JP2011530417A - 研磨部品を担体に接合するための連続金属相を有する研磨工具 - Google Patents

研磨部品を担体に接合するための連続金属相を有する研磨工具 Download PDF

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Abstract

研磨物品は、担体要素、研磨部品、および研磨部品と担体要素との間の接合領域を含む。研磨部品は、金属マトリックスに結合した研磨粒子を含む。研磨部品は、溶浸材で実質上満たされた、連続細孔の網状構造をさらに含む。溶浸材は、少なくとも１種の金属元素を含有する溶浸材組成物を有する。接合領域は、少なくとも１種の金属元素を含有する接合金属組成物を有する接合金属を含む。接合領域は、担体要素と異なる領域であり、かつ、担体要素から分離した相である。元素重量パーセント差は、溶浸材組成物と比べた接合金属組成物中に含有される各元素の重量含有率の差の絶対値である。接合金属組成物と溶浸材組成物との元素重量パーセント差は、２０重量パーセントを超えない。

Description

本発明は概して、研磨工具およびその形成方法に関する。より具体的には、本発明は、研磨部品を担体に接合するための連続金属相を有する工具に関する。
追加の道路および建物の建設などの、インフラストラクチャー改善は、開発中の地域の継続する経済発展に不可欠である。さらに、開発地域は、老朽化したインフラストラクチャーを新しいおよび拡張した道路および建物に置き換えることが継続的に必要である。従って、建設需要は依然高い水準にある。
建設業界は、建設資材の切断および研削のために様々な工具を利用している。切断および研削工具が道路の古い部分を除去するまたは修復するために必要とされる。さらに、床および建物表面用に使用される石板などの、仕上げ材の採石および製造は、掘削、切断、および艶出のための工具を必要とする。典型的には、これらの工具は、プレートまたはホイールなどの、担体要素に接合された研磨部品を含む。研磨部品と担体要素との間の接合の破損は、研磨部品および／または担体要素を交換することを必要とし、中断時間および生産性の損失をもたらし得る。さらに、破損は、研磨部品の一部が作業区域から高速で飛び出たときに安全上の問題を引き起こし得る。従って、研磨部品と担体要素との間の改善された接合が望ましい。
ある実施形態では、研磨物品は、担体要素、研磨部品、および研磨部品と担体要素との間の接合領域を含むことができる。研磨部品は、金属マトリックスに結合した研磨粒子を含むことができる。研磨部品は、少なくとも１種の金属元素を含有する溶浸材組成物を有する溶浸材で実質上満たされた、連続細孔の網状構造を含むことができる。接合領域は、少なくとも１種の金属元素を含有する接合金属組成物を有する接合金属を含むことができる。接合領域は、担体要素と異なる領域であることができ、かつ、担体要素から分離した相であることができる。元素重量パーセント差は、溶浸材組成物と比べた接合金属組成物中に含有される各元素の重量含有率の差の絶対値であることができる。接合金属組成物と溶浸材組成物との元素重量パーセント差は、１５重量パーセントを超えないことで、例えば１０重量パーセントを超えないことでなど、２０重量パーセントを超えなくてもよい。特定の実施形態では、接合金属組成物と溶浸材組成物との元素重量パーセント差は、２重量パーセントを超えないことでなど、５重量パーセントを超えなくてもよい。さらなる実施形態では、接合金属組成物と溶浸材組成物との元素重量パーセント差は、約０重量パーセントである。
ある実施形態では、研磨物品は、担体要素、研磨部品、および研磨部品と担体要素との間の接合領域を含むことができる。研磨部品は、金属マトリックスに結合した研磨粒子を含むことができる。金属マトリックスは、接合金属で実質上満たされた、連続細孔の網状構造を含むことができる。接合領域は、担体要素と異なる領域であることができ、かつ、担体要素から分離した相であることができる。接合領域は接合金属を含むことができる。特定の実施形態では、担体要素は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有することができる。
