CN1723254A - 金属被覆立方氮化硼磨粒及其制造方法以及树脂结合剂砂轮 - Google Patents

金属被覆立方氮化硼磨粒及其制造方法以及树脂结合剂砂轮 Download PDF

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Abstract

一种在表面设置宽度(w)和深度(d)的比(w/d)不到1.宽度(w)和长度(L)的比(w/L)不到0.1的沟后，进行金属被覆的立方氮化硼磨粒。在该立方氮化硼磨粒中，金属被覆层和立方氮化硼磨粒间的保持力(接合强度)有所提高，因此如果使用该磨粒，就能够制作出高磨削比(长寿命)、低磨削动力值(良好的锋利度)的树脂结合剂砂轮。

Description

金属被覆立方氮化硼磨粒及其制造方法以及树脂结合剂砂轮
技术领域
本发明涉及实施了金属被覆的立方氮化硼磨粒，更详细地说，涉及提高了立方氮化硼磨粒和金属被覆层的接合强度的立方氮化硼磨粒及其制造方法、以及使用了该金属被覆立方氮化硼磨粒的树脂结合剂砂轮。
背景技术
由于立方氮化硼(cubic boron nitride，有时也缩写为cBN)磨粒具有仅次于金刚石的硬度，特别是对于铁系被磨削材料的化学稳定性比金刚石优秀，因此在砂轮和砂纸等中作为磨削磨粒使用。立方氮化硼磨粒是通过在催化剂物质存在下，在作为立方氮化硼的热力学稳定区域的高温高压条件下(例如大约1400℃～1600℃、大约4GPa～6GPa)处理六方晶氮化硼(hexagonal boron nitride，有时也缩写为hBN)而得到的。
这样得到的立方氮化硼磨粒，例如在电沉积砂轮、金属结合剂砂轮、陶瓷结合剂砂轮、树脂结合剂砂轮等中使用。
在这些砂轮之中，以树脂作为结合材料使用的树脂结合剂砂轮，与其他的结合剂砂轮相比，具有在磨削中脱落的立方氮化硼磨粒多、砂轮的磨削比变低(砂轮寿命缩短)这样的问题。磨粒的脱落，认为大致分为由(a)结合剂层和在磨粒表面实施的金属等的被覆表面之间的保持力弱、(b)金属等的被覆和立方氮化硼磨粒之间的保持力弱这2个原因引起的，为此，在提高磨粒的保持力、使砂轮寿命延长方面进行了各种各样的研究。
例如，开发出了在磨粒表面实施镍、镍-磷、钴、钴-磷等的单层或者多层的金属被覆，利用该金属被覆表面的凹凸来提高在结合剂层中的保持力的金属被覆磨粒(专利文献1～4)，现正在树脂结合剂砂轮中使用。
在专利文献1中公开了，在磨粒表面被覆金属层时，在第1层使用海绵状镍，在第2层使用致密镍，制造在表面具有凹凸的保持力高的镍被覆磨粒的方法。
另外，在专利文献2中公开了，通过在第1层实施镍被覆、在第2层实施钴被覆、在第3层实施镍被覆，磨削性比以往有所提高的树脂结合剂砂轮。
通过像这样地被覆磨粒表面，可以提高磨粒在结合剂中的保持力，并抑制磨削中的磨粒的脱落，提高砂轮的磨削比。
但是依然存在如下问题：通过这些金属被覆提高了金属被覆磨粒和树脂结合剂之间的保持力，但另一方面，金属被覆和磨粒之间的保持力相对地减弱，由于金属被覆层残留在结合剂层上而磨粒脱落的比例增加，由此仍然无法得到充分的砂轮寿命。
因此，有人开发出了通过使大于或等于2层的金属被覆层的第1层与立方氮化硼磨粒表面产生化学键等，提高了金属被覆和磨粒之间的保持力的金属被覆磨粒(专利文献5～8)。
例如，在专利文献5中公开了，在金刚石或立方氮化硼磨粒的表面进行钨、钼、钽、铌等金属被覆，在磨粒表面和金属间形成由化学键或扩散而产生的固溶体的金属被覆磨粒。
另外，在专利文献6中公开了，使金属被覆形成2层，作为第1层，使用盐浴析出法、化学蒸镀法、物理蒸镀法等形成与立方氮化硼磨粒表面化学键合的填隙型金属层，作为第2层，通过非电解析出法、电解析出法、蒸镀法等形成金属层的金属被覆磨粒。
像这样，通过磨粒表面和金属被覆之间的化学键合或填隙型金属层的形成而提高保持力，由此来谋求防止磨粒的脱落。
在专利文献7中公开了用陶瓷结合剂材料或者金属结合剂材料结合磨粒形成的磨粒(复合磨粒)。该复合磨粒，由于在被覆过程中使用陶瓷结合剂或者金属结合剂，因此被覆层和磨粒表面的保持力提高，并且磨粒相互间的结合也强固，借助复合磨粒的凹凸部，在树脂结合剂中的保持力也提高了。
专利文献1    特开昭60-51678号公报
专利文献2    特开昭59-142066号公报
专利文献3    特开昭59-30671号公报
专利文献4    特开昭60-52594号公报
专利文献5    特开平4-185667号公报
专利文献6    特开平5-194939号公报
专利文献7    特开平10-337670号公报
专利文献8    特开平9-323046号公报
树脂结合剂砂轮的磨粒的脱落，如上所述，认为是由(a)结合剂层和在磨粒表面实施的金属等的被覆表面之间的保持力弱、(b)金属等的被覆和立方氮化硼磨粒表面之间的保持力弱这2个原因引起的。采用例示的专利文献1～4的方法等，虽然向结合剂层中的金属被履磨粒的保持力有所提高，但被覆和磨粒之间的保持力弱，没有有效地抑制磨粒的脱落。采用专利文献5～8的方法等实现了被覆层和磨粒表面间的保持力的提高。通过这些方法提高了被覆层和磨粒表面之间的保持力，提高了树脂型结合剂中磨削材料保持力，提高了磨削比。但是，由于在这些方法中，被覆层和磨粒表面的结合牢固，因此存在着切削刃已磨损的磨粒等的脱落也被抑制，磨削加工时的磨削动力值上升这样的问题。
在树脂型结合剂砂轮中，如果磨削动力值提高，就容易发生由磨削热引起的树脂结合剂的劣化或被磨削材料的烧伤等现象。为了不使磨削动力值上升地维持锋利度，需要通过适度的磨粒的脱落实现的切削刃的更新。
与工具寿命、总加工成本等相关，磨削材料保持力的提高(即，磨削比提高)的要求越来越强烈，而另一方面，为了不使磨削动力值上升地维持良好的锋利度，需要通过适度的磨粒的脱落实现切削刃的更新。
另外，专利文献5～8的方法，由于形成被覆层的手段或工序很复杂，因此存在着制造成本提高、难以将被覆的质量比例控制为一定等问题。
由于这些问题，期望在树脂结合剂砂轮中能够兼顾磨削比的提高和抑制磨削动力值上升的新的磨粒。
发明内容
鉴于上述的问题点，本发明人努力进行了深入研究。其结果发现，通过在磨粒颗粒内贯入金属来提高金属被覆和磨粒间的保持力的方法，从而完成了本发明。
