分完全熔融前，青铜的熔融温度不应超过约880℃以防止铜粉末液化。较好的是，青铜的熔融温度为850-870℃，最好约为865℃。在青铜的熔融温度保持钎接的时间应足以基本完全熔融青铜合金和钛，并足以大范围地湿润磨粒表面，尤其当使用超级磨粒时。在青铜的熔融温度保持15分钟通常是足够的，30分钟是较好的。
将温度升至高于青铜的熔融温度的溶解温度继续进行钎接。在该溶解温度，铜粉溶解在青铜合金相中。溶解温度至少应约900℃。推荐的溶解温度不超过约950℃，因为一般不需要如此高的温度，在较高的温度金刚石的石墨化风险会上升并且内芯会变形。粘结剂在该溶解温度保持的时间应足以完全溶解铜粉。在温度由青铜的熔融温度快速上升至溶解温度的钎接中，溶解时间至少应约15分钟，较好约30分钟。将粘结剂组合物逐步加热至溶解温度也能获得满意的结果。术语“逐步加热”指升温的速率指至多约为1℃/分钟。由于逐步加热使粘结剂组合物在中间温度经受较长时间的加热老化，粘结剂组合物在高于880℃温度的总时间至少应30分钟。因此，逐步加热可有效地缩短溶解时间。也就是说，如果粘结剂由865℃(青铜熔融温度)逐步加热至905℃(溶解温度)，溶解时间可缩短至5分钟，因为由880℃至905℃的加热老化将历时25分钟。
本发明的一个重要方面是发现了在内芯和钎接的含Cu/Sn/Ti粘结剂之间的薄铜阻挡层能促进更容易地除去粘结剂。不愿受具体的理论的束缚，认为在钎接过程中粘结剂中的铜和钛与内芯中的铁通常会在内芯-粘结剂界面上形成金属间相。这种金属间相在化学上是非常稳定的，因此使剥离变得困难。但是本发明铜阻挡层阻止了形成界面金属间相。
具有阻挡层的磨具可在钎接前施加粘结剂组合物糊料之前，将铜层沉积在切削表面上而制得。可使用用铜涂覆铁制品的常规技术(如电镀)施涂阻挡层。用铜涂覆钢的方法公开在Cotell等的ASM Handbook,Vol.5,Surface Engineering,ASM International,1994。一般来说，涂覆前应从内芯和铜上除去基本所有的氧化层。阻挡层的最小厚度由将内芯与粘结剂隔开以防形成界面金属间相的要求所决定的。阻挡层的最大厚度不是关键的，但是，过分厚的阻挡层将浪费铜，因此是不经济的。同时，厚的铜阻挡层太弱，难以承受切削坚韧材料时遇到的恶劣的环境。因此，阻挡层的厚度可为约10-200微米，较好约10-50微米。
可配置铜阻挡层使常规的含Cu/Sn/Ti粘结剂容易从主要是铁内芯上剥离。也就是说，即使组分不是根据本发明以粉末状的三组分的形式加入，阻挡层也将起作用。另外，即使对一步钎接方法(即不将温度保持在中间的青铜熔融温度，而是直接加热至钎接温度)，铜阻挡层技术也应起作用。此外，阻挡层可与上述新的粘结剂组合物和多步钎接方法一起组合使用，以进一步增加剥离性能。但是，应注意在多步钎接方法中的逐渐加热会延长并促进铜阻挡层在富铜青铜合金相中溶解。这种溶解会消耗阻挡层中的铜，从而可能使粘结剂组合物穿透阻挡层并与内芯中的铁形成金属间相。因此，当使用采取逐渐加热的多步钎接方法时，最小的阻挡层厚度较好约25微米。
下面将通过某些代表性例子的实施例来说明本发明，在这些实施例中除非另有说明，否则所有的份、比例和百分数均是以重量计的。原始获得的所有非SI制重量单位和测量值均已换算成SI单位。
实施例
比较例1
用一步钎接，在900℃持续30分钟，通过钎接70Cu/21Sn/9Ti的粘结剂组合物制得金属单层金刚石磨轮。使用前，用扫描电子显微镜检查磨轮一侧的内芯/粘结剂界面部分。显微照片如图1所示。粘结剂显示出间置在贯穿粘结剂(“B”)的固体状青铜合金相(“A”)当中的金属间相(灰色部分)。金属间相(“IP”)区域主要位于粘结剂和内芯(“C”)的界面上。对数个金属间相部分用X-射线衍射法进行分析，得到下列结果：IPa=10Cu/45Sn/35Ti/10Fe；IPb=59Cu/35Sn/5Ti/1Fe；IPc=10Cu/2Sn/29Ti/59Fe。使用同样的分析方法，结果青铜合金相具有85Cu/15Sn的组成。
实施例1和比较例2-4
将20份购自Vitta Corporation,Bethel,Connecticut的Vitta BrazTM粘合剂凝胶的糊料和80份含71.4％青铜粉(77Cu/23Sn,325目，购自Connecticut EngineeringCo.,Newtown,Connecticut)、7.2％TiH2粉(325目)和21.4％铜粉(325目，购自CERAC Co.,Milwaukee,Wisconsin)的粘结剂组合物混合至形成均匀的糊料。将该糊料涂覆在钢基材上，并将购自Tomei公司的IMG型40/50金刚石磨粒以单层的形式沉积在该糊料上。以两步钎接粘结剂组合物：(a)在865℃真空钎接30分钟；随后(b)在900℃溶解30分钟(实施例1)。将该结构物切开露出剖面，用光学显微镜对其进行显微照相(图2A)。用与实施例1一样方法制得三种粘结剂组合物。用如下单一的温度钎接方法将粘结剂真空钎接30分钟：比较例2,865℃(图2B)；比较例3,880℃(图2C)；比较例4,900℃(图2D)。