別の実施形態では、研磨物品は、担体要素、研磨部品、および研磨部品と担体要素との間の接合領域を含むことができる。担体要素は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有することができる。研磨部品は、研磨粒子、金属マトリックス、および浸透した接合金属を含むことができる。
特定の実施形態では、接合領域は、少なくとも９０重量％の接合金属を含むことができる。別の特定の実施形態では、接合領域は接合金属から本質的になることができる。
さらなる実施形態では、研磨物品は、担体要素と、研磨部品と、接合金属とを含むことができる。担体要素は、プロセス温度で実質上組成的に安定であることができる。すなわち、担体要素の組成物は、担体要素がプロセス温度に加熱されるプロセス中に実質上変化しない。研磨部品は、研磨粒子および金属マトリックスを含むことができる。研磨部品は、連続細孔の網状構造を含むことができ、金属マトリックスは、プロセス温度で実質上組成的に安定であることができる。接合金属は、プロセス温度で融解することができる。プロセス温度で、接合金属は、連続細孔の網状構造に浸透し、研磨部品を担体要素に接合することができる。特定の実施形態では、プロセス温度は、約９００℃〜約１２００℃の範囲にあることができる。
特定の実施形態では、研磨物品は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２、例えば少なくとも約７００Ｎ／ｍｍ２などの、少なくとも約５００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有することができる。さらに特定の実施形態では、研磨物品は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２、例えば少なくとも約７００Ｎ／ｍｍ２などの、少なくとも約５００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する研削リング部分であることができる。別の特定の実施形態では、研磨物品は、少なくとも約７７５Ｎ／ｍｍ２、例えば少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ２などの、少なくとも約７５０Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有するコアビットであることができる。さらに別の特定の実施形態では、研磨物品は、少なくとも約１６００Ｎ／ｍｍ２、例えば少なくとも約１８００Ｎ／ｍｍ２などの、少なくとも約１４００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する切断刃であることができる。
さらに特定の実施形態では、接合金属組成物は、銅、銅−スズ青銅、銅−スズ−亜鉛合金、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属を含むことができる。ある例では、銅−スズ青銅は、約２０％以下のスズ含量を含むことができる。別の実施形態では、銅−スズ−亜鉛合金は、約２０％以下のスズ含量および約１０％以下の亜鉛含量を含むことができる。さらに別の例では、接合金属組成物は、チタン、銀、マンガン、リン、アルミニウム、マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含むことができる。
別の特定の実施形態では、研磨粒子は、ダイヤモンドなどの、超研磨粒子を含むことができる。ある例では、研磨粒子は、研磨部品の約２．０体積％〜５０体積％の量で存在することができる。
さらに別の特定の実施形態では、金属マトリックスは、鉄、鉄合金、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属を含むことができる。ある例では、金属マトリックスは、希土類元素をさらに含むことができる。希土類元素は、約３．０重量％以下の量で存在することができる。別の例では、金属マトリックスは、炭化タングステンなどの、耐摩耗性成分をさらに含むことができる。
さらに特定の実施形態では、研磨部品は、約２５％〜５０％の気孔率を有することができる。ある例では、接合金属は、連続気孔の網状構造を実質上満たして少なくとも約９６％稠密の密度を有する高密度化研磨部品を形成することができる。別の例では、高密度化研磨部品内の接合金属の量は、高密度化研磨部品の約２０重量％〜約４５重量％であることができる。
