ES2918458T3 - Proceso para la preparación de partículas de nitruro de boro cúbico - Google Patents

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Abstract

Se revelan las partículas superabrasivas de nitruro de boro cúbico y el método para hacer lo mismo. Las partículas de nitruro de boro cúbico tienen una superficie irregular, en la que la rugosidad de la superficie de dichas partículas es inferior a aproximadamente 0.95. El método para producir partículas abrasivas que tienen una morfología superficial única comprenden los pasos de proporcionar una pluralidad de partículas abrasivas; mezcla de polvo de metal reactivo con las partículas abrasivas; comprimir los componentes combinados en un pellet; Calefacción dijo pellets; y recuperación de partículas abrasivas modificadas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso para la preparación de partículas de nitruro de boro cúbico
Campo técnico y aplicabilidad industrial
La presente invención se refiere a un método para producir partículas duras utilizadas para el esmerilado abrasivo, el bruñido, el acabado, el pulido y otras aplicaciones. Más concretamente, esta invención se refiere a un método para producir partículas de nitruro de boro cúbico que tienen una morfología exclusiva. Las partículas de nitruro de boro cúbico (CBN) producidas por el método de esta invención tienen una textura superficial rugosa para mejorar el rendimiento en aplicaciones industriales.
Antecedentes de la invención
Las partículas abrasivas se utilizan en muchas aplicaciones, tales como el esmerilado, el bruñido, el acabado, el pulido y otras aplicaciones de acabado de superficies. Las partículas abrasivas más comunes son el óxido de aluminio, el carburo de silicio, el carburo de boro y el carburo de wolframio. Estas partículas pueden denominarse abrasivos convencionales y tienen una dureza de Mohs inferior a 9,0. El diamante y el nitruro de boro cúbico se denominan partículas superabrasivas y tienen una de dureza Mohs de 9,5-10. Cuando se utilizan partículas superabrasivas, tales como el diamante o el nitruro de boro cúbico, en aplicaciones de esmerilado y acabado, las herramientas duran mucho más que los abrasivos convencionales y, debido a los bajos índices de desgaste, las tolerancias de las piezas se mantienen durante más tiempo antes de que sea necesario sustituir las herramientas. Los abrasivos de nitruro de boro cúbico son especialmente ventajosos para el esmerilado o el acabado de materiales ferrosos. Esto se debe a que, aunque el diamante es más duro que el nitruro de boro cúbico, el diamante reacciona de forma perjudicial con el hierro y el níquel a altas temperaturas, lo que provoca una importante reducción del rendimiento. Sin embargo, el nitruro de boro cúbico no reacciona con el hierro o el níquel y el rendimiento abrasivo se mantiene incluso a las altas temperaturas creadas en el proceso de esmerilado.
Aunque las herramientas superabrasivas rinden más que las que utilizan abrasivos convencionales, el rendimiento óptimo depende de lo bien que las herramientas retengan las partículas abrasivas y de lo bien que las partículas interactúen con el material de la pieza. Una parte importante del rendimiento de una herramienta depende de la adherencia de las partículas abrasivas a la herramienta. Se pueden utilizar muchos tipos de materiales de unión para fabricar herramientas superabrasivas. Entre ellos se encuentran los materiales de unión de tipo metálico, vítreo (vidrio) y de resina. La unión, o sujeción, del abrasivo a una herramienta puede lograrse mediante la unión física y/o química con el material de unión. El grado de fijación física puede verse afectado por la rugosidad de la partícula abrasiva. Las partículas que tienen superficies lisas y que no se adhieren químicamente dependen de estar estrechamente rodeadas por el material de unión para ser retenidas adecuadamente en la herramienta. En este caso, a medida que el material de unión circundante se desgasta y la partícula abrasiva queda más expuesta, el material de unión acabará por dejar de sujetar el abrasivo y éste se desprenderá de la herramienta. El fenómeno de desprendimiento suele producirse mucho antes de que se acabe la vida útil del abrasivo. Este efecto limita el valor de la herramienta en una aplicación. Las partículas similares que tienen una morfología más rugosa serán retenidas en la herramienta por más tiempo y prolongarán la vida útil de la misma. Esto reducirá los costes de procesamiento y mejorará la calidad de las piezas procesadas. Una ventaja adicional de utilizar un cristal de CBN con superficie rugosa sería que la rugosidad expuesta mejorará la capacidad de corte libre de la herramienta, permitiendo así que la herramienta realice la misma cantidad de trabajo con menos energía. Además, las microcaracterísticas establecidas por la rugosidad en el abrasivo podrían dar lugar a una rugosidad superficial en la pieza inferior a la que se habría conseguido con un abrasivo convencional.