根据本发明的方法，通过提高金属被覆层和磨粒间的保持力，可以制作能够实现磨削比的提高的金属被覆立方氮化硼磨粒。另外根据本发明的方法，能够制造出与使用按照以往的方法使保持力提高的磨粒的树脂结合剂砂轮相比维持了良好的锋利度的砂轮。进而根据本发明的方法，因为磨粒的制造工序比以往的方法简便，因此能够降低磨粒的制造成本。作为这些结果，与使用以往的金属被覆立方氮化硼的情况相比，能够实现磨削加工成本的降低。
即本发明涉及以下内容。
(1)一种金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在立方氮化硼磨粒中贯入有金属。
(2)如上述(1)所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在表面具有沟的立方氮化硼磨粒被金属层被覆。
(3)如上述(2)所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，存在于上述立方氮化硼磨粒表面的沟具有宽度(w)和深度(d)的比(w/d)小于1的部分。
(4)如上述(2)或(3)所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在存在于上述立方氮化硼磨粒表面的沟中，沟的宽度(w)是0.3～3μm的范围、深度(d)是0.3～250μm的范围。
(5)如上述(2)～(4)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，存在于上述立方氮化硼磨粒表面的沟具有宽度(w)和长度(L)的比(w/L)小于等于0.1的部分。
(6)如上述(2)～(5)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，存在于上述立方氮化硼磨粒表面的、具有宽度和深度的比(w/d)小于1的部分的沟的长度(L)是大于等于20μm。
(7)如上述(2)～(6)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述立方氮化硼磨粒具有40～1000μm的范围的平均粒径。
(8)如上述(2)～(7)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层由选自电解电镀形成的镍被覆层或者钴被覆层、化学镀形成的镍被覆层或者钴被覆层组成的组中的至少1层或其以上构成的。
(9)如上述(2)～(8)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层是包括电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层的至少1层或其以上构成的。
(10)如上述(2)～(9)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层的最外层是电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层。
(11)如上述(2)～(10)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层由电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层的任意一种构成。
(12)如上述(2)～(10)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层具有2层结构，所述2层结构包括，第1层是由化学镀形成的镍被覆层或者钴被覆层构成的、第2层是由具有与第1层不同的组成的电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层构成的。
(13)如上述(2)～(10)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层具有3层结构，所述3层结构包括，第1层是由化学镀形成的镍被覆层或者钴被覆层构成的、第2层是具有与第1层不同的组成的电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层或者钴被覆层构成的、第3层是具有与第2层不同的组成的电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层构成的。
(14)如上述(2)～(13)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层，相对于包含金属被覆层的金属被覆立方氮化硼磨粒全体的质量，该金属被覆层所占的比例是20～80质量％的范围。
(15)一种磨粒，其中，以5～100质量％的范围含有如上述(1)～(14)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒。
(16)一种金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，该方法包括以最高处理温度为900℃或其以上来加热处理立方氮化硼磨粒、在该立方氮化硼磨粒的表面形成沟的阶段，以及通过金属层被覆上述立方氮化硼磨粒的阶段。
(17)如上述(16)所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述加热处理的阶段，在氧化气体氛围下，以最高处理温度是900～1300℃的范围加热处理上述立方氮化硼磨粒。
(18)如上述(16)所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述加热处理的阶段，在非氧化气体氛围下，以最高处理温度是900～1600℃的范围加热处理上述立方氮化硼磨粒。
(19)如上述(16)～(18)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述加热处理的阶段，在从至少800℃到最高处理温度的范围，以6℃/min或其以上的升温速度加热处理上述立方氮化硼磨粒。
(20)如上述(16)～(19)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述加热处理的阶段，在从800℃到最高处理温度的范围以6℃/min或其以上的速度升温，再以6℃/min或其以上的速度降温到800℃。
