DE3872482T2

DE3872482T2 - Ueberzogene schleifkoerner und herstellungsverfahren fuer diese.

Info

Publication number: DE3872482T2
Application number: DE8888309796T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Aoki; Yoichi Fukuta; Eiichi Hisada; Takeo Oki
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2008-10-20
Also published as: US5090969A; DE3872482D1; JPH0623394B2; EP0313323B1; JPH01207380A; EP0313323A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Salzschmelzenbad eingesetzt wird und bei dem Schlelfmittelkörnchen mit einer Schicht aus einer Metallverbindung, wie etwa mindestens einer aus Metallcarbiden, Metallboriden und Metallnitriden ausgewählten Substanz, beschichtet werden.
Schleifmittelkörnchen, wie etwa Diamantschleifmittelkörnchen und harte BN- Schleifmittelkörnchen, werden als ultraharte Schleifmlttelkörnchen bezeichnet und weit verbreitet als Ausgangsmaterlalien für Schleifgegenstände oder als Schleifmittel verwendet. Insbesondere werden natürliche oder synthetische Diamanten umfassende Schleifmittelkörnchen mit einem Bindemittel in Form eines Metalls, eines synthetischen Harzes oder eines glasartigen anorganischen Materials miteinander verbunden, um Schlelfgegenstände, wie etwa Schleifscheiben, zu bilden. Diese Schleifgegenstände haben einen breiten Anwendungsbereich, einschließlich dem Schleifen von Carbidwerkzeugen und harten Materialien, wie etwa Keramiken, Ferrit und Glas, sowie das Schneiden von Steinen und Zement. Als Ergebnis der enormen Entwicklung von Keramiken in den jüngsten Jahren sind Diamantscheiben und harte BN-Scheiben, welche ein hochpräzises Schleifen von Keramiken erlauben, in großen Mengen verwendet worden.
Die derzeitig eingesetzten Schleifmittelkörnchen sind jedoch mit folgenden Problemen behaftet.
Beispielsweise werden im Falle von harzgebundenen Scheiben oder metallgebundenen Scheiben, welche Diamantschleifmittelkörnchen als deren Hauptkomponente aufweisen, um die Bindefestigkeit zwischen den Schleifmittelkörnchen und dem Harz oder Metall, welches als Bindemittel dient, zu erhöhen, die Oberflächen der Schleifmittelkörnchen mit einem Metall, wie etwa Nickel, beschichtet. Diese Metallbeschichtung soll die Wirkung haben, die Schädigung des Harzes aufgrund der Wärme, welche entlang den Rändern der Schleifmittelkörnchen während der Verwendung einer Schleifscheibe erzeugt wird, zu verhindern. Die Metallbeschichtung führt jedoch zu dem Problem, daß sie die Zusetzung bzw. Klumpenbildung der Scheibe verursacht.
Andererseits wird bei glasartig gebundenen Scheiben, welche ebenso als deren Hauptkomponente Diamantschleifmittelkörnchen aufweisen, eine Keramik als Bindemittel verwendet. Da diese Scheiben durch Brennen bei hohen Temperaturen hergestellt werden, ist die Bindefestigkeit zwischen den Schleifmittelkörnchen und dem Bindemittel aufgrund einer Festphasenreaktion hoch. Während des Hochtemperatur-Brennens unterliegen die Diamantschleifmittelkörnchen jedoch einer thermischen Korrosion, so daß als Ergebnis die Herstellung schwierig ist.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 55-162499 (1980) beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche von Diamantschleifmittelkörnchen mit Ti(C, N, O) durch chemische Dampfabscheidung, um eine Oxidation der Schleifmittelkörnchen während der Herstellung der Scheiben zu verhindern, die Haftfestigkeit gegenüber Beschichtungen zu verbessern und das Zusetzen der Scheibe während des Schleifens zu verhindern. Die Haftfestigkeit der mittels dieses Verfahrens gebildeten Beschichtung soll jedoch unzureichend sein.
Da somit die Vorteile beschichteter Schleifmittelkörnchen erkannt worden sind, wurden zahlreiche Verfahren zur Verbesserung von deren Eigenschaften vorgeschlagen. Da jedoch sämtliche dieser Verfahren CVD- oder andere Dampfphasen-Abscheidungsverfahren anwenden, sind sie für die Massenproduktion ungeeignet und sie erfordern für ihre Durchführung eine umfangreiche und teure Ausrüstung.
Die nachfolgenden US-Patente betreffen beschichtete Diamantschleifmittelkörnchen gemäß dem Stand der Technik: US-Patente3 465 416, 3 520 667, 3 617 346, 3 650 714, 3 826 630, 3 924 031, 3 929 432, 4 063 907, 4 220 455, 4 417 906 und 4 606 738.
Um daher den Vorteil der oben beschriebenen ausgezeichneten Eigenschaften beschichteter Schleifmittelkörnchen zu nutzen, besteht demgemäß ein Bedarf nach einem Verfahren, welches in einfacher Weise stark die Haftfestigkeit gegenüber Beschichtungen von beschichteten Schleifmittelkörnchen verbessern kann und welches gleichzeitig kostengünstig ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung ultraharter beschichteter Schleifmittelkörnchen vorzusehen, welche Schleifmittelkörnchen eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkelt, Abriebbeständigkelt und Haftfestigkeit gegenüber Beschichtungen aufweisen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von ultraharten beschichteten Schleifmittelkörnchen mit den obigen Eigenschaften vorzusehen, welches weniger teuer und zur Massenproduktion besser geeignet ist als das CVD-Verfahren.
In der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 62-27577 (1987) hat einer der vorliegenden Erfinder ein Verfahren zur Bildung einer harten Beschichtung auf der Oberfläche eines Metalls unter Anwendung eines Chloridschmelzbades vorgeschlagen. Es hat sich gezeigt daß dieses Verfahren sowohl die Härte der Oberfläche des Metalls als auch die Abriebbeständigkeit stark erhöht.
Als Ergebnis nachfolgender Entwicklungen hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren nicht nur auf Metalle, sondern ebenso auf Nichtmetalle anwendbar ist. Insbesondere im Falle von Nichtmetallen verbessert dieses Verfahren nicht nur die Härte, sondern es wird die Haftfähigkeit der Beschichtung gegenüber der Oberfläche bemerkenswert erhöht. Dies ist auf die Verwendung eines Salzschmelzenbades und darauf, daß ein Teil der zu behandelnden Oberfläche aufgerauht wird, zurückzuführen.
Nach weiteren Untersuchungen hinsichtlich der Anwendung eines Eintauchverfahrens zur Erreichung der obigen Ziele hat sich gezeigt, daß die Beschichtung der Oberfläche von Schleifmittelkörnchen bemerkenswerte Effekte hervorbringt, so daß die vorliegende Erfindung vervollständigt wurde.