Las partículas de CBN de tamaño de malla tienden a tener caras lisas y facetadas e incluso las partículas de CBN más finas, de tamaño micrométrico, muestran superficies lisas. Por ello, los desprendimientos son un fenómeno común cuando se utilizan abrasivos de CBN en herramientas con material de unión metálico y de resina. Un método habitual para mejorar la retención del CBN en las herramientas abrasivas es aplicar un recubrimiento metálico al abrasivo. La propia superficie del recubrimiento puede entonces proporcionar una superficie más rugosa para una mejor retención mecánica, o el recubrimiento puede permitir una mejor fijación química al material de unión. Un ejemplo de recubrimiento que proporciona rugosidad es un recubrimiento de níquel químico. Los recubrimientos de níquel de este tipo suelen aplicarse a las partículas abrasivas de tal manera que el níquel comprende el 50-70 % en peso del abrasivo recubierto. Aunque el recubrimiento de níquel es más rugoso y proporciona una mejor retención mecánica, el níquel en sí no está unido químicamente al abrasivo y es solo una cáscara alrededor de la partícula. Por lo tanto, todavía es posible que el abrasivo se desprenda del níquel unido a una superficie para una mejor retención mecánica, o el recubrimiento puede permitir una mejor fijación química al material de unión. Un ejemplo de recubrimiento que proporciona rugosidad es un recubrimiento de níquel químico. Los recubrimientos de níquel de este tipo suelen aplicarse a las partículas abrasivas de tal manera que el níquel comprende el 50-70 % en peso del abrasivo recubierto. Aunque el recubrimiento de níquel es más rugoso y proporciona una mejor retención mecánica, el níquel en sí no está unido químicamente al abrasivo y es solo una cáscara alrededor de la partícula. Por lo tanto, todavía es posible que el abrasivo se desprenda del níquel unido en un punto antes de que se haya realizado el uso completo del abrasivo. Los abrasivos con recubrimiento de níquel se utilizan habitualmente en las herramientas con material de unión de resina.
Otro ejemplo de recubrimiento utilizado para mejorar la retención es un recubrimiento de titanio. A diferencia del recubrimiento de níquel químico, los recubrimientos de titanio se aplican a los abrasivos mediante métodos de depósito químico de vapor. En este caso, el titanio está unido químicamente a la partícula. Sin embargo, aunque el recubrimiento está unido químicamente a la partícula, los finos recubrimientos de titanio no imparten ninguna rugosidad adicional a la superficie abrasiva. Los recubrimientos de titanio mejoran la unión química cuando el abrasivo se utiliza en una unión metálica. Si esta unión química no es suficiente, pueden producirse desprendimientos.
Hasta la fecha, los métodos empleados para aumentar la rugosidad de las partículas de CBN se han limitado a los recubrimientos metálicos y al grabado de la superficie con productos químicos cáusticos o alcalinos. Se ha desarrollado un nuevo enfoque que utiliza ciertos metales que reaccionan fuertemente con el CBN para formar fosas profundos y picos en la superficie de las partículas. Estas características son diferentes a las formadas por el grabado químico cáustico y proporcionan un nuevo tipo de abrasivo de CBN que puede añadir una mejora en el rendimiento con respecto al c Bn existente. S. Malkin, "Current Trends in CBN Grinding Technology", CIRP ANNALS -MANUFACTURING TECHNOLOGY (19850101), vol. 34, n.° 2, pp. 557-563 describe el rendimiento del esmerilado de los abrasivos de CBN dentro de la tecnología de las muelas. El documento US 2010/0068524 detalla un método para producir partículas abrasivas modificadas que tienen una morfología superficial específica. El documento US 4.647.546 describe el proceso de mezcla de partículas de CBN con aluminio y la compresión a 65 kbar y 1400 °C. El producto modificado se recupera mediante grabado.
Como puede verse, existe la necesidad de un superabrasivo y un método de fabricación de superabrasivos para conseguir una textura rugosa de las superficies para mejorar el rendimiento en aplicaciones industriales.
Sumario de la invención
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para producir partículas abrasivas de nitruro de boro cúbico (CBN) formadas por CBN monocristalino o policristalino con una superficie irregular que comprende las etapa de proporcionar una pluralidad de partículas de CBN abrasivas; mezclar un polvo metálico reactivo con las partículas abrasivas; comprimir el polvo mezclado y las partículas en un gránulo; calentar dicho gránulo para hacer reaccionar químicamente el CBN y el polvo metálico; recuperar las partículas de CBN abrasivas modificadas del gránulo disolviendo el gránulo en ácido; en el que la superficie externa de las partículas de CBN recuperadas está texturizada para comprender bolsillos o fosas de grabado.