(21)如上述(16)～(20)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述加热处理的阶段，将上述立方氮化硼磨粒保持在最高处理温度的保持时间设为60分钟或其以下。
(22)一种金属被覆立方氮化硼磨粒，是根据上述(16)～(21)的任意一项所述的方法制造的。
(23)一种树脂结合剂砂轮，其中使用的是如上述(1)～(14)和上述(22)的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒。
(24)一种树脂结合剂砂轮，其中使用的是如上述(15)所述的磨粒。
附图的简单说明
图1是示意地表示处理前的立方氮化硼磨粒的外观的图。
图2是示意地表示加热处理后的立方氮化硼磨粒的外观的图。
图3是作为透视图示意地表示在形成了沟的立方氮化硼磨粒上被覆了金属的状态的图。
图4是在图3所示的立方氮化硼磨粒的示意图中，示意地表示沿A-A′线的剖面的图。
图5是在图4所示的剖面示意图中，示意地表示放大了金属被覆层贯入部的图。
图6是表示加热处理后的立方氮化硼磨粒的SEM(扫描电子显微镜)图像的图。
图7是表示金属被覆层贯入了加热处理后的立方氮化硼磨粒的部分的剖面的SEM图像的图。
图8是表示用化学药品腐蚀的立方氮化硼磨粒表面的SEM图像的图。
实施发明的最佳方式
本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒，例如通过设置从立方氮化硼磨粒的颗粒表面向其内部延续的空隙，并在设置了这样的空隙的立方氮化硼磨粒上进行金属被覆，就可以得到金属贯入了磨粒颗粒内的金属被覆立方氮化硼磨粒。上述立方氮化硼磨粒表面的空隙优选为沟状。另外，所谓沟状也可以是裂缝状。
作为在立方氮化硼磨粒表面形成沟的方法，例如可以举出通过热处理实现的方法。
立方氮化硼磨粒，可以通过在大气中、或者真空中、氮气气体氛围中等进行加热处理而在磨粒表面设置沟。由于立方氮化硼磨粒的种类不同，沟的产生状况也不同，但通过调整加热的最高处理温度、气体氛围、在最高处理温度的保持时间、升温速度、降温速度等，就能够不使磨粒强度大幅度地降低地在立方氮化硼磨粒的表面生成充分的沟。
在通过加热处理在磨粒表面设置沟的情况下的热处理条件，在至少800℃～最高处理温度、优选为至少700℃～最高处理温度、特别优选为至少600℃～最高处理温度的温度范围，升温或者降温或者两者优选为6℃/min或其以上的速度。更加优选为10℃/min或其以上，特别优选为15℃/min或其以上。进而，最高处理温度优选为900℃或其以上，其上限，在气体氛围是如大气那样的氧化气体氛围时，优选为1300℃或其以下，在气体氛围是真空或氮气等惰性气围时，优选为1600℃或其以下。另外在最高处理温度下的保持时间优选为1小时以内。
通过将升温·降温速度设为6℃/min或其以上，合成立方氮化硼时残留的内部应力应变等被一下子放开，在磨粒表面就容易产生沟。另外，由于升温·降温速度很快，磨粒暴露于高温的时间就缩短，就可以抑制由加热引起的磨粒的强度降低。作为其结果，可以制造出在磨粒表面具有沟、抑制了由加热引起的磨粒强度降低的立方氮化硼磨粒。另外，最高处理温度在900℃或其以下，在磨粒表面就不会产生充分的沟，如果最高处理温度，在氧化气体氛围的情况下超过1300℃，在惰性气围的情况下超过1600℃，即使加快升温·降温速度，或缩短在最高温度的保持时间，由加热引起的磨粒强度的降低也会变大，会发生由于磨粒的破碎而使树脂结合剂砂轮的磨削比降低的情况。
在以往的专利文献中也有关于磨粒的加热处理的记载。
例如在特公昭61-6108号公报中记载了一种立方BN的改性方法，其特征在于，在500～1300℃的温度范围内对立方BN磨粒进行加热处理。另外在特公昭60-58273号公报中记载了一种立方BN的改性方法，其特征在于，在500～1300℃温度范围的熔融盐中对立方BN进行加热处理。还记载了：根据这些方法，在氧化性气体氛围中优选在500～900℃，在还原性或中性气体氛围中优选在500℃～1300℃的范围，或者在熔融盐中优选在500℃～1300℃的范围，全都以5℃/min或其以下的升温速度进行加热处理，由此可去除内部应力应变和磨粒中的杂质，磨粒的磨削性能也有所提高。
在特开2000-158347号公报中记载了超磨粒砂轮的制造方法，为了降低磨粒的韧性，所述超磨粒砂轮使用在真空或者不含氧的气体氛围下、在400～1200℃的温度进行热处理的热处理磨粒。还记载了下述的宗旨：根据该方法，由于在真空或者不含氧的气体氛围下、以400～1200℃的温度对超磨粒进行热处理，因此超磨粒不变质、其韧性值降低、并且可以发生微小破碎，磨削性能也有所提高。其中作为实验例还记载了，在氮气氛围中在800℃、900℃、1000℃的各个温度分别保持8小时，然后用6小时冷却至室温的例子。
与这些以往的方法不同，很明显，在本发明中通过将升温.降温速度设为6℃/min或其以上的速度，能够抑制进行加热处理的情况下的磨粒强度的降低。其结果是发明了如下所述的方法，如果在氧化气体氛围中的最高处理温度是900～1300℃，在非氧化气体氛围中是900～1600℃的范围，可以不会发生磨粒强度的大幅度降低地进行加热处理，通过加热处理将内部应力一下子放开，由此在不发生磨粒强度的大幅度降低的条件下有效地在磨粒表面形成沟。
在图1中示意地示出处理前的立方氮化硼磨粒的外观。立方氮化硼磨粒10，基本的形状是以(111)面1为主体的八面体，许多晶体被平滑的成长面所包围。然而作为磨粒的工业上生产的立方氮化硼磨粒，不仅包括近似图1形状的晶体，也包含形状损坏的晶体。在图2中示意地示出通过加热处理设置了沟的立方氮化硼磨粒10的外观的一例。在这种情况下，在形成八面体的(111)面1的表面，从面2向面1的中心生成沟3。实际上产生的沟不仅仅是简单的直线状，但通过在沟中贯入金属被覆层，有助于金属被覆层和磨粒间的保持力的提高。
另外，本发明的金属贯入了磨粒颗粒内的立方氮化硼磨粒的金属被覆层，也可以在颗粒表面部分地实施，但优选为被覆全面。
本发明中使用的立方氮化硼磨粒的大小，优选平均粒径在1000μm～40μm的范围内，更优选在500μm～40μm的范围内。平均粒径越大，为了得到充分的保持力，最好形成深度(d)的值大的沟，但深度(d)的值越大，金属就越难贯入，作为其结果，无法得到充分的保持力，因此平均粒径优选为1000μm或其以下。另外，如果平均粒径小于40μm，要不降低磨粒强度地在磨粒表面提高保持力而生成充分的沟就变得困难，因此平均粒径优选为40μm或其以上。