Der Ausdruck "Eintauchverfahren" bezeichnet hier ein Verfahren, bei dem Schleifmittelkörnchen in ein Salzenschmelzbad eingetaucht werden, um eine Oberflächenbeschichtung zu bilden.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schleifmittelkörnchen vor, die mit einer Schicht aus einer Metallverbindung beschichtet sind, welches Verfahren darin besteht, ein das Metall enthaltendes Salzschmelzenbad herzustellen und die zu behandelnden Schleifmittelkörnchen in das Tauchbad einzutauchen zur Bildung eines Überzugs aus dem Carbid, Borid oder Nitrid des Metalls auf den Körnchen.
Die beschichteten Körnchen gemäß der vorliegenden Erfindung können ohne weitere Behandlung verwendet oder, falls erforderlich, einer Nachbehandlung durch weitere Beschichtung, etwa durch Plattieren einer metallischen Verbindung, eines Metalls oder einer Legierung, unterzogen werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Schleifmittelkörnchen Diamantschleifmittelkörnchen oder harte BN-Körnchen.
Bei der Bildung einer metallischen Carbidbeschichtung und insbesondere, wenn die Schleifmittelkörnchen harte BN-Schleifmittelkörnchen sind, ist es bevorzugt, harte BN-Schleifmittelkörnchen zu verwenden, auf denen vorausgehend Kohlenstoff durch Dampfabscheidung abgeschieden worden ist. Wenn eine dicke metallische Carbidbeschichtung erwünscht ist, können weiterhin vorausgehend mit einer Kohlenstoffbeschichtung durch Kohlenstoff-Dampfabscheidung oder einem anderen Verfahren beschichtete Diamantschleifmittelkörnchen verwendet werden. Der Kohlenstoff in der Oberflächenschicht der Schleifmittelkörnchen reagiert mit dem Metall in dem Tauchbad, um eine Carbidbeschichtung zu bilden. Alternativ hierzu wird, wenn unbeschichtete harte BN-Schleifmittelkörnchen eingetaucht werden, B durch ein Metall in dem Tauchbad durch eine Substitutionsreaktion substituiert, so daß die resultierende Beschichtung ein Nitrid des Metalls. welches aus dem Tauchbad stammt, umfaßt.
Das Salzschmelzenbad umfaßt vorzugsweise mindestens eine aus Chloriden eines Alkalimetalls und Chloriden eines Erdalkalimetalls ausgewählte Substanz. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Salzschmelzenbad ein Fluorid enthaltendes Chloridbad. Das Fluorid kann mindestens eine aus Fluoriden eines Alkalimetalls und Fluoriden eines Erdalkalimetalls ausgewählte Substanz umfassen.
Gemäß einer unterschiedlichen Ausführungsform der Erfindung kann das Salzschmelzenbad ein Fluorid enthaltendes Bromidschmelzenbad, ein Fluorid enthaltendes Iodidschmelzenbad oder ein Fluorid enthaltendes Fluoridschmelzenbad sein, wobei das Tauchbad durch Zugabe eines oder mehrerer Oxide eines Metalls, Halogeniden eines Metalls, eines Metalls in elementarer Form und Legierungen hiervon zu dem Salzschmelzenbad hergestellt werden kann. In diesem Fall ist das Fluorid, Bromid oder Iodid vorzugsweise ein Fluorid, Bromid oder Iodid eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Tauchbad durch Zugabe eines Oxids und/oder Halogenids eines Metalls zusammen mit einem Metall in elementarer Form oder einer Legierung hiervon zu dem Salzschmelzenbad hergestellt.
Wenn die Eintauchbehandlung mit unterschiedlichen Typen von Metallen durchgeführt wird, kann sie zwei oder mehrere Male durchgeführt werden.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für mit einer Borverbindung beschichtete Schleifmittelkörnchen vorgesehen, bei welchem ein Tauchbad durch Zugabe mindestens eines Oxids von Bor, einer Borlegierung und eines Bor enthaltenden Carbids (B&sub4;C), vorzugsweise ein Oxid von Bor und eine Borlegierung (oder Borcarbid) zu einem Fluorid enthaltenden Halogenidschmelzenbad hergestellt wird und unbeschichtete Schleifmittelkörnchen oder vorausgehend mit einer aus Ti, Cr, V, W, Mo, Zr, Hf, Nb, Ta, Ni und Legierungen oder Verbindungen hiervon ausgewählten Substanz beschichtete Schleifmittelkörnchen in das Tauchbad während einer geeigneten Zeitspanne eingetaucht werden. Selbstverständlich können anstelle der oben beschriebenen metallbeschichteten Schleifmittelkörnchen beschichtete Schleifmittelkörnchen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die "Beschichtung" von Schleifmittelkörnchen mit einem Metall (einem Metall in elementarer Form, einer Metalleglerung oder einer Metallverbindung) bedeutet nicht notwendigerweise die vollständige Einhüllung der Schleifmittelkörnchen in dem Metall oder deren Plattierung mit dem Metall. Es ist nur notwendig, daß das Metall auf mindestens die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird. Es können viele verschiedene Verfahren zur Auftragung des Metalls angewandt werden, einschließlich Elektroplattierung, stromlose Plattierung, Walzplattierung, physikalische Dampfabscheldung (Zerstäubung etc.) und chemische Dampfabscheidung (Dampfplattierung etc.). Es besteht keine Beschränkung bezüglich der Form bzw. Gestalt der Schleifmittelkörnchen.
Fig. 1 ist ein Diagramm, welches die Oxidationsbeständigkeit herkömmlicher unbeschichteter Diamantschleifmittelkörnchen zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die Oxidationsbeständigkeit beschichteter Diamantschleifmittelkörnchen gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 3a und 3b sind Mikrophotographien (x45), welche die Oberflächenbeschaffenheit von mit TiC beschichteten Diamantschleifmittelkörnchen und eines abgeschälten Materials nach einem Abschältest zeigen;
Fig. 4a und 4b sind Mikrophotographien (x45), welche die Oberflächenbeschaffenheit unbeschichteter Diamantschleifmittelkörnchen und eines abgeschälten Materials nach dem Abschältest zeigen;
Fig. 5 ist eine Elektronenmikroskopphotographie (x1500) der Oberfläche eines Stücks der in Fig. 3 gezeigten beschichteten Schleifmittelkörnchen; und
Fig. 6 ist eine mit einem Röntgenstrahlen-Mikroanalysator aufgenommene Photographie (x3000), welche die Verteilung von elementarem Ti bei den gleichen beschichteten Schleifmittelkörnchen zeigt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher erläutert.