さらに別の実施形態では、研磨物品の形成方法は、混合物を圧縮することによって研磨部品を形成する工程を含むことができる。この混合物は、研磨粒子および金属マトリックスを含むことができ、研磨部品は、細孔の連続網状構造を有することができる。本方法はさらに、研磨部品と担体要素との間に接合金属を配置する工程と接合金属を液化させるために加熱する工程とを含むことができる。本方法はもっとさらに、高密度化研磨部品を形成するために細孔の連続網状構造に接合金属の少なくとも一部を流し込む工程と、冷却し、それによって高密度化研磨部品を担体要素に接合する工程とを含むことができる。特定の実施形態では、形成工程は、混合物を冷間圧縮することを含むことができる。ある例では、冷間圧縮は、約５０ｋＮ／ｃｍ２（５００ＭＰａ）〜約２５０ｋＮ／ｃｍ２（２５００ＭＰａ）の圧力で実施することができる。別の特定の実施形態では、流し込む工程は毛管作用によって起こる。
さらに別の特定の実施形態では、加熱工程は、プロセス温度に加熱することを含むことができ、プロセス温度は、接合金属の融点より上、担体要素の融点より下、そして多孔性研磨部品の融点より下であることができる。ある例では、プロセス温度は約９００℃〜約１２００℃の範囲にあることができる。別の例では、加熱工程は、還元雰囲気中で実施することができる。さらに別の例では、加熱工程は、トンネル炉またはバッチ炉などの、炉中で実施することができる。
添付の図面を参照することによって、本開示はより良く理解され、その多数の特徴および利点は当業者に明らかにされる可能性がある。
代表的な研磨工具の図である。 工具上に取り付けるための研磨材含有部分の図である。 接合前の研磨部分を例示する略図である。 担体に接合された研磨部分を例示する略図である。 ろう付けによって製造された担体リング部分の写真である。 浸透接合によって製造された担体リング部分の写真である。 浸透接合によって製造された切断刃の写真である。 ろう付けによって製造されたコアビットの写真である。 レーザー溶接によって製造されたコアビットの写真である。 浸透接合によって製造されたコアビットの写真である。 担体リング部分の元素マッピングである。
異なる図面での同じ参照記号の使用は、類似のまたは同一のアイテムを示す。
ある実施形態によれば、研磨工具は、担体要素と研磨部品とを含む。研磨工具は、コンクリートを切断するための鋸などの、建設資材を切断するための切断工具であることができる。あるいはまた、研磨工具は、コンクリートもしくは焼成粘土を研削するまたはアスファルトを除去するためなどの、研削工具であることができる。担体要素は、固体金属ディスク、リング、リング部分、またはプレートであることができる。研磨部品は、金属マトリックスに埋め込まれた研磨粒子を含むことができる。金属マトリックスは、連続細孔または溶浸材で部分的にもしくは実質上完全に満たされている細孔の網状構造を有することができる。接合領域は、担体要素と研磨部品との間に存在することができ、接合金属を含有することができる。接合領域中の接合金属は、溶浸材が連続細孔の網状構造を満たした状態で、連続であることができる。
代表的な実施形態では、研磨部品は、連続細孔の網状構造を有する金属マトリックスに埋め込まれた研磨粒子を含む。研磨粒子は、ダイヤモンドまたは立方晶系窒化ホウ素などの超研磨材であることができる。研磨粒子は、約１００米式メッシュ以上など、約２５〜８０米式メッシュなどの、約４００米式メッシュ以上の粒度を有することができる。用途に応じて、粒度は約３０〜６０米式メッシュであることができる。研磨粒子は、約２体積％〜約５０体積％の量で存在することができる。さらに、研磨粒子の量は、用途に依存してもよい。例えば、研削または艶出工具用の研磨部品は、約３．７５〜約５０体積％の研磨粒子を含むことができる。あるいはまた、切断工具用の研磨部品は、約２体積％〜６．２５体積％の研磨粒子を含むことができる。さらに、コア掘削用の研磨部品は、約６．２５体積％〜２０体積％の研磨粒子を含むことができる。
金属マトリックスは、鉄、鉄合金、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、およびそれらの任意の組み合わせを含むことができる。ある例では、金属マトリックスは、セリウム、ランタン、およびネオジムなどの希土類元素を含むことができる。別の例では、金属マトリックスは、炭化タングステンなどの耐摩耗性成分を含むことができる。金属マトリックスは、個々の成分の粒子またはプレ合金粒子を含むことができる。粒子は、約１．０ミクロン〜約２５０ミクロンであることができる。