本发明中的磨粒的粒度标记，按照JIS B 4130：1998“金刚石/CBN工具-金刚石或者CBN和(磨)粒的粒度”来标记，但在本发明的实施中也可以将多个粒度区间混合，或重新设定与此不同的粒度区间，也可以使用与JIS B 4130不同的方法进行重新区分，这对本发明的实施没有任何的影响。另外，所谓本发明中的立方氮化硼磨粒的平均粒径，作为在JIS B4130中所记载的表2和表3中的“各粒度使用的筛网的网眼尺寸”的第2页和第3页的网眼尺寸的平均值给出。
如果对本发明中的有助于提高金属被覆层和磨粒间的保持力的沟进行具体的说明的话，在测定沟的宽度(w)、深度(d)、长度(L)的时候，具有宽度和深度的比(w/d)小于1的部分，如果宽度和长度的比(w/L)小于0.1，就充分地有助于提高金属被覆层和磨粒间的保持力。进而优选w/d是0.5或其以下，更优选w/L是0.05或其以下。
如果没有宽度和深度的比(w/d)小于1的部分，金属被覆层的贯入深度就不够，无法得到充分的保持力提高效果。另外，如果宽度和长度的比(w/L)不小于0.1，电镀液中的金属离子向沟内的扩散就被抑制，金属就会难以析出，金属被覆层的贯入就会不充分，会有无法得到充分的提高保持力效果的情况。
下面对沟的宽度、深度、长度的测定方法进行说明。
沟的宽度，对于在磨粒的断面上观察的沟，如图5所示，通过测定立方氮化硼表面的沟入口部分的宽度给出。所谓沟的深度，相对于在磨粒断面上给出沟宽度的线段的延长线，通过测定从沟的最深部分垂下来的垂线的长度给出。
所谓沟的长度，通过测定在磨粒的表面(或者结晶面)上观察的沟的总延长距离给出。在这种情况下，如果沟发生分支，也包括分支的部分。
具体地说，磨粒的某个结晶面以在表面露出的方式埋入树脂中，拍摄磨粒表面的照片，在照片上测定沟的长度。进而保持埋入树脂中的状态磨削磨粒，使磨粒断面露出，拍摄断面的SEM照片，在照片上测定所观察的沟的宽度和深度，从这些结果通过计算可以求出宽度和深度的比(w/d)、宽度和长度的比(w/L)。
这样测定的沟的宽度(w)、深度(d)、长度(L)的具体数值根据粒度的不同而不同，优选为深度是平均粒径的0.02～0.25倍左右的范围，长度是平均粒径的0.5～10倍左右的范围。这是因为如果在各自的下限值以下，充分的保持力提高的效果就变小，如果超过上限值，对磨粒的强度降低的影响就变大。另外如果沟的宽度在满足上述关系的范围内，无论采用怎样的值都能够得到期望的效果，但如果在0.3μm或其以下，金属被覆层就会难以贯入，如果超过3μm，对磨粒强度产生影响的可能性就会提高，因此优选为0.3～3μm的范围。
本发明中使用的立方氮化硼磨粒是单晶质、多晶质的任意一种都可以，另外也可以预先实施任何的表面处理。但是使用单晶质的磨粒的情况下效果更大。
立方氮化硼磨粒往往通过加热处理进行坚固，但通过用稀盐酸等进行洗净，就能够很容易地拆开。
在具有这样所得到的沟的立方氮化硼磨粒上进行金属被覆。在用化学镀在磨粒表面进行镍被覆之前，优选在磨粒表面进行作为镍析出的核心的金属(钯等)沉积的处理。例如一般使用在磨粒表面进行氯化锡分散涂布(敏感性化处理)后，使钯金属析出(活性化处理)的方法，但这些可以采用公开的方法来实施。
另外，在本发明中，为了使金属层容易在立方氮化硼磨粒表面析出·贯入，优选反复进行2次或其以上敏感性化处理·活性化处理。通过反复进行2次或其以上，作为镍析出核心的钯金属就容易生成到沟的内部。
本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒的金属被覆层，可以使用电解电镀或者非电解(化学)电镀形成的镍或者钴等已知的金属被覆层。其中，在形成单层的金属被覆层的情况下，优选用电解电镀或者化学镀形成的镍形成被覆层，在形成2层或其以上的金属被覆层的情况下，优选用电解电镀或者化学镀产生的镍被覆层作为最外层。原因是电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层的耐腐蚀性良好。另外，在形成2层或以上金属被覆层的情况下，优选在内侧一层形成电解电镀或者化学镀形成的钴被覆层。由于通过电解电镀或者化学镀形成的钴被覆层高温下的变形严重，抑制了由磨削热引起的劣化，因此磨粒的脱落减少，作为结果，能够得到磨削比提高的效果。
另外，在本发明中，也包括实际的组成的磷的比例从镍-磷化合物、钴-磷化合物中偏出的情况或磷以外的其他元素发生固溶的情况，称为通过化学镀(化学电镀)形成的镍或钴被覆，有时记述为镍-磷(Ni/P)或钴-磷(Co/P)被覆。
如果对进行化学镀形成的镍单层的被覆的情况举例的话，通过进行下述操作就能够制造：在反复进行2次或其以上上述敏感性化处理·活性化处理后，将磨粒浸入化学镀液(例如硫酸镍、次磷酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、硫酸的混合液)中，进行使镍析出在磨粒表面的化学镀。此时，进行化学镀液的搅拌，以便磨粒彼此不会由于电镀的金属而发生结粒。由于该状态根据电镀浴槽的大小·形状、搅拌方法等不同也不同，因此需要对每个装置分别设定条件。
金属被覆结束后，将金属被覆立方氮化硼磨粒从镀液中取出，然后洗净·干燥，就可得到本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒。
本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒的金属被覆量虽然可以任意选择，但相对于包含金属被覆层的金属被覆立方氮化硼磨粒全体的质量，金属被覆层的质量优选为20～80质量％的范围。如果是20质量％以下，根据情况不同，往往无法充分得到树脂结合剂和金属被覆层间的保持力，每个金属被覆层的脱落都会增加，树脂结合剂砂轮的磨削比的提高效果就会减弱。另外，如果超过80质量％，金属被覆层所占的比例就会增加，树脂结合剂砂轮中的立方氮化硼磨粒的数量就会减少，因此作为磨削工具往往难以得到充分的性能。