Ein Chloridschmelzenbad, welches ein repräsentatives Beispiel eines Salzschmelzenbads ist, welches das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Tauchbad darstellt, umfaßt im allgemeinen KCl-BaCl&sub2;, dem ein Fluorid, wie etwa NaF, zugegeben wird. Andere Beispiele von Chloriden, welche für das Chloridschmelzenbad eingesetzt werden können, sind NaCl, LiCl und CaCl&sub2;, und weitere Beispiele von Fluorlden sind NaF, KF, LiF, CaF&sub2; und BaF&sub2;. Vorzugsweise umfaßt das Bad ein Chlorid eines Alkalimetalls, ein Chlorid eines Erdalkalimetalls und ein Fluorid eines Alkalimetalls. Die genauen Antelle der Komponenten sind für den Fachmann aus der vorangehenden Erläuterung leicht ersichtlich. Bei einem KCl-BaCl&sub2;-NaF-Bad betragen jedoch die Anteile im allgemeinen 5 - 95 Mol-% KCl, 5 - 95 Mol-% BaCl&sub2; und 5 - 50 Mol-% NaF. Wenn der Anteil des Fluorids mehr als 50 Mol-% beträgt, wird nicht nur die Badtemperatur zu hoch, sondern die Korrosion wird ebenso zu einem Problem.
Alternativ hierzu kann ein Bromid, Iodid oder Fluorid anstelle des Chlorids in dem Salzschmelzenbad verwendet werden. Wie im Falle der Verwendung eines Chlorids wird das Bromid, Iodid oder Fluorid vorzugsweise aus Bromiden, Iodiden oder Fluoriden eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls ausgewählt.
Es besteht keine besondere Beschränkung bezüglich des Metall-Typs, welcher dem Schmelzbad zugegeben wird. Da es jedoch eines der Zwecke der vorliegenden Erfindung ist, die Haftfestigkeit einer Beschichtung gegenüber den zu behandelnden Schleifmittelkörnchen zu erhöhen, werden harte Metalle, von denen bislang angenommen wurde, daß sie schwierig zu Beschichtungen geformt werden können, bevorzugt, wobei einige Beispiele hierfür Si, Cr, V, B, W, Mo, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta sowie andere Vertreter der Gruppen IVa, Va und VIa des Periodensystems sind.
Es ist vorteilhaft, daß ein Teil des Metalls, welches dem Salzschmelzenbad zugegeben wird, in Form einer Verbindung (typischerweise ein Oxid) vorliegt, da metallische Verbindungen leicht zu erhalten und bequem zu handhaben sind. Es ist ebenso vorteilhaft, daß ein weiterer Teil des Metalls in Form eines Metallpulvers vorliegt. Das Metallpulver kann in elementarer Form oder in Form einer Legierung, wie etwa einer Ferrolegierung, vorliegen.
Wenn Natriumfluorid als Fluorid verwendet wird, reagieren das NaF und die Oxide in dem Kalium und/oder Natrium enthaltenden Salzschmelzenbad, wobei teilweise Kalium- und/oder Natriummetallfluoride gebildet werden. Diese Substanzen werden durch Reaktionen, wie etwa TIO&sub2; -> NaK&sub2;TiF&sub6;, Cr&sub2;O&sub3; -> NaCrF&sub3;, V&sub2;O&sub5; -> Na&sub3;VF&sub6;,B&sub2;O&sub3; -> KBF&sub4; und WO&sub3; -> K&sub3;WF&sub6; gebildet. Die resultierenden Substanzen reagieren dann auf den Oberflächen der Schleifmittelkörnchen und werden zu Ti-C (TiC), Cr-C (Cr&sub7;C&sub3;, Cr&sub3;C&sub2;, Cr&sub2;&sub3;C&sub6;), V-C (V&sub2;C, V&sub4;C&sub3;, V&sub8;C&sub7;, VC0,88), B-C, W-C und dergleichen. Es wird angenommen, daß zu diesem Zeitpunkt das Metall in elementarer oder legierter Form als Reduktionsmittel für das Metall, welches dem Bad in Form eines Metalloxids zugegeben worden ist, wirkt.
Es besteht keine Beschränkung bezüglich der Menge des in elementarer oder legierter Form zuzugebenden Metalls, jedoch ist es angemessen, wenn das Oxid eines solchen Metalls 2 Gew.-% des Tauchbads ausmacht. Wenn die Menge des Metalls zu gering ist, kann eine Beschichtung mit ausreichender Dicke nicht erhalten werden, wobei unter üblichen Bedingungen die untere Grenze etwa 1 Gew.-% beträgt. Wenn andererseits die Menge des Metalls zu groß ist, wird die Dicke der resultierenden Carbidbeschichtung ungleichmäßig. Unter üblichen Bedingungen beträgt die obere Grenze etwa 7 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt die Menge des Metalls 5 - 7 Gew.-%.
Das Metall kann dem Salzschmelzenbad in Form eines Halogenids zugegeben werden.
Wenn ein solches Metallhalogenid verwendet wird, kann das Salzschmelzenbad bis zu 40 Gew.-% des Metallhalogenids enthalten. Wenn die Menge des Metallhalogenids diesen Wert überschreitet, wird die Korrosion der Ausrüstung zu einem Problem und es ergeben sich Gesundheitsprobleme durch die Erzeugung großer Mengen Halogengas.