Opcionalmente, dicho polvo metálico reactivo es de aluminio. Opcionalmente, dicha etapa de calentamiento comprende calentar dicho gránulo a una temperatura de al menos aproximadamente 1200 °C. Opcionalmente, un tamaño medio de las partículas abrasivas de CBN está entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 500 pm. Opcionalmente, una proporción de porcentaje en peso del polvo metálico a las partículas abrasivas de CBN es de 1:10 a 10:1. Opcionalmente, las partículas de c Bn abrasivas modificadas recuperadas tienen un promedio de pérdida de peso superior al 5 % en relación con las partículas de CBN abrasivas antes de dichas etapas de mezcla, compresión, calentamiento y recuperación.
Lo anterior y otros objetos, características y ventajas de la invención se entenderán a partir de la siguiente divulgación en la que una o más realizaciones de la invención se describen en dibujos, descripciones y reivindicaciones. Se contempla que los expertos en la materia puedan realizar variaciones en los procedimientos sin apartarse del alcance de la invención.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra los resultados del análisis de difracción de rayos X del polvo de CBN que fue calentado con polvo de aluminio durante 1 hora a 1400 °C según una realización ejemplar. El análisis muestra picos de nitruro de aluminio que indican que se ha producido una reacción en estado sólido.
La figura 2a muestra imágenes de microscopio electrónico de barrido ("scanning electron microscope", SEM) de CBN convencional de 8-15 pm según otra realización ejemplar;
La figura 2b muestra imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de CBN de 8-15 pm modificado mediante un proceso con polvo de aluminio según otra realización ejemplar.
La figura 3a muestra imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de CBN convencional de 2-4 pm según otra realización ejemplar;
La figura 3b muestra imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de CBN de 2-4 pm modificado mediante un proceso con polvo de aluminio según otra realización ejemplar; y
La figura 4 muestra un método de fabricación de partículas de nitruro de boro cúbico modificado según una realización ejemplar.
Descripción detallada de las realizaciones ejemplares
Definiciones
Al describir y reivindicar la presente invención, se utilizará la siguiente terminología de acuerdo con las definiciones que se exponen a continuación.
El término "abrasivo", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a cualquier material utilizado para desgastar un material más blando.
La expresión "eliminación de un material", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere al peso de una pieza de trabajo eliminada en un período de tiempo determinado, indicado en miligramos, gramos, etc.
La expresión "tasa de eliminación del material", tal y como se utiliza en este documento, se refiere al material eliminado dividido por el intervalo de tiempo indicado como miligramos por minuto, gramos por hora, etc.
El término "partícula", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a un cuerpo discreto. Una partícula también se considera un cristal o un grano.
El término "fosa", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a una hendidura o grieta en la superficie de una partícula, ya sea una hendidura o grieta en la superficie de una imagen bidimensional o una hendidura o grieta en un objeto.
El término "pico", tal y como se utiliza en el presente documento, se refiere a una proyección afilada que apunta hacia fuera desde el centroide de una partícula, una proyección afilada que apunta hacia fuera desde el centroide de una imagen bidimensional o una proyección afilada que apunta hacia fuera desde un objeto.
El término "superabrasivo", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a un abrasivo que posee una dureza y una resistencia a la abrasión superiores. El CBN y el nitruro de boro cúbico son ejemplos de superabrasivos y tienen valores de dureza de indentación de Knoop superiores a 7500.
La expresión "pérdida de peso", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a la diferencia de peso de un grupo de partículas antes de ser sometidas al tratamiento de modificación de la presente invención y el peso de la misma masa de partículas de CBN o partículas abrasivas después de ser sometidas al tratamiento de modificación de la presente invención.
La expresión "pieza de trabajo", tal y como se utiliza en el presente documento, se refiere a las piezas u objetos de los que se elimina el material mediante esmerilado, pulido, lapeado u otros métodos de eliminación de material.
El término "perímetro", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere al límite de una figura plana cerrada o a la suma de todos los bordes de una imagen bidimensional.
La expresión "perímetro convexo", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a una línea que une los puntos tangentes de Feret, siendo Feret la distancia entre dos tangentes paralelas que tocan el límite en cada lado de una imagen u objeto bidimensional.
La expresión "rugosidad de la superficie", tal y como se utiliza en el presente documento, se refiere a la medición de una imagen bidimensional que cuantifica la extensión o el grado de fosas y picos de los bordes o límites de un objeto, tal y como se indica en el analizador de imágenes CLEMEX, Clemex Vision User's Guide PE 3.5 ©2001. La rugosidad de la superficie se determina por la proporción del perímetro convexo dividido por el perímetro.