在图3中以透视图示出在形成了沟的立方氮化硼磨粒表面已进行了金属被覆的状态。另外，在图4中示意地示出沿图3所示的立方氮化硼磨粒的A-A′线的剖面。如图所示，立方氮化硼磨粒10的表面的金属被覆层5侵入到在立方氮化硼磨粒10的表面上形成的沟3的深处，从而贯入立方氮化硼磨粒10内。图5是放大表示金属的贯入部的示意图。图中所示的沟3的宽度(w)和深度(d)的比(w/d)如果不到1，可以认为由于向沟3中贯入的金属被覆层5的锚固定效果，立方氮化硼磨粒10和金属被覆层5的保持力有所提高。
在使用于树脂结合剂砂轮中的情况下，本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒在磨粒全体中所占的比例优选为5质量％～100质量％的范围内，更加优选为25质量％～100质量％的范围内。本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒的比例如果为5质量％以下，就难以充分地显现使用本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒的效果，磨削比的提高就会减弱。
由于具有这样的构造，本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒与以往的金属被覆立方氮化硼磨粒(例如专利文献1～4)相比，金属被覆层和磨粒间的保持力有所提高，结果能够抑制磨削中的从金属被覆层的磨粒脱落，提高磨削比，降低磨削加工成本。
另外，与采用通过其他的方法提高金属被覆层和磨粒间的保持力的以往的金属等被覆的立方氮化硼磨粒(例如专利文献5～8)相比，所得到的金属被覆层和磨粒间的保持力是合适的强度，所以在因磨损相对于磨粒的磨削阻力上升时，磨粒脱落从而抑制磨削动力值的上升。另外，与专利文献5～8的方法相比，制造方法和工序变得简便了。其结果，能够降低金属被覆立方氮化硼磨粒的制造成本，降低磨削加工成本。
由此可知，进而本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒在抑制了树脂结合剂砂轮的磨削动力值的上升的状态，也抑制磨粒的脱落，因此不易发生由磨削热引起的砂轮的膨胀、或由磨粒的脱落引起的砂轮的外形破损，被切削材的精度，特别是面精度有所提高。
如果举例，使用本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒的树脂结合剂砂轮可以通过已知的方法来制造。作为树脂结合剂砂轮的结合剂，根据使用目的可以使用市售的树脂结合剂。作为结合剂，例如可以列举出将酚系高分子化合物、聚酰亚胺系高分子化合物作成糊状的结合剂。另外砂轮中的结合剂的配合量优选设置在25体积％～90体积％的范围内。结合剂的配合量如果低于25体积％，磨粒的保持力就会降低，其结果是磨粒的脱落增多，磨削比下降，不合适作为磨削工具。另外，结合剂的配合量如果比90体积％还要高，磨粒的配合量就会降低，不合适作为磨削工具。
在本发明的树脂结合剂砂轮中，可以使用其他的固体润滑剂、辅助结合材料、骨料、气孔材料等通常在制造树脂结合剂砂轮时所使用的添加剂等。
实施例
下面，通过实施例说明本发明，但本发明不仅限于这些实施例。
实施例1
在大气中，在升温速度和降温速度是15℃/min、室温～最高温度1050℃、最高温度保持时间是1小时的条件下对昭和电工(株)制立方氮化硼磨粒SBN-B(TM)(标称粒度100/120)进行加热处理。回收加热处理后的磨粒，在稀盐酸中浸渍1小时后，进行脱酸、干燥。在处理后的磨粒表面上观察到沟。在图6中示出SEM图像的一例。从处理后的磨粒中随机挑选出50粒，以任意的一个结晶面从表面露出的方式埋入树脂中。进行在表面现出的面和用金刚石浆研磨的、大致垂直于表面的磨粒断面的SEM观察。其结果，在全部的磨粒(50粒)上观察到沟，在磨粒断面上观察到的沟中，具有宽度(w)和深度(d)的比(w/d)不到1的部分的磨粒为82％(41粒)。另外，沟的长度(L)和深度(d)的比(d/L)，50粒全都不到0.1。在表1中示出测定数据。另外，表1中的沟的长度是埋入树脂时在从表面露出的面上存在的沟的长度的测定结果，宽度和深度是在测定沟长度的面上存在的沟的测定结果。另外，宽度和深度记载的是表示宽度和深度的比在每个磨粒中的最小值的宽度和深度。
加热处理后的磨粒的韧性值，在以加热前的值为100的情况下，降低至91。
表1
磨粒No.   沟的宽度(μm)   沟的深度(μm)   沟的长度(μm)   宽度(w)和深度(d)的比(w/d)  宽度(w)和长度(L)的比(w/L)
  1   1.4   6.6   150   0.21   0.009
  2   0.6   9.9   165   0.06   0.004
  3   1.9   8.9   130   0.21   0.015
  4   0.9   6.9   160   0.13   0.006
  5   0.8   9.5   195   0.08   0.004
  6   1.9   8.7   100   0.22   0.019
  7   1.9   6.5   160   0.29   0.012
  8   1.1   5.8   180   0.19   0.006
  9   1.3   8.7   155   0.15   0.008
  10   1.9   5.9   130   0.32   0.015
  11   0.6   5.6   100   0.11   0.006
  12   1.3   6.6   160   0.20   0.008
  13   1.8   7.5   80   0.24   0.023
  14   1.7   7.7   70   0.22   0.024
  15   0.8   9.7   110   0.08   0.007
  16   1.0   8.6   170   0.12   0.006
  17   1.3   3.5   190   0.37   0.007
  18   0.9   5.3   240   0.17   0.004
  19   2.0   7.0   35   0.29   0.057
  20   1.8   3.4   160   0.53   0.011
  21   0.8   3.5   240   0.23   0.003