Wenn ein Metall, welches dem Salzschmelzenbad zugegeben wird, in Form eines Oxids vorliegt, wird ebenso ein Reduktionsmittel für das Oxid dem Bad zugegeben. Beispiele für Reduktionsmittel sind Substanzen mit einer größeren Affinität für Sauerstoff als das Metall, beispielsweise Chrom oder Elemente der Gruppe Va, wie etwa Mn, Al, Ca, Si, Ti und Zr, sowie Legierungen hiervon, wie etwa Fe-Mn, Fe-Al, Fe-Ti, Fe-Zr, Fe-Si, Ca-Si und Ca-Si-Mn. Das Reduktionsmittel kann 2 - 20 Gew.-% des Behandlungsbades ausmachen. Wenn weniger als 2 Gew.-% zugegeben werden, erhält man keine ausreichende Reduktionswirkung und wenn mehr als 20 Gew.-% zugegeben werden, wird die Bildung von Carbiden behindert. Der Anteil des Reduktionsmittels beträgt vorzugsweise 5 - 15 Gew.- %.
Die Eintauchzeit und -temperatur für das erfindungsgemäße Tauchverfahren variieren in Abhängigkeit des Typs der zu bildenden Metallverbindung, jedoch ist es im allgemeinen ausreichend, die Eintauchung bei 700 - 1000ºC über eine bis einige Stunden durchzuführen.
Die ultraharten Schleifmittelkörnchen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, sind vorzugsweise Diamantschleifmittelkörnchen, harte BN-Schleifmittelkörnchen oder eine Mischung hiervon. Es existiert keine besondere Beschränkung bezüglich des Typs der eingesetzten Diamantschleifmittelkörnchen, so daß Schleifmittelkörnchen sowohl natürlicher als auch synthetischer Diamanten verwendet werden können. Es besteht keine besondere Beschränkung bezüglich der Korngröße, wenn jedoch die Diamant- oder harten BN-Schleifmittelkörnchen unter Verwendung eines geeigneten Bindemittels zu einer Schleifscheibe gefertigt werden sollen, ist es im allgemeinen bevorzugt, daß die Korngrößen ungefähr 106 - 90 um (140 - 170 mesh ASTM) oder 300 - 250 um (50 - 60 mesh ASTM) betragen.
Vor der Eintauchung ist es nicht erforderlich, irgendeine Vorbehandlung der Diamantsehleifmittelkörnchen oder der harten BN-Schleifmittelkörnchen durchzuführen. Wenn jedoch eine Entfettung oder eine ähnliche Behandlung durchgeführt wird, kann das Haftvermögen der auf den Körnchen zu bildenden Beschichtung weiter erhöht werden.
Wie vorstehend erläutert, kann die Bildung einer Beschichtung durch Eintauchen gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso auf Schleifmittelkörnchen durchgeführt werden, welche vorausgehend durch CVD, Vakuumzerstäubung oder ein anderes Verfahren mit einem geeigneten Metall beschichtet worden sind.
Die vorausausgehend aufgebrachte Beschichtung ist jedoch nicht auf eine Beschichtung aus einem Metall beschränkt, so daß diese eine Beschichtung aus einer Metallverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung sein kann. Durch Behandlung der Oberfläche der Schleifmittelkörnchen, welche mit einer Metallverbindung, beispielsweise einem Metallcarbid in obiger Weise beschichtet worden sind, durch die zweimalige Verwendung des gleichen Typs des Salzschmelzenbades, vereinigt sich das Metall in der Beschichtung, welche bereits auf der Oberfläche der Schleifmittelkörnchen gebildet ist, mit einem anderen Metall in dem Bad, so daß eine zweite Beschichtung gebildet wird. In diesem Fall ist das Metall in dem Bad, welches sich mit dem Metall in der Beschichtung vereinigt, vorzugsweise B, welches in dem Bad in Form eines Oxids, wie etwa B&sub2;O&sub3; vorliegt. Als Ergebnis besteht die zweite Beschichtung aus einer Metallboridschicht. Das heißt, ein Oxid von Bor (wie etwa Boroxid) reagiert in dem Fluorid enthaltenden Salzschmelzenbad (beispielsweise B&sub2;O&sub3; -> KBF&sub4;). Die resultierende Verbindung reagiert mit einem Metall (wie etwa Ti) in der ersten Beschichtung zur Bildung einer Substanz MB&sub2; oder MB (wie etwa TiB&sub2; oder TiB), worin M ein Metall bedeutet. Als Ergebnis dieser Behandlung wird die Oxidationsbeständigkeit der Schleifmittelkörnchen weiter verbessert.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detaillierter auf der Grundlage der folgenden Beispiele beschrieben. Sofern nichts anderes angegeben ist, bedeutet % in den Beispielen Gew.-%.