图2B、2C和2D显示，粉末组分的单步钎接形成不均匀的粘结。证据是在各个比较例中不溶解的铜粉(“S”)的球状区和孔穴。与其完全相反，图2A显示孔穴含量和不溶解的铜明显减少，外加仅存在两个相，即黑色的金属间相和稍淡的显著得多的青铜合金相。
实施例2和比较例5
在一个钢坩埚上电镀200微米厚的镍金属涂层。将含80份70Cu/21Sn/9Ti和20份Vitta Braz粘合剂的糊料组合物置于该坩埚中。在真空炉中将该坩埚在865℃烧制30。冷却后，切开坩埚，用细氧化铝磨料将剖面抛光并清洗。在光学显微镜下检查该剖面。将剖面照相并用照相放大方法将其放大，如图3A所示(比较例5)。重复该过程，但是将坩埚涂覆200微米厚的铜涂层并将粘结剂在900℃钎接30分钟。铜涂覆坩埚剖面的放大照片示于图3B(实施例2)。
图3A显示出在镍涂层(“NI”)上具有鲜明杂色的钎接粘结区(“B”)。在粘结剂和镍层之间形成界限清楚的约10-25微米厚的金属间相带(“IP”)。对于阻挡层的可选择的金属来说镍较差的原因在于其金属间层是化学稳定的，并且金属间层会妨碍回收内芯的剥离。据认为该界面相对较脆，因此会降低研磨过程中的粘结强度。由图3B可观察到4个区域：由一个明显的界面与铜阻挡层(“L”)隔开的钢内芯(“C”)、青铜合金/金属间粘结剂(“B”)和在粘结剂和阻挡层之间的约50微米厚的区域(“D”)，在该区域中一些铜溶解并富集于该粘结剂中。由于阻止了粘结剂组合物完全渗透阻挡层，因此在粘结剂和基材之间未形成含铁金属间层。
实施例3和4及比较例6和7
试验4种新的金属单层磨轮以测定从低碳钢内芯上剥离粘结剂的情况。试验磨轮的情况和剥离试验结果列于表1。
                   表1
            实施例3    实施例4     比较例6      比较例7内芯金属      低碳钢     低碳钢      低碳钢       低碳钢内芯直径(em)     12.70      12.70       12.70       12.70内芯厚度(cm)     0.635      0.635       0.635       0.635磨料类型    40/50目IMG  40/50目IMG  40/50目IMG  40/50目IMG
          合成金刚石  合成金刚石  合成金刚石  合成金刚石磨料用量       2.30       2.30        2.30        2.30(克/磨轮)粘结剂组合物  76.9青铜1  76.9青铜1    70Cu        59.1Cu
          7.7TiH2    7.7TiH2      21Sn        17.7Sn
          15.4Cu      15.4Cu        9Ti         9.6Ti
                                                5.8Zr
                                                7.7TiC
                                                0.15C阻挡层类型      无          Cu          无           无阻挡层厚(微米)   -         50微米         -           -钎接条件   在865℃熔融  在865熔融     865℃        920℃
         30分钟，以1  30分钟，以1  30分钟        30分钟
        ℃/min加热至  ℃/min加热至
        895℃，保持5  895，保持5