Rugosidad de la superficie = Perímetro convexo
Perímetro
Obsérvese que a medida que aumenta el grado de fosas y picos, el factor de rugosidad de la superficie disminuye.
El término "esfericidad", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a la estimación del área encerrada de una imagen u objeto bidimensional (4nA) dividida por el cuadrado del perímetro (p2)
Esfericidad =
Figure imgf000004_0001
La expresión "área de superficie", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a la superficie externa de una partícula. Cuando se utiliza con una pluralidad de partículas, es decir, polvo, se utiliza la expresión área de superficie específica y se indica como área de superficie por gramo de polvo.
Es importante señalar que, aunque los términos definidos anteriormente se refieren a la medición de perfiles de partículas bidimensionales mediante técnicas de medición microscópica, se entiende que las características se extienden a la forma tridimensional. El análisis de imagen automático del tamaño y la forma de las partículas es reconocido por los expertos en la materia como un método fiable y reproducible para medir las características de las partículas. Aunque se utilizó el analizador de imágenes CLEMEX, existen dispositivos similares que reproducen los datos.
La presente invención se refiere a partículas abrasivas que tienen una morfología superficial exclusiva. Además, la invención incluye un proceso para modificar las partículas de nitruro de boro cúbico (cBN) para obtener partículas rugosas e irregulares que tienen una morfología superficial exclusiva. El proceso para modificar la superficie del CBN requiere que se utilice el aluminio como metal reactivo con el CBN. A altas temperaturas, se ha descubierto que el CBN reacciona con el aluminio y forma nitruro de aluminio. Se cree que esta reacción crea hoyos y picos en la superficie del CBN. Después de que se produzca la reacción, el nitruro de aluminio puede eliminarse dejando al descubierto la superficie de CBN rugosa. Las partículas de CBN de la presente invención incluyen una textura superficial significativamente rugosa por la que se establecen muchos bolsillos intrincados o fosas de grabado en la superficie del CBN. Esta textura proporciona muchos más bordes de corte afilados en una partícula que los presentes en la típica partícula de CBN. Se espera que el rendimiento de la herramienta mejore en las aplicaciones que utilizan las partículas de CBN de la presente invención. Estas aplicaciones incluyen el esmerilado de precisión en el que las partículas de CBN se incorporan dentro de un sistema de material de unión de resina, metal o vitrificado. También se espera que las partículas de CBN de la presente invención mejoren el rendimiento en el bruñido y el superacabado, especialmente cuando los materiales de unión incluyen resinas, metales o fritas de vidrio. Se espera que las partículas de CBN de la presente invención mejoren el rendimiento de las herramientas en los casos en los que las partículas son electrodepositadas o electroformadas sobre la herramienta o cuando las partículas de CBN son codepositadas dentro de un recubrimiento.
El proceso de modificación de la presente invención también puede utilizarse para modificar otras formas de CBN, incluyendo, pero sin limitarse a ello, el CBN monocristalino y policristalino. La presente invención se aplica a una amplia gama de tamaños de CBN, desde cientos de micrómetros de diámetro hasta polvos de tamaño micrométrico.
En una realización ejemplar de la presente invención, se utilizan partículas de CBN de tamaños inferiores a aproximadamente 100 micrómetros. Sin embargo, también pueden utilizarse partículas de CBN de tamaños superiores a aproximadamente 100 micrómetros. En una realización ejemplar, los tamaños de las partículas de CBN oscilan entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 500 micrómetros. Un ejemplo de partículas de CBN que puede utilizarse son las partículas de nitruro de boro cúbico de 8-15 micrómetros BMP-I, fabricadas por Diamond Innovations (Worthington, Ohio, EE. UU.).
Como se muestra en la figura 4, en una realización ejemplar, un método 40 para producir partículas abrasivas que tengan una morfología superficial exclusiva puede comprender proporcionar una pluralidad de partículas abrasivas, tales como partículas de nitruro de boro cúbico en una etapa 40; mezclar un polvo metálico reactivo con las partículas abrasivas en una etapa 42; comprimir los componentes mezclados en un gránulo en una etapa 44; calentar dicho gránulo en una etapa 46; y recuperar las partículas abrasivas modificadas en una etapa 48. Las partículas de nitruro de boro cúbico pueden ser partículas de cBN monocristalinas. El polvo metálico reactivo puede ser de aluminio, por ejemplo. El calentamiento de las partículas recubiertas de metal puede ser de al menos aproximadamente 1200 °C. La proporción entre el polvo de metal y las partículas abrasivas puede ser de 1:10 a 10:1, por ejemplo. Las partículas abrasivas modificadas mediante el método 40 pueden tener un promedio de pérdida de peso superior a aproximadamente el 5 % de la pérdida de peso en comparación con las partículas abrasivas convencionales no sometidas al método.