Beispiel 1

42,2 Mol-% KCl, 20,2 Mol-% BaCl&sub2; und 37,6 Mol-% NaF wurden in einen Porzellanschmelztiegel gegeben und dann durch Erhitzen geschmolzen. Dann wurden vorgeschriebene Mengen an Metalloxiden und Legierungspulvern (Ferrolegierungen) zugegeben und die Mischung gründlich gerührt, um ein Tauchbad zu erhalten.
2 g Diamantschleifmittelkörnchen mit einer Korngröße von 300 - 250 um (50 - 60 mesh, ASTM) (Handelsbezeichnung "MBS", hergestellt von General Electric) wurden in dieses Tauchbad bei 850ºC während 2 Stunden eingetaucht. Die durchschnittliche Beschichtungsdicke betrug 1,8 um. Die Typen und Mengen der Metalloxide und Legierungen, wie bei diesem Beispiel verwendet, sowie die Zusammensetzung der resultierenden Beschichtung sind In Tabelle 1 gezeigt.
Die Eintauchung der Schleifmittelkörnchen wurde unter Verwendung eines nichtrostenden Stahldrahtnetzbehälters durchgeführt.
Die resultierenden beschichteten Schleifmittelkörnchen wurden zusammen mit 14 gesinterten Carbidkugeln eines Durchmessers von 4,6 mm in eine getemperte Hartglasflasche (16,5 mm Durchmesser, 30 ml) gegeben. Die Glasflasche wurde bei 150 Umin&supmin;¹ während 15 Minuten rotiert, danach wurde das Beschichtungshaftvermögen bewertet durch Vergleich des Gewichts der Beschichtung, welche abgeschält bzw. abgeblättert war, mit dem Anfangsgewicht. Die Ergebnisse sind In Tabelle 1 gezeigt.
Fig. 1 und Fig. 2 sind Diagramme, welche die DTA (Differentialthermoanalyse)- Kurve und die TGA (thermogravimetrische Analyse)-Kurve unbeschichteter Diamantschleifmittelkörnchen (Fig. 1) und von Schleifmittelkörnchen, welche in obiger Weise mit einem Chromcarbid (Test Nr. 2, Fig. 2) beschichtet wurden, zeigen.
Wenn die Kurven der Fig. 2 von beschichteten Schleifmittelkörnchen gemäß der Erfindung mit den Kurven der Fig. 1 eines herkömmlichen Beispiels verglichen werden, ist zu sehen, daß die Temperatur, welche den Peak des Wärmestroms zeigt. sich von 904ºC auf 1018,9ºC erhöhte und daß die Temperatur, bei der ein Oxidationsverlust auftrat, sich ebenso erhöhte. Es ist somit klar ersichtlich, daß die Oxidationsbeständigkeit der erfindungsgemäß en Schleifmittelkörnchen derjenigen des herkömmlichen Beispiels weit überlegen ist.
Die Fig. 3a und 3b sind Mikrophotographien (x45), welche die Beschaffenheit der Oberflächenbeschichtung sowie eines abgeschälten Materials von mit einer- TiC-Beschichtung beschichteten Diamantschleifmittelkörnchen (in einer Weise ähnlich der, wie für Test Nr. 1 angewandt gebildet) nach Vervollständigung des oben beschriebenen Abschältests zeigen. Es war im wesentlichen keine Abschälung der Beschichtung zu beobachten und die alleinige Verringerung der Körnchengröße war durch Absplitterung bedingt. Die beschichteten Schleifmittelkörnchen der Fig. 3a, 3b wurden durch Eintauchen bei 900ºC während 3 Stunden hergestellt, wobei die Dicke der TiC-Beschichtung 5 um betrug.
Ähnlich hierzu sind die Fig. 4a und 4b Mikrophotographien (x45), welche den Zustand der Oberflächenbeschichtung und eines abgeschälten Materials nach Vervollständigung eines Abschältests von Diamantschleifmittelkörnchen, die nicht gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Beschichtung beschichtet wurden, zeigen. Es ist zu sehen, daß die Schleifmittelkörnchen der Fig. 4a, 4b einer stärkeren Größenverringerung unterlagen als die Schleifmittelkörnchen der Fig. 3a, 3b, wodurch demonstriert wird, daß die Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur wirksam ist hinsichtlich der Verhinderung der Abschälung, sondern ebenso zur Verhinderung der Absplitterung.
Fig. 5 ist eine Elektronenmikroskopphotographie (x1500) der Oberfläche eines Stücks der beschichteten Schleifmittelkörnchen gemäß Fig. 3a. Sie zeigt klar, daß die TiC-Beschichtung an der Oberfläche der Schleifmittelkörnchen anhaftet.
Fig. 6 ist eine Photographie (x3000), welche mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysators hergestellt wurde und die Verteilung von elementarem Ti beim gleichen beschichteten Schleifmittelkorn zeigt. Es ist zu sehen, daß Ti unter den Diamantschleifmittelkörnchen ausreichend dispergiert ist.
Beschichtete Diamantschleifmittelkörnchen, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und in der oben beschriebenen Weise erhalten wurden, wurden als Ausgangsmaterialpulver zur Herstellung eines metallgebundenen Diamantschleifsteins verwendet. Es hat sich gezeigt daß dieser eine Gebrauchsdauer besaß, welche ungefähr dreimal diejenige eines metallgebundenen Diamantschleifsteins betrug, der aus herkömmlichen unbeschichteten Diamantschleifmittelkörnchen hergestellt war.