            分钟         分钟在剥离浴中的                    重量减少(％)时间(min)83.00        0.473         0.127     0.0768        0.0512164.00        0.601         0.430      0.115         0.064260.00        0.831         0.974      0.218         0.141303.00        0.985         1.278      0.294         0.166447.00        0.997         1.733      0.371         0.256536.00        1.113         1.822      0.397         0.269595.00        1.113         1.948      0.422         0.307775.00          -2            -2       0.474         0.346177Cu/23Sn2完全剥离
将表1所列的各个磨轮在25℃持续地浸在购自Enthone-OMI,Inc.,NewHaven,Connecticut的ENSTRIP5000剥离溶液中。不时地测量并记录以初始重量的百分数表示的重量减少。对实施例4内芯的肉眼检查表明，其磨料表面是光滑的，在试验结束后无粘结剂和磨料的残余物。实施例3和实施例4的内芯经10小时化学剥离后均处于合格状态，不经机械除去附加的粘结剂/磨料就能重复使用。实施例3和实施例4的重量减少速度均比比较例磨轮快得多。比较例6和比较例7的各个试样在剥离浴中775分钟后仍以缓慢的速度持续地减少重量。对比较例试样的肉眼观察表明试验结束时在切削表面上仍残留大量的磨粒和粘结剂。
对实施例3和4及比较例6的磨轮进行下列研磨试验。用各个磨轮研磨23.32cm×10.16cm×2.54cm的高密度99.5％氧化铝块料(购自Coors CeramicsCompany,Golden,Colorado)。磨轮表面速度为25.4m/s，纵向速度为2.54cm/s，横向进料为2.54mm，切割深度为0.432mm。定期测量以瓦为单位的功率消耗和以牛顿/厘米为单位用于切割的法向应力S，并分别在图4和图5中将其对累积的切削体积V(cm3)作图。这些曲线表明用本发明可剥离的粘结剂制得的新磨轮的性能与不使用可剥离粘结剂的对照磨轮相似。另外，观察到主要的损坏方式是金刚石磨粒的破裂和钝化(flattening)。金刚石的脱胶是非常有限的。立体光学显微镜分析表明在损坏时每个磨轮损耗的磨粒数小于5，这种损坏定义为当法向应力增至1139N/cm和/或磨轮停止研磨时所发生的情况。从这些试验可看到新粘结剂可很好地粘结金刚石磨粒，并且与用高质量、耐久的粘结剂合金制得的磨轮相比，本发明磨轮在制造质量方面具有良好的性能。

Claims (24)

1．一种用于主要是铁内芯磨具的可除去的粘结剂，该粘结剂包括主要由下列组分组成的粘结剂组合物：
(a)约63-92重量％青铜合金粉，它约含10-30重量％锡；
(b)约5-25重量％铜粉；和
(c)约3-12重量％钛；
其中所述粘结剂基本无孔穴，并以主要由富铜的青铜合金相和铜/锡/钛金属间相组成的混合物的形式存在。
2．如权利要求1所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物包括约74.6-76.4重量％铜、16.4-17.7重量％锡和约7.2-7.7重量％钛。
3．如权利要求1所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物是主要由约10-30重量％锡和余量的铜组成的青铜预制合金粉末、氢化钛粉末和铜粉的混合物。
4．一种用于主要是铁内芯的磨具的可除去粘结剂的制造方法，它包括如下步骤：
(1)将主要由约10-30重量％锡和余量的铜形成的青铜合金粉、氢化钛粉和铜粉以能有效地形成粘结剂组合物的比例混合成均匀的分散体，所述组合物主要由：
(a)约70-90重量％铜；
(b)约15-21重量％锡；和
(c)约3-12重量％钛所组成；
(2)将所述粘结剂组合物加热至不超过约880℃的青铜熔融温度；
(3)将所述粘结剂组合物保持在青铜的熔融温度，保持的时间要能有效地完全液化青铜合金和氢化钛；
(4)将温度升至至少约900℃的铜的溶解温度；以及
(5)将所述粘结剂组合物保持在铜的溶解温度，保持的时间要能有效地将铜粉基本完全地溶解在富铜青铜合金相中。
5．如权利要求4所述的发明，其特征在于青铜的熔融温度约为850-870℃，粘结剂组合物在青铜熔融温度保持的时间至少约15分钟。