Las partículas de CBN formadas por aproximadamente 10 % y aproximadamente un 80 % de partículas de CBN y por aproximadamente un 20 % y aproximadamente un 90 % en peso de partículas de aluminio se mezclan utilizando cualquier método de mezcla apropiado que consiga una mezcla uniforme. En la presente invención, las porciones pesadas de las partículas de aluminio y de CBN pueden introducirse en un frasco, sellarse e introducirse en un dispositivo de mezclado, tal como un agitador-mezclador Turbula® (Glen Mills, Inc., Clifton, Nueva Jersey, EE. UU.) durante al menos una hora o, como alternativa, entre aproximadamente 30 minutos y aproximadamente una hora. Opcionalmente, se puede añadir un aglutinante a la mezcla antes de mezclarla. Los aglutinantes proporcionan lubricidad a las superficies de las partículas permitiendo una compactación más densa y un contacto más íntimo entre el polvo metálico y el CBN. Los aglutinantes también ayudan a mantener un cuerpo prensado como un cuerpo verde.
La mezcla se comprime entonces para crear una mezcla íntima de partículas de CBN y partículas de aluminio. Se puede utilizar cualquier método para comprimir las partículas de c Bn y las partículas de aluminio de manera que formen una mezcla íntima y las partículas estén en contacto muy estrecho entre sí. Un método utilizado para comprimir la mezcla puede ser colocar la mezcla en un conjunto de troqueles fijos en una prensa. Un ejemplo de prensa adecuada es una prensa de gránulos Carver® fabricada por Carver, Inc. (Wabash, IN). En la prensa de troquelado, la mezcla se somete a una presión de entre aproximadamente 34,47 kPa (aproximadamente 5 psi) y aproximadamente 344737,86 kPa (aproximadamente 50 000 psi), entre aproximadamente 68947,57 kPa (aproximadamente 10 000 psi) y aproximadamente 275790,29 kPa (aproximadamente 40 000 psi), o entre aproximadamente 103421,36 kPa (aproximadamente 15 000 psi) y aproximadamente 206842,72 kPa (aproximadamente 30 000 psi) para formar un gránulo. Aunque se describe la granulación de la mezcla, no es necesario que la mezcla de partículas de CBN y aluminio se forme en un gránulo, solo que las partículas se compriman para que estén en contacto íntimo entre ellas. También se puede utilizar el prensado isostático con herramientas deformables para lograr el contacto íntimo.
Como alternativa, la mezcla también puede ser comprimida presionándola en una lámina delgada de varios milímetros a varias centímetros de espesor, es decir, mediante rodillos de compactación de alta presión o rodillos de formación de briquetas. A continuación, las láminas formadas pueden cortarse en secciones más pequeñas para su posterior procesamiento, como se explica a continuación. Otro método para comprimir la mezcla de partículas de aluminio y CBN incluye mezclar y extruir la mezcla bajo presión. La granulación de la mezcla de partículas de CBN y aluminio mediante un granulador o el volteo de la mezcla en un aparato de volteo son también métodos alternativos que pueden utilizarse para comprimir la mezcla. Los gránulos, ladrillos, briquetas o tortas que se formen con estos métodos pueden ser procesados posteriormente como se indica más adelante.
Otros métodos de compresión de la mezcla de partículas de aluminio y CBN incluyen el moldeo por inyección, la extrusión, el prensado de la mezcla en un recipiente o la fundición en cinta. Como alternativa, las partículas individuales de CBN pueden recubrirse con partículas metálicas mediante implantación de iones, pulverización, secado por aspersión, recubrimiento electrolítico, recubrimiento químico o cualquier otro método aplicable, siempre que las partículas de aluminio y CBN estén en íntimo contacto entre sí.
Después de comprimir la mezcla de partículas de CBN y aluminio, la mezcla comprimida, que puede estar en forma de gránulos, un agregado u otras formas condensadas, se coloca en un horno y, en una atmósfera de hidrógeno, una atmósfera de vacío o una atmósfera de gas inerte, se calienta de aproximadamente 900 °C a aproximadamente 1600 °C. Pueden utilizarse, por ejemplo, temperaturas de aproximadamente 1000 °C a aproximadamente 1400 °C o de aproximadamente 1100 °C a aproximadamente 1200 °C. La mezcla comprimida puede calentarse durante un periodo de tiempo que va desde aproximadamente cinco minutos hasta aproximadamente cinco horas, por ejemplo. Pueden utilizarse períodos de tiempo que van desde aproximadamente treinta minutos hasta aproximadamente dos horas o de aproximadamente una a aproximadamente dos horas, por ejemplo.