Beispiel 2

Die beschichteten Diamantschleifmittelkörnchen aus Beispiel 1 wurden mit einer zweiten Schicht in Form einer Boridbeschichtung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtet. Das heißt, B&sub2;O&sub3; und Bor in elementarer Form wurden dem oben beschriebenen Salzschmelzenbad zugegeben, um ein Tauchbad herzustellen, wonach das Vorgehen aus Beispiel 1 wiederholt wurde. Auf den resultierenden Schleifmittelkörnchen wurde der gleiche Abschälbeständigkeitstest wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Zusammensetzungen der resultierenden Beschichtungen und die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Das Eintauchen wurde bei 850ºC während einer Stunde durchgeführt. Die in Tabelle 2 jeweils gezeigte Beschichtungsdicke ist die Gesamtdicke aus der ersten Schicht (Carbidbeschichtung) und der zweiten Schicht (Boridbeschichtung).

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurden Diamantschleifmittelkörnchen eingesetzt, welche vorausgehend unter Anwendung der chemischen Dampfabscheidung mit einer metallischen Schicht (2 um Dicke) aus Ti, Cr, V, W oder Mo beschichtet worden sind. Die vorausgehend beschichteten Körnchen wurden dann mit einer Boridbeschichtung in gleicher Weise wie in Beispiel 2 beschichtet. Die Zusammensetzungen der Beschichtungen und die Abschäleigenschaften der resultierenden beschichteten Schleifmittelkörnchen sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Eintauchung wurde bei 950ºC während 2 Stunden durchgeführt.

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel wurde durch chemische Dampfabscheidung eine metallische Schicht (etwa 2 um dick) aus Ti, Cr, V oder Mo auf harten BN-Schleifmittelkörnchen (Handelsbezeichnung "BZN-550", hergestellt von General Electric) mit einer Korngröße von 50 - 60 mesh ausgebildet. Danach wurde eine Boridbeschichtung auf den Körnchen in gleicher Weise wie in Beispiel 2 ausgebildet. Die Zusammensetzungen der Beschichtungen und die Abschäleigenschaften der resultierenden beschichteten Schleifmittelkörnchen sind in Tabelle 4 gezeigt. Die Eintauchung wurde bei 950ºC während 2 Stunden durchgeführt.

Beispiel 5

Bei diesem Beispiel wurden SiC-Schleifmittelkörnchen (420 - 350 um) in der Weise wie in Beispiel 1 mit einer Carbidbeschichtung beschichtet. Die Tauchbadtemperatur wurde bei 950ºC gehalten und die SiC-Schleifmittelkörnchen wurden darin während 2 Stunden umgesetzt. Wie in Beispiel 1 enthielt das Tauchbad ein Metalloxid und eine Legierung. Bei diesem Beispiel fand jedoch die Substitutionsreaktion SiC -> MeC (Me: Metall) statt und es wurde eine Carbidbeschichtung gebildet.
Die Typen der bei dem Tauchbad verwendeten Metalloxide und Legierungen sind in Tabelle 5 gezeigt. Die Tabelle zeigt ebenso die Beschichtungsdicke und die Menge der Abschälung (%) der Beschichtung.

Beispiel 6

Bei diesem Beispiel wurde in der Weise wie in Beispiel 1 eine Nitridbeschichtung auf C-BN-Schleifmittelkörnchen (210 - 177 um) aufgebracht. Die Umsetzung wurde bei 950ºC während 2 Stunden durchgeführt.
Wie bei der Bildung einer Carbidbeschichtung enthielt das Tauchbad ein Metalloxid und eine Legierung. Die Substitutionsreaktion BN -> MeN (Me: Metall) fand statt und es wurde eine Nitridbeschichtung gebildet. Die Zusammensetzung der Beschichtung und deren Eigenschaften sind in Tabelle 6 gezeigt.

Beispiel 7

Bei diesem Beispiel wurde in der Weise wie in Beispiel 6 eine erste Nitridbeschichtung auf BN-Schleifmittelkörnchen (210 - 177 um) gebildet und dann in der Weise wie in Beispiel 2 eine Boridschicht auf der Nitridbeschichtung gebildet. Das Eintauchen wurde bei 950ºC während 1 Stunde durchgeführt.
Die Ergebnisse dieses Beispiels sind in Tabelle 7 gezeigt.