代表的な実施形態では、接合金属組成物は、銅、銅−スズ青銅、銅−スズ−亜鉛合金、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。銅−スズ青銅は、約１５重量％以下などの、約２０重量％以下のスズ含量を含んでもよい。同様に、銅−スズ−亜鉛合金は、約１５重量％以下などの、約２０重量％以下のスズ含量、および約１０重量％以下の亜鉛含量を含んでもよい。
本明細書の実施形態によれば、接合領域は、下層の担体および研磨部品の両方と異なる相を有する、識別可能な界面層を形成することができる。接合金属組成物は、元素種のある程度の共通点を有する点で溶浸材組成物に関係している。定量的には、接合金属組成物と溶浸材組成物との元素重量パーセント差は、２０重量パーセントを超えない。元素重量パーセント差は、溶浸材組成物と比べた接合金属組成物中に含有される各元素の重量含有率の差の絶対値と定義される。
単なる例として、（ｉ）８５重量パーセントのＣｕ、１０重量パーセントのＳｎおよび５重量パーセントのＺｎを含有する接合金属組成物と、（ｉｉ）８２重量パーセントのＣｕ、１７重量パーセントのＳｎ、および１重量パーセントのＺｎを含有する溶浸材組成物とを有する実施形態では、接合金属組成物と溶浸材組成物との元素重量パーセント差は、Ｃｕについては５重量パーセント、Ｓｎについては７重量パーセント、Ｚｎについては４重量パーセントである。接合金属組成物と溶浸材組成物との最大元素重量パーセント差は、従って、７重量パーセントである。
他の実施形態は、接合金属組成物と溶浸材の組成物との間のより近い組成関係を有する。接合金属組成物と溶浸材組成物との元素重量パーセント差は、例えば、１５重量パーセント、１０重量パーセント、５重量パーセントを超えなくてもよいか、または２重量パーセントを超えなくてもよい。約ゼロの元素重量パーセント差は、接合領域および溶浸材を構成する同じ組成物を表す。前述の元素値は、マイクロプローブ元素分析を含む、任意の好適な分析手段によって測定されてもよく、溶浸材が金属マトリックスと接触する区域に沿って起こる可能性がある合金化を無視している。
研磨部品を製造できるプロセスの詳細に目を向けると、研磨粒子は、混合物を形成するために金属マトリックスと組み合わせることができる。金属マトリックスは、鉄、鉄合金、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。ある実施形態では、金属マトリックスは、セリウム、ランタン、およびネオジムなどの、希土類元素を含むことができる。別の実施形態では、金属マトリックスは、炭化タングステンなどの、耐摩耗性成分を含むことができる。金属マトリックスは、約１ミクロン〜２５０ミクロンの金属粒子を含むことができる。金属マトリックスは、金属マトリックスの成分の粒子のブレンドを含むことができるか、または金属マトリックスのプレ合金粒子であることができる。用途に応じて、金属マトリックスの組成は変わってもよい。
ある実施形態では、金属マトリックスは、式（ＷＣ）ｗＷｘＦｅｙＣｒｚＸ（１−ｗ−ｘ−ｙ−ｚ）（式中、０≦ｗ≦０．８、０≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦０．８、０≦ｚ≦０．０５、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１であり、Ｘは、コバルトおよびニッケルなどの他の金属を含むことができる）に従うことができる。
別の実施形態では、金属マトリックスは、式（ＷＣ）ｗＷｘＦｅｙＣｒｚＡｇｖＸ（１−ｖ−ｗ−ｘ−ｙ−ｚ）（式中、０≦ｗ≦０．５、０≦ｘ≦０．４、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．０５、０≦ｖ≦０．１、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１であり、Ｘは、コバルトおよびニッケルなどの他の金属を含むことができる）に従うことができる。