  22   0.9   6.9   65   0.13   0.014
  23   1.2   5.9   295   0.20   0.004
  24   0.8   3.5   240   0.23   0.003
  25   0.6   6.2   60   0.10   0.010
  26   0.8   3.0   30   0.27   0.027
  27   1.1   6.3   130   0.17   0.008
  28   1.7   9.2   85   0.18   0.020
  29   1.8   7.6   190   0.24   0.009
  30   0.9   5.0   145   0.18   0.006
  31   1.8   4.1   100   0.44   0.018
  32   1.1   9.0   140   0.12   0.008
  33   1.0   4.0   230   0.25   0.004
  34   0.6   9.5   195   0.06   0.003
  35   1.8   5.8   155   0.31   0.012
  36   1.5   9.9   245   0.15   0.006
  37   1.2   6.8   105   0.18   0.011
  38   1.4   6.6   300   0.21   0.005
  39   0.6   5.9   250   0.10   0.002
  40   1.6   7.5   300   0.21   0.005
  41   1.4   5.0   290   0.28   0.005
  42   1.7   1.5   50   1.13   0.034
  43   2.6   2.5   235   1.04   0.011
  44   2.7   2.0   175   1.35   0.015
  45   2.5   2.3   165   1.09   0.015
  46   2.5   1.9   280   1.32   0.009
  47   2.7   2.0   295   1.35   0.009
  48   1.8   1.3   110   1.38   0.016
  49   2.4   2.2   150   1.09   0.016
  50   2.4   1.9   155   1.26   0.015
比较例1
在大气中，在升温速度和降温速度是5℃/min、室温～最高温度1050℃、最高温度保持时间是4小时的条件下对昭和电工(株)制立方氮化硼磨粒SBN-B(TM)(标称粒度100/120)进行加热处理。回收加热处理后的磨粒，在稀盐酸中浸渍1小时后，进行脱酸、干燥。在处理后的一部分的磨粒表面上观察到沟。从处理后的磨粒中随机挑选出50粒，通过和实施例1相同的方法进行SEM观察。其结果，观察到沟的磨粒是全体的4％(2粒)。没有观察到在磨粒断面观察到的沟中具有宽度(w)和深度(d)的比不到1的部分的磨粒。另外，观察到的沟的长度(L)和深度(d)的比全都不到0.1。在表2中示出测定数据。
加热处理后的磨粒的韧性值，在以加热前的值为100的情况下，降低至76。
表2
  磨粒No.   沟的宽度(μm)   沟的深度(μm)   沟的长度(μm)  宽度(w)和深度(d)的比(w/d)   宽度(w)和长度(d)的比(w/L)
  1   1.4   1.0   150   1.40   0.009
  2   1.8   1.3   165   1.38   0.011
  3～50   未观察到沟
比较例2
除了在大气中，将升温速度和降温速度控制在1℃/min以外，以与比较例2相同的条件对昭和电工(株)制立方氮化硼磨粒SBN-B(TM)(标称粒度100/120)进行加热处理。回收加热处理后的磨粒，在稀盐酸中浸渍1小时后，进行脱酸、干燥。从处理后的磨粒中随机挑选出50粒，通过和实施例1相同的方法进行SEM观察。其结果，没有观察到沟的磨粒。
加热处理后的磨粒的韧性值，在以加热前的值为100的情况下，降低至70。
(实施例2～12、比较例3～35)
使用表3所示的磨粒，以表3所示的比例进行金属被覆。另外，表3的金属被覆的标号分别为，Ni表示电解镍被覆，Ni/P表示非电解镍被覆，Co表示电解钴被覆，Co/P表示非电解钴被覆，Ti表示钛被覆。另外，金属被覆的标号后面的括弧内的数字表示，以包含金属被覆层的立方氮化硼磨粒全体的体积为100％的情况下，金属被覆层所占的体积比率。将实施例2～12的金属被覆立方氮化硼磨粒埋入树脂中，用金刚石浆研磨，用SEM观察磨粒断面。以在立方氮化硼磨粒的表面产生的沟中贯入金属被覆的状态作为代表例，在图7中示出实施例2的SEM图像。
使用这些实施例2～12、比较例3～35的金属被覆立方氮化硼磨粒制作树脂结合剂砂轮。砂轮的配合比例、砂轮形状等如下。
砂轮的配合比例(体积％)
  磨粒   31.4
  树脂结合剂   58.6
  填料(电熔氧化铝#600)   10.0
砂轮形状   6A2形  100D×35T×2X×3W×15E×3.81H
磨粒粒度   100/120
集中度     75
使用制成的树脂结合剂砂轮，在以下的条件下进行磨削试验。
磨床        牧野フライス社制  自动工具磨床
            CF1A-40型(TM)  砂轮轴马达  1.5kW
被磨削材料  SKH-51(HRc＝62～64)
被磨削材面  5mm×40mm
磨削方式    干式纵向进给磨削方式
磨削条件    砂轮圆周速度  1180m/min
            工作台速度    3m/min
            磨削深度      70μm
另外，砂轮形状的标号是根据JIS B 4131：1998“金刚/CBN工具-金刚石或者CBN砂轮”来表示的，被磨削材料的标号是根据JIS G4403：2000“高速工具钢钢材”来表示的。
在表3中示出制成的树脂结合剂砂轮的磨削试验结果。
表3
  砂轮   磨粒   金属被覆层的组成   磨削比   磨削动力值(W)   被削材料表面粗糙度Ra(μm)
  实施例2  实施例1   Ni/P(38)   120   460   0.83