Una vez completado el ciclo de calentamiento y enfriado el polvo, las partículas de CBN modificadas se recuperan disolviendo los gránulos de aluminio/CBN en ácidos comunes. Los ácidos que se utilizan pueden incluir el ácido clorhídrico, los ácidos fluorhídricos, el ácido nítrico y ciertas combinaciones de los mismos. Los ácidos, o sus combinaciones, se añaden en una proporción de ácido a CBN recubierto de 100:1 hasta 1000:1 (en volumen). A continuación, la mezcla se calienta entre aproximadamente 100 °C y aproximadamente 120 °C durante un período de entre aproximadamente seis y aproximadamente ocho horas, por ejemplo. A continuación, la solución se enfría, el CBN liberado se asienta y la solución se decanta. Las etapas de limpieza con ácido y calentamiento se repiten hasta que se haya digerido prácticamente todo el aluminio.
Dependiendo de las condiciones del horno elegidas, puede producirse más o menos reacción entre el metal y el CBN. Cuanto más se graba el polvo metálico en el CBN, más nitruro de aluminio se forma y, por tanto, más peso pierde el CBN. Para disolver completamente el nitruro de aluminio, pueden utilizarse mayores cantidades de ácido o pueden ser necesarios tratamientos de disolución adicionales. A continuación, las partículas de CBN se lavan para eliminar los ácidos y los residuos, por ejemplo, en agua. Posteriormente, las partículas de CBN se secan en un horno, se secan al aire, se someten a un secado por microondas u otros métodos de secado conocidos en la técnica.
Las partículas de CBN modificadas tienen superficies muy rugosas e irregulares, como se muestra en la figura 2(b). Además del aspecto rugoso, las partículas de CBN modificadas tienen características únicas en comparación con las partículas de CBN convencionales mostradas en la figura 2(a). Las partículas convencionales de CBN producidas por molienda no fueron sometidas al tratamiento de modificación de la presente invención.
Las partículas de CBN modificadas pueden incluir picos y fosas. Los picos actúan como bordes de corte en algunas aplicaciones. Cuando las partículas de cBN modificadas se utilizan en un sistema de unión fijo, las fosas y/o los picos ayudan a asegurar la partícula dentro del sistema de unión. Las longitudes de los picos y las profundidades de las fosas pueden variar en función de los parámetros del tratamiento de modificación. La profundidad promedio de las fosas en una partícula oscila entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 70 % de la longitud más larga de las partículas. En alguna realización ejemplar, la profundidad de las fosas en una partícula puede variar en tamaño desde aproximadamente el 40 % hasta aproximadamente el 60 % de la longitud más larga de la partícula.
Las partículas de cBN modificadas presentan características exclusivas de rugosidad superficial, esfericidad y eliminación de material. En una realización ejemplar, la rugosidad de la superficie del cBN modificado puede ser inferior a aproximadamente 0,95, por ejemplo. En otra realización ejemplar, la rugosidad de la superficie del cBN puede estar entre aproximadamente 0,50 y aproximadamente 0,80, por ejemplo
Puede haber una correlación entre la pérdida de peso del cBN y la superficie. La área de superficie específica de las partículas de cBN modificadas que tienen una pérdida de peso superior al 35 % es aproximadamente un 20 % mayor en comparación con las partículas de nitruro de boro cúbico convencionales que tienen la misma distribución de tamaño de partícula. Se puede observar que el área de superficie específica de las partículas es directamente proporcional al grado de reacción de las partículas de nitruro de boro cúbico y las partículas de hierro durante el proceso de tratamiento de modificación.
Las partículas abrasivas pueden ser útiles en muchas aplicaciones, incluyendo el lapeado, el esmerilado, el corte, el pulido, el troceado, los abrasivos sinterizados o los compactos abrasivos, como alambre para sierras de hilo o el bruñido. En general, se prevé que la superficie rugosa ayude a la retención de la partícula de CBN dentro de la herramienta o del sistema de material de unión de resina. El uso del abrasivo ayudaría a proporcionar una mejor retención de la partícula abrasiva en la matriz de metal o resina, aumentando así la vida útil de la sierra de hilo. El abrasivo también puede proporcionar una mayor tasa de eliminación de material con una mejor capacidad de corte libre.