Beispiel 8

Bei diesem Beispiel wurde ein Bromidbad eingesetzt. Die Badzusammensetzung bestand aus 37,6 Mol-% NaF, 31,2 Mol-% NaBr und 31,2 Mol-% KBr. MBS- Schleifmittelkörnchen, 300 - 250 um (50 - 60 mesh, ASTM) wurden in das Bad bei 950ºC während 2 Stunden eingetaucht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.

Beispiel 9

Bei diesem Beispiel wurde ein Tauchbad mit der Zusammensetzung 37,6 Mol-% NaF, 31,2 Mol-% NaI und 31,2 Mol-% KI verwendet. Ein Metalloxid, ein Metallhalogenid, ein Metall in elementarer Form oder eine Legierung wurde dem Bad zugegeben, und es wurden in der Weise wie in Beispiel 1 verschiedene Beschichwurde bei 950ºC während 2 Stunden durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.

Beispiel 10

Bei diesem Beispiel wurde ein Tauchbad mit der Zusammensetzung 37,6 Mol-% NaF und 62,4 Mol-% KF verwendet. Ein Metalloxid, ein Metall in elementarer Form oder eine Legierung wurden dem Bad zugegeben. und in der Weise wie in Beispiel 1 wurden verschiedene Beschichtungen auf MBS-Schleifmittelkörnchen, 300 - 250 um (50 - 60 mesh ASTM) gebildet. Das Eintauchen wurde bei 950ºC während 2 Stunden durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
In dieser Weise wird gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich durch Durchführen einer einfachen Eintauchbehandlung unter Verwendung eines Salzschmelzenbades, welches leicht zu handhaben ist, eine Oberflächenbeschichtung erhalten, die ausgezeichnete Haftfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit besitzt welche durch herkömmliche Beschichtungen nicht gezeigt werden. Daher trägt die vorliegende Erfindung in großem Ausmaß zu einem industriellen Fortschritt bei. TABELLE 1 (Beispiel 1) Test Nr. Metalloxid Legierung Beschichtungzusammensetzung Beschichtungsdicke (um) Menge der Abschälung (%) Anmerkung: Die Dicke der Beschlchtung wurde auf der Oberfläche eines Stücks der abgeschälten Körnchen mittels eines Elektronenmikroskops bestimmt. TABELLE 2 (Beispiel 2) Test Nr. Zusammensetzung der ersten Schicht Zusammensetzung der zweiten Schicht Gesamtdicke der Beschichtungen (um) Menge der Abschälung (%) Ti-B-Einfachschicht oder Komposit aus Ti-B, B-C Cr-B-Einfachschicht oder Komposit aus Cr-B, B-C V-B-Einfachschicht oder Komposit aus V-B, B-C W-B-Einfachschicht oder Komposit aus W-B, B-C Mo-B-Einfachschicht oder Komposit aus Mo-B, B-C Ta-B-Einfachschicht oder Komposit aus Ta-B, B-C Zr-B-Einfachschicht oder Komposit aus Zr-B, B-C Nb-B-Einfachschicht oder Komposit aus Nb-B, B-C Anmerkung: Die zweite Schicht war sehr dünn (0,1 - 0,2 um). Eine Gesamtdicke, die kleiner als die Ausgangsschicht ist, scheint durch experimentelle Fehler verursacht zu sein. TABELLE 3 (Beispiel 3) Test Nr. Zusammensetzung der ersten Schicht Zusammensetzung der zweiten Schicht Gesamtdicke der Beschichtungen (um) Menge der Abschälung (%) TABELLE 4 (Beispiel 4) Test Nr. Zusammensetzung der ersten Schicht Zusammensetzung der zweiten Schicht Gesamtdicke der Beschichtungen (um) Menge der Abschälung (%) TABELLE 5 (Beispiel 5) Test Nr. Metalloxid Legierung Beschichtungszusammensetzung Beschichtungsdicke (um) Menge der Abschälung (%) Ti-C-Einfachschicht oder Komposit aus Ti-C, B-Si Cr-C-Einfachschicht oder Komposit aus Cr-C, Cr-Si V-C-Einfachschicht oder Komposit aus V-Si W-C-Einfachschicht oder Komposit aus W-C, W-Si Mo-C-Einfachschicht oder Komposit aus Mo-C, Mo-Si Ta-C-Einfachschicht oder Komposit aus Ta-C, Ta-Si Zr-C-Einfachschicht oder Komposit aus Zr-C, Zr-Si Nb-C-Einfachschicht oder Komposit aus Nb-C, Nb-Si TABELLE 6 (Beispiel 6) Test Nr. Metalloxid Legierung Beschichtungszusammensetzung Beschichtungsdicke (um) Menge der Abschälung (%) Ti-N-Einfachschicht oder Komposit aus Ti-N, Ti-B Cr-N-Einfachschicht oder Komposit aus Cr-N, Cr-B V-N-Einfachschicht oder Komposit aus V-N, V-B W-N-Einfachschicht oder Komposit aus W-N, W-B Mo-N-Einfachschicht oder Komposit aus Mo-N, Mo-B Ta-N-Einfachschicht oder Komposit aus Ta-N, Ta-B Zr-N-Einfachschicht oder Komposit aus Zr-N, Zr-B Nb-N-Einfachschicht oder Komposit aus Nb-N, Nb-B TABELLE 7 (Beispiel 7) Test Nr. Zusammensetzung der ersten Schicht Zusammensetzung der zweiten Schicht Gesamtdicke der Beschichtungen (um) Menge der Abschälung (%) Ti-N-Einfachschicht oder Komposit aus Ti-N, Ti-B Cr-N-Einfachschicht oder Komposit aus Cr-N, Cr-B V-N-Einfachschicht oder Komposit aus V-N, V-B W-N-Einfachschicht oder Komposit aus W-N, W-B Mo-N-Einfachschicht oder Komposit aus Mo-N, Mo-B Ta-N-Einfachschicht oder Komposit aus Ta-N, Ta-B Zr-N-Einfachschicht oder Komposit aus Zr-N, Zr-B Nb-N-Einfachschicht oder Komposit aus Nb-N, Nb-B Ti-B-Einfachschicht oder Komposit aus Ti-B, B-N Cr-B-Einfachschicht oder Komposit aus Cr-B, B-N V-B-Einfachschicht oder Komposit aus V-B, B-N W-B-Einfachschicht oder Komposit aus W-B, B-N Mo-B-Einfachschicht oder Komposit aus Mo-B, B-N Ta-B-Einfachschicht oder Komposit aus Ta-B, B-N Zr-B-Einfachschicht oder Komposit aus Zr-B, B-N Nb-B-Einfachschicht oder Komposit aus Nb-B, B-N Anmerkung: Die zweite Schicht war sehr dünn (0,1 - 0,2 um). Eine Gesamtdicke, die kleiner als die Ausgangsschicht ist, scheint durch experimentelle Fehler verursacht zu sein. TABELLE 8 (Beispiel 8) Test Nr. Zusatz zum Tauchbad Beschichtungszusammensetzung Beschichtungsdicke (um) Menge der Abschälung (%) Anmerkung: Man nimmt an, daß die Oberfläche von üblicherweise verwendeten Metallen und Legierungen leicht oxidiert ist, so daß diese Substanzen technisch gesehen keine reinen Metalle sind. TABELLE 9 (Beispiel 9) Test Nr. Zusatz zum Tauchbad Beschichtungszusammensetzung Beschichtungsdicke (um) Menge der Abschälung (%) TABELLE 10 (Beispiel 10) Test Nr. Zusatz zum Tauchbad Beschichtungszusammensetzung Beschichtungsdicke (um) Menge der Abschälung (%)