  实施例3  实施例1   Co/P(38)   137   490   0.66
  实施例4  实施例1   Ni/P(8)，Ni(30)   121   480   0.92
  实施例5  实施例1   Co/P(8)，Ni(30)   126   460   1.02
  实施例6  实施例1   Co/P(8)，Ni/P(30)   123   480   0.63
  实施例7  实施例1   Ni/P(3)，Co/P(15)，Ni/P(20)   131   490   0.81
  实施例8  实施例1   Ni/P(3)，Co(33)，Ni/P(2)   140   450   0.67
  实施例9  实施例1   Co/P(3)，Ni/P(33)，Ni/P(2)   134   460   0.74
  实施例10  实施例1   Co/P(3)，Ni(15)，Co/P(20)   133   460   0.66
  实施例11  实施例1(50％)无处理(50％) Ni/P(38) 109 480 1.21
实施例12  实施例1(10％)无处理(90％) Ni/P(38) 102 470 1.39
  比较例3  无处理   Ti(3)，Ni/P(35)   108   670   1.6
  比较例4  无处理   Ti(3)，Co/P(15)，Ni/P(20)   107   630   1.7
  比较例5  无处理   Ti(3)，Co(33)，Ni/P(2)   111   670   1.68
  比较例6  无处理   Ti(3)，Ni(33)，Ni/P(2)   98   690   1.72
  比较例7  无处理   Ti(3)，Ni(15)，Co/P(20)   104   680   1.42
  比较例8  无处理   Ni/P(38)   86   530   1.67
  比较例9  无处理   Co/P(38)   75   550   1.55
  比较例10  无处理   Ni/P(8)，Ni(30)   70   540   1.61
  比较例11  无处理   Co/P(8)，Ni(30)   76   540   1.72
  比较例12  无处理   Co/P(8)，Ni/P(30)   85   520   1.77
  比较例13  无处理   Ni/P(3)，Co/P(15)，Ni/P(20)   70   540   1.45
  比较例14  无处理   Ni/P(3)，Co(15)，Ni/P(20)   69   540   1.69
  比较例15  无处理   Co/P(3)，Ni/P(15)，Ni/P(20)   63   530   1.68
  比较例16  无处理   Co/P(3)，Ni(15)，Co/P(20)   75   530   1.48
  比较例17  比较例1   Ni/P(38)   81   540   1.69
  比较例18  比较例1   Co/P(38)   67   540   1.77
  比较例19  比较例1   Ni/P(8)，Ni(30)   78   560   1.66
  比较例20  比较例1   Co/P(8)，Ni(30)   63   510   1.51
  比较例21  比较例1   Co/P(8)，Ni/P(30)   67   520   1.48
  比较例22  比较例1   Ni/P(3)，Co/P(33)，Ni/P(2)   89   530   1.56
  比较例23  比较例1   Ni/P(3)，Co(33)，Ni/P(2)   71   540   1.41
  比较例24  比较例1   Co/P(3)，Ni/P(33)，Ni/P(2)   82   540   1.67
  比较例25  比较例1   Co/P(3)，Ni(33)，Co/P(2)   69   510   1.72
  比较例26  比较例2   Ni/P(38)   64   520   1.58
  比较例27  比较例2   Co/P(38)   75   500   1.62
  比较例28   比较例2   Ni/P(8)，Ni(30)   89   530   1.60
  比较例29   比较例2   Co/P(8)，Ni(30)   87   530   1.65
  比较例30   比较例2   Co/P(8)，Ni/P(30)   87   520   1.45
  比较例31   比较例2   Ni/P(3)，Co/P(15)，Ni/P(20)   89   560   1.41
  比较例32   比较例2   Ni/P(3)，Co(33)，Ni/P(2)   82   530   1.51
  比较例33   比较例2   Co/P(3)，Ni/P(33)，Ni/P(2)   76   510   1.79
  比较例34   比较例2   Co/P(3)，Ni(15)，Co/P(20)   71   510   1.61
比较例35   实施例1(3％)无处理(97％) Ni/P(38) 84 520 1.63
表中的磨削比是用通过磨削去除的被磨削材料的体积除以磨削时减少的砂轮的体积的值，该值越大，意味着磨削性能越良好。磨削动力值是磨削时使砂轮旋转的马达的动力值，值越低，表示磨削阻力越小，磨削性能越好。被磨削材料表面粗糙度以测定加工后的磨削材表面的表面粗糙度Ra(μm)的值来表示，该值越小，表示加工后的表面精度越好。
产业上的可利用性
本发明的金属被覆立方氮化硼磨粒是通过加热处理等在立方氮化硼磨粒表面设置宽度(w)和深度(d)的比(w/d)不到1、宽度(w)和长度(L)的比(w/L)不到0.1的沟，然后进行金属被覆的磨粒，因为金属被覆层和磨粒间的保持力(结合强度)适度地高，所以可以适度地抑制磨削中的磨粒脱落，可以制作出高磨削比并抑制磨削动力值的上升的树脂结合剂砂轮。进而，通过抑制磨削动力值的上升来抑制磨削热的产生，通过高磨削比抑制砂轮的外形破损的发生，提高加工精度，提高被磨削材料的表面精度。
另外，与用以往的技术制作的为了提高磨削比的金属被覆立方氮化硼磨粒相比，其制造工序简单，因此能够降低磨粒的制造成本。