Las partículas de CBN modificadas pueden tener superficies irregulares, en las que la rugosidad superficial promedio de dichas partículas es inferior a aproximadamente 0,95, pueden utilizarse e incorporarse a una herramienta, tal como una muela abrasiva, un hilo abrasivo fijo, una herramienta de bruñido, una cuchilla de troceado, una película de pulido, un acondicionador de almohadilla de pulido químico-mecánico ("chemical mechanical polishing", CMP), un compuesto de pulido, un recubrimiento de desgaste de nitruro de boro cúbico compuesto, por ejemplo.
En lo que respecta a las aplicaciones de sierra de hilo, las partículas abrasivas pueden fijarse a un hilo mediante galvanoplastia, sinterización de metales o materiales de unión poliméricos o de resina. Las sierras de hilo electrodepositadas contienen generalmente una sola capa de partículas abrasivas codepositadas con una capa de níquel metálico. Algunos hilos también utilizan una resina para fijar las partículas abrasivas en la matriz de metal o resina, lo que aumenta la vida útil de la sierra de hilo. Las partículas abrasivas modificadas también pueden proporcionar una mayor tasa de eliminación de material con una mejor capacidad de corte libre.
Los materiales típicamente cortados con sierras de hilo incluyen silicio, zafiro, SiC, metales, materiales cerámicos, carbono, cuarzo, piedra, vidrio, materiales compuestos y granito.
Los abrasivos y superabrasivos modificados en su superficie pueden estar opcionalmente recubiertos con un recubrimiento metálico, es decir, un metal seleccionado de los grupos IVA, VA, VIA o una aleación de los mismos, incluyendo combinaciones de los mismos.
Ejemplo I
Un polvo de CBN monocristalino de 8-15 pm con un tamaño medio de 12 pm se mezcló con un polvo de aluminio con un tamaño medio de 3 pm utilizando una proporción de mezcla de un 40 % en peso de partículas de CBN y un 60 % en peso de polvo de aluminio (sin aglutinante). La mezcla se compactó en un gránulo de 2 cm x 0,5 cm utilizando una prensa Carver® a una presión de 137895,15 kPa (20 000 psi). El gránulo se calentó a 1200 °C durante 1 hora en atmósfera de gas formador. El gránulo de CBN se dejó enfriar. Las partículas de CBN se recuperaron del gránulo por digestión en una mezcla ácida de 4:3:1, H2 O:HCl:HNO3 hasta que el gránulo se disolvió y las partículas liberadas se depositaron en el fondo del vaso de precipitados. Las partículas de CBN se neutralizaron con agua desionizada, se recuperaron y se secaron. Se realizó un análisis de difracción de rayos X en el polvo y se muestra en la figura 1. Estos resultados demuestran que hay algo de nitruro de aluminio residual en el polvo, lo que confirma que se produjo una reacción química. Se colocaron muestras del CBN recuperado en un microscopio electrónico de barrido y se tomaron fotos de estas partículas. La figura 2(b) muestra estas partículas y muestra claramente la evidencia de un grabado superficial significativo. Las partículas de CBN de 8-15 pm no modificadas se muestran en la misma figura 2(a) para comparar.
Ejemplo II
Un polvo de CBN monocristalino de 2-4 pm con un tamaño medio de 3 pm se mezcló con un polvo de aluminio con un tamaño medio de 3 pm utilizando una proporción de mezcla de un 40 % en peso de partículas de CBN y un 60 % en peso de polvo de aluminio (sin aglutinante). La mezcla se compactó en un gránulo de 2 cm x 0,5 cm utilizando una prensa Carver a una presión de 137895,15 kPa (20 000 psi). El gránulo se calentó a 1200 °C durante 1 hora en atmósfera de gas formador. El gránulo de CBN se dejó enfriar. Las partículas de CBN se recuperaron del gránulo por digestión en una mezcla ácida de 4:3:1, H2 O:HCl:HNO3 hasta que el gránulo se disolvió y las partículas liberadas se depositaron en el fondo del vaso de precipitado. Las partículas de CBN se neutralizaron con agua desionizada, se recuperaron y se secaron. Se colocaron muestras del CBN recuperado en un microscopio electrónico de barrido y se tomaron fotos de estas partículas. La figura 3(b) muestra estas partículas y muestra claramente la evidencia de un grabado superficial significativo. Las partículas de CBN de 2-4 pm no modificadas se muestran en la misma figura 3(a), para comparar.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. -Un método para producir partículas abrasivas de nitruro de boro cúbico, CBN, formadas a partir de CBN monocristalino o policristalino que tiene una superficie irregular, que comprende las etapas de:
proporcionar una pluralidad de partículas de CBN abrasivas;
mezclar un polvo metálico reactivo con las partículas abrasivas;
comprimir el polvo mezclado y las partículas en un gránulo;
calentar dicho gránulo para hacer reaccionar químicamente el CBN y el polvo metálico;
recuperar las partículas de CBN abrasivas modificado del gránulo disolviendo el gránulo en ácido;
en el que la superficie externa de las partículas de CBN recuperadas está texturizada para comprender bolsillos o fosas de grabado.