6．如权利要求5所述的发明，其特征在于逐渐地将粘结剂组合物的温度由青铜的熔融温度升至铜的溶解温度，并且粘结剂组合物在高于880℃的温度下至少保持约30分钟。
7．一种金属单层磨具，它包括：
(a)主要是铁的内芯；和
(b)由粘结剂钎接的单层磨粒，所述粘结剂包括主要由下列组分组成的粘结剂组合物：
(ⅰ)约63-92重量％青铜合金粉，它含约10-30重量％的锡；
(ⅱ)约5-25重量％铜粉；和
(ⅲ)约3-12重量％钛；
其中所述粘结剂基本无孔穴，并以主要由富铜青铜合金相和铜/锡/钛金属间相组成的混合物的形式存在。
8．如权利要求7所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物包括约74.6-76.4重量％铜、16.4-17.7重量％锡和约7.2-7.7重量％钛。
9．如权利要求7所述的发明，其特征在于磨粒是选自金刚石、立方氮化硼或其混合物的超级磨粒。
10．如权利要求7所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物是主要由约10-30重量％锡和余量的铜组成的青铜预制合金粉末、氢化钛粉末和铜粉的混合物。
11．一种金属单层磨具，它包括：
(a)主要是铁的内芯；
(b)在磨具的切削表面上的约10-200微米厚的铜阻挡层；和
(c)由粘结剂钎接的铜阻挡层上的单层磨粒，
其中所述粘结剂的组分包括铜、锡和钛。
12．如权利要求11所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物主要由下列组分组成：
(ⅰ)约70-90重量％铜；
(ⅱ)约15-21重量％锡；
(ⅲ)约3-12重量％钛；
其中所述粘结剂基本无孔穴，并以主要由富铜青铜合金相和铜/锡/钛金属间相组成的混合物的形式存在。
13．如权利要求12所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物包括约74.6-76.4重量％铜、16.4-17.7重量％锡和约7.2-7.7重量％钛。
14．如权利要求12所述的发明，其特征在于磨粒是选自金刚石、立方氮化硼或其混合物的超级磨粒。
15．如权利要求12所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物是主要由约10-30重量％锡和余量的铜组成的青铜预制合金粉末、氢化钛粉末和铜粉的混合物。
16．如权利要求12所述的发明，其特征在于所述铜阻挡层至少约25微米厚。
17．主要是铁内芯的金属单层磨具的制造方法，包括如下步骤：
(1)用约10-200微米厚的铜阻挡层涂覆主要是铁内芯的切削表面；
(2)混合(A)含铜、锡和钛的粘结剂组合物；和
(B)有效量的液态粘合剂，使之均匀分散，形成糊料；
(3)在阻挡层上涂覆一层所述糊料；
(4)在该糊料上沉积一层基本上是单层的磨粒；
(5)将粘结剂组合物加热至能有效地将磨粒钎接在磨具上的温度。
18．如权利要求17所述的发明，其特征在于所述粘合剂组合物主要由下列组分组成：
(ⅰ)约70-90重量％铜；
(ⅱ)约15-21重量％锡；
(ⅲ)约3-12重量％钛。
19．如权利要求18所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物包括约74.6-76.4重量％铜、16.4-17.7重量％锡和约7.2-7.7重量％钛。
20．如权利要求18所述的发明，其特征在于所述粘结剂组合物是主要由约10-30重量％锡和余量的铜组成的青铜预制合金粉末、氢化钛粉末和铜粉的混合物。
21．如权利要求20所述的发明，其特征在于加热粘结剂组合物的步骤包括：
(1)将粘结剂组合物加热至不超过880℃的青铜熔融温度；
(2)将所述粘结剂组合物保持在青铜的熔融温度，保持的时间要能有效地完全液化青铜合金和氢化钛；
(3)将温度升至至少约900℃的铜的溶解温度；以及
(4)将所述粘结剂组合物保持在铜的溶解温度，保持的时间要能有效地将铜粉基本完全地溶解在富铜青铜合金相中。
22．如权利要求21所述的发明，其特征在于青铜的熔融温度约为850-870℃，粘结剂组合物在青铜的熔融温度至少保持约15分钟。
23．如权利要求22所述的发明，其特征在于粘结剂组合物的温度由青铜的熔融温度逐渐升至铜的溶解温度，并且粘结剂组合物在高于880℃的温度下至少保持约30分钟。
24．如权利要求23所述的发明，其特征在于铜阻挡层的厚度至少约25微米。
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