作为这些的结果，与使用以往的金属被覆立方氮化硼磨粒的情况相比，能够降低磨削加工的成本。

Claims (24)

1.一种金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在立方氮化硼磨粒中贯入有金属。
2.如权利要求1所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在表面具有沟的立方氮化硼磨粒被金属层被覆。
3.如权利要求2所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在上述立方氮化硼磨粒表面存在的沟具有宽度(w)和深度(d)的比(w/d)小于1的部分。
4.如权利要求2或3所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在存在于上述立方氮化硼磨粒表面的沟中，沟的宽度(w)是0.3～3μm的范围，深度(d)是0.3～250μm的范围。
5.如权利要求2～4中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，在上述立方氮化硼磨粒表面存在的沟具有宽度(w)和长度(L)的比(w/L)为0.1或其以下的部分。
6.如权利要求2～5中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，具有在上述立方氮化硼磨粒表面存在的、宽度和深度的比(w/d)小于1的部分的沟的长度是20μm或其以上。
7.如权利要求1～6中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述立方氮化硼磨粒具有40～1000μm范围的平均粒径。
8.如权利要求2～7中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层由选自电解电镀形成的镍被覆层或者钴被覆层、化学镀形成的镍被覆层或者钴被覆层所组成的组中选出的至少1层或其以上构成。
9.如权利要求2～8中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层由包括电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层的至少1层或其以上构成。
10.如权利要求2～9中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层的最外层是通过电解电镀或者化学镀形成的镍被覆层。
11.如权利要求2～10中的任一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层由电解镀或者无电解镀形成的镍被覆层的任一种构成。
12.如权利要求2～10中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层具有2层结构，所述2层结构包括，第1层是由化学镀形成的镍被覆层或钴被覆层构成的、第2层是由具有与第1层不同的组成的电解电镀或化学镀形成的镍被覆层构成。
13.如权利要求2～10中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆具有3层结构，所述3层结构包括，第1层是由化学镀形成的镍被覆层或钴被覆层构成的、第2层是具有与第1层不同的组成的电解电镀或化学镀形成的镍被覆层或钴被覆层构成的、第3层是具有与第2层不同的组成的电解电镀或化学镀形成的镍被覆层构成的。
14.如权利要求2～13中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒，其中，上述金属被覆层，相对于包含金属被覆层的金属被覆立方氮化硼磨粒全体的质量，该金属被覆层所占的比例是20～80质量％的范围。
15.一种磨粒，其中，以5～100质量％的范围含有如权利要求1～14中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒。
16.一种金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，该方法包括以最高温度为900℃或其以上来加热处理立方氮化硼磨粒、在该立方氮化硼磨粒的表面形成沟的阶段，以及通过金属层被覆上述立方氮化硼磨粒的阶段。
17.如权利要求16所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述的加热处理阶段，在氧化气体氛围下、以最高处理温度是900℃～1300℃的范围加热处理上述立方氮化硼磨粒。
18.如权利要求16所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述的加热处理阶段，在非氧化气体氛围下、以最高处理温度是900℃～1600℃的范围加热处理上述立方氮化硼磨粒。
19.如权利要求16～18中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述的加热处理阶段，从至少800℃到最高处理温度的范围，以6℃/min或其以上的升温速度加热处理上述立方氮化硼磨粒。
20.如权利要求16～19中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述的加热处理阶段，从800℃到最高处理温度，以6℃/min或其以上的速度使上述立方氮化硼磨粒升温，再以6℃/min或其以上的速度降温到800℃。
21.如权利要求16～20中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒的制造方法，其中，在上述的加热处理阶段，将上述立方氮化硼磨粒保持在最高处理温度的保持时间设为60分钟或其以下。
22.一种金属被覆立方氮化硼磨粒，它是根据权利要求16～21中的任意一项所述的制造方法所制造的。
23.一种树脂结合剂砂轮，它使用的是如权利要求1～14和22中的任意一项所述的金属被覆立方氮化硼磨粒。
24.一种树脂结合剂砂轮，它使用的是如权利要求15所述的磨粒。
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