2. - El método de la reivindicación 1, en el que dicho polvo metálico reactivo es aluminio.
3. - El método de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha etapa de calentamiento comprende calentar dicho gránulo a una temperatura de al menos 1200 °C.
4. - El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un tamaño medio de las partículas abrasivas de CBN está comprendido entre 0,1 y 500 pm.
5. - El método de cualquier reivindicación anterior, en el que una proporción de porcentaje en peso del polvo metálico a las partículas abrasivas de CBN es de 1:10 a 10:1.
6. - El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las partículas de CBN abrasivas modificadas recuperadas tienen un promedio de pérdida de peso de más del 5 % en relación con las partículas de CBN abrasivas antes de dichas etapas de mezcla, compresión, calentamiento y recuperación.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202016012A (zh) * 2018-09-17 2020-05-01 美商戴蒙創新公司 具有高蝕刻粒子表面及高韌性指數的立方氮化硼粒子群
EP3932893A4 (en) * 2019-02-28 2022-05-11 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. POLYCRYSTALLINE CUBIC BORON NITRIDE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF
CN110484206B (zh) * 2019-08-23 2021-08-20 河南富莱格超硬材料有限公司 一种立方氮化硼磨料表面处理方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1513990A (en) * 1976-12-07 1978-06-14 Inst Fiz Tverdogo Tela I Polup Boron nitride-based superhard material and process for the production of the same
ZA781390B (en) * 1978-03-09 1979-04-25 De Beers Ind Diamond The metal coating of abrasive particles
US4389223A (en) * 1981-02-09 1983-06-21 General Electric Company Surface characteristics of boron rich cubic boron nitride
US4647546A (en) * 1984-10-30 1987-03-03 Megadiamond Industries, Inc. Polycrystalline cubic boron nitride compact
DE3625743A1 (de) * 1986-07-30 1988-02-11 Winter & Sohn Ernst Verfahren zum bearbeiten von diamantkoernern
JP2739139B2 (ja) * 1989-03-06 1998-04-08 昭和電工株式会社 六角板状立方晶窒化ほう素及びその合成方法
US4951427A (en) * 1989-05-30 1990-08-28 General Electric Company Refractory metal oxide coated abrasives and grinding wheels made therefrom
HUT62831A (en) * 1991-09-12 1993-06-28 Gen Electric Method for producing covered cubed leather-nitride abrasive grain, abrasive grain and grinding tool by using the same
JP5046459B2 (ja) * 1999-11-19 2012-10-10 デ ビアス インダストリアル ダイアモンズ （プロプライエタリイ）リミテッド 立方晶窒化ホウ素クラスター
US7261752B2 (en) * 2002-09-24 2007-08-28 Chien-Min Sung Molten braze-coated superabrasive particles and associated methods
EP1595595B1 (en) * 2003-02-03 2011-05-11 Showa Denko K.K. Catalyst for synthesizing cubic boron nitride, and method for producing cubic boron nitride
JP2006088243A (ja) * 2004-09-22 2006-04-06 Toyoda Mach Works Ltd 砥粒及び砥石
ZA200609062B (en) * 2004-09-23 2008-08-27 Element Six Pty Ltd Coated abrasive materials and method of manufacture
US7562858B2 (en) * 2005-03-16 2009-07-21 Diamond Innovations, Inc. Wear and texture coatings for components used in manufacturing glass light bulbs
EP1948837B1 (en) * 2005-10-28 2017-12-06 Element Six Abrasives S.A. Method of making a powdered composition for a cubic boron nitride compact
MX2009006183A (es) * 2006-12-13 2009-08-18 Diamond Innovations Inc Compactos abrasivos con maquinabilidad mejorada.
US8591613B2 (en) * 2008-09-16 2013-11-26 Diamond Innovations, Inc. Abrasive grains having unique features
US8652226B2 (en) * 2008-09-16 2014-02-18 Diamond Innovations, Inc. Abrasive particles having a unique morphology
EP2356191B1 (en) * 2008-09-16 2020-07-15 Diamond Innovations, Inc. Abrasive particles having a unique morphology

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