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schleifmittelkörnchen, die mit einer Schicht aus einer Metallverbindung beschichtet sind, welches Verfahren darin besteht:

ein das Metall enthaltend es Salzschmelzenbad herzustellen; und

die zu behandelnden Schleifmittelkörnchen in das Tauchbad einzutauchen zur Bildung eines Überzugs aus dem Carbid, Borid oder Nitrid des Metalls auf den Körnchen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die zu beschichtenden Schleifmittelkörnchen Diamantschleifmittelkörnchen oder harte BN-Schleifmittelkörnchen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Salzschmelzenbad ein Bad aus einer Fluorid enthaltenden Chloridschmelze ist, welches Bad durch Zugabe mindestens einer Substanz ausgewählt aus Oxiden des Metalls, Halogeniden des Metalls, dem Metall in elementarer Form und Legierungen des Metalls zu dem Salzschmelzenbad hergestellt worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin das Salzschmelzenbad ein Fluorid enthaltendes Bromidschmelzenbad, ein Fluorid enthaltendes Iodidschmelzenbad oder ein Fluorid enthaltendes Fluoridschmelzenbad ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Bad dadurch hergestellt wird, daß ein Oxid von Bor und entweder eine Bor enthaltende Legierung oder ein Bor enthaltendes Carbid zu dem Salzschmelzenbad zugesetzt wird und unbeschichtete Schleifmittelkörnchen oder Schleifmittelkörnchen, welche zuvor mit einem Metall, ausgewählt aus Ti, Cr, V, W, Mo, Zr, Hf, Nb, Ta, Ni und Legierungen oder Metallverbindungen davon beschichtet worden sind, in das Bad eingetaucht werden, um den Überzug aus einem Borid des Metalls auf den Schleifmittelkörnchen auszubilden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Schleifmittelkörnchen Diamantschleifmittelkörnchen sind und zunächst mit einem Kohlenstoffüberzug versehen werden, bevor die Körnchen in das Tauchbad eingetaucht werden, worauf das Metall und der Kohlenstoff reagieren unter Bildung eines Überzugs aus dem Carbid des Metalls auf den Schleifmittelkörnchen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Metall durch Zugabe eines Oxids des Metalls und auch einer Legierung des Metalls in das Tauchbad eingebracht wird, so daß harte Schleifmittelkörnchen gebildet werden mit einem Überzug aus dem Carbid des Metalls.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin die erhaltenen beschichteten Schleifmittelkörnchen mit einem Boridüberzug versehen werden durch Herstellen eines zweiten Tauchbades durch Zugabe von Boroxid und Bor in elementarer Form zu einem Salzschmelzenbad und Eintauchen der Schleifmittelkörnchen zur Bildung eines Boridüberzugs.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Schleifmittelkörnchen Stickstoff enthalten und ein Metalloxid und eine Legierung zu dem Tauchbad zugesetzt werden, so daß beim Eintauchen der Schleifmittelkörnchen ein Überzug aus Metallnitrid auf der Oberfläche der Schleifmittelkörnchen gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Metall Ti, Cr, V, W, Mo, Ta, Zr, Nb, Si oder B ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe oder eines anderen Schleifwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe oder das Werkzeug gebildet wird durch Verbinden der beschichteten Schleifmittelkörnchen hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

12. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß Anspruch 11 hergestellten Schleifscheibe oder des anderen Schleifwerkzeugs zum Schleifen oder anderweitigen Formen eines Keramikmaterials.