研磨粒子は、ダイヤモンド、立方晶系窒化ホウ素（ＣＢＮ）、またはそれらの任意の組み合わせなどの、超研磨材であることができる。研磨粒子は、約２体積％〜約５０体積％の量で存在することができる。さらに、研磨粒子の量は用途に依存してもよい。例えば、研削または艶出工具用の研磨部品は、約３．７５〜約５０体積％の研磨粒子を含むことができる。あるいはまた、切断工具用の研磨部品は、約２体積％〜６．２５体積％の研磨粒子を含むことができる。さらに、コア掘削用の研磨部品は、約６．２５体積％〜２０体積％の研磨粒子を含むことができる。研磨粒子は、約１００米式メッシュ以上など、約２５〜８０米式メッシュなどの、約４００米式メッシュ未満の粒度を有することができる。用途に応じて、サイズは、約３０〜６０米式メッシュであることができる。
金属マトリックスと研磨粒子との混合物は、冷間圧縮によってなど、プレスして多孔性研磨部品を形成することができる。例えば、冷間圧縮は、約５０ｋＮ／ｃｍ２（５００ＭＰａ）〜約２５０ｋＮ／ｃｍ２（２５００ＭＰａ）の圧力で実施することができる。生じた多孔性研磨部品は、連続細孔の網状構造を有することができる。ある例では、多孔性研磨部品は、約２５〜５０体積％の気孔率を有することができる。
ある実施形態では、工具プレフォームは、担体要素、接合スラグ、および研磨部品を積み重ねることによって組み立てることができる。担体要素は、リング、リング部分、プレート、またはディスクの形態にあることができる。担体要素は、薄い断面の担体要素用に２５ＣｒＭｏ４、７５Ｃｒ１、Ｃ６０、または類似のスチール合金、または厚い担体要素用にＳｔ ６０もしくは類似物のような単純構造スチールなどの、熱処理可能なスチール合金を含むことができる。担体要素は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有することができる。担体要素は、当該技術分野で公知の様々な冶金技法によって形成することができる。
接合スラグは、接合金属組成物を有する接合金属を含むことができる。接合金属組成物は、銅、銅−スズ青銅、銅−スズ−亜鉛合金、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。接合金属組成物は、チタン、銀、マンガン、リン、アルミニウム、マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含むことができる。例えば、接合金属は、約９００℃〜約１２００℃の融点を有することができる。
ある実施形態では、接合スラグは、接合金属の粉末を冷間圧縮することによって形成することができる。粉末は、個々の成分の粒子またはプレ合金粒子を含むことができる。粒子は、約１００ミクロン以下のサイズを有することができる。あるいはまた、接合スラグは、当該技術分野で公知の他の冶金技法によって形成されてもよい。
工具プリフォームは、接合金属の融点より上の、しかし金属マトリックスおよび担体要素の融点より下の温度に加熱することができる。例えば、温度は、約９００℃〜約１２００℃であることができる。工具プリフォームは、還元環境中で加熱することができる。典型的には、還元雰囲気は、酸素と反応するためにある量の水素を含有することができる。加熱工程は、バッチ炉またはトンネル炉などの、炉中で実施することができる。
ある実施形態では、接合金属が溶融するにつれて、液体接合金属は、毛管作用によってなど、研磨部品の連続細孔の網状構造に引き込まれる。接合金属は浸透し、連続細孔の網状構造を実質上満たすことができる。生じた高密度化研磨部品は、約９６％以上稠密であることができる。研磨部品に浸透する接合金属の量は、高密度化研磨部品の約２０重量％〜４５重量％であることができる。接合金属の一部は、接合金属から本質的になる接合領域が担体要素と研磨部品との間に形成されるように、研磨部品と担体要素との間に留まってもよい。接合領域は、担体要素および研磨部品と異なる、識別可能な領域であることができる。接合領域は、少なくとも約９５重量％の接合金属など、少なくとも約９８重量％の接合金属などの、少なくとも約９０重量％の接合金属を含むことができる。接合金属は、接合領域および高密度化研磨部品の全体にわたって連続であることができる。
図１は、切断ディスク１００を例示する。切断ディスク１００は、ディスク形状の担体要素１０２と、担体要素１０２に取り付けられた複数の研磨部品１０４とを含む。接合領域１０６は、担体要素１０２と研磨部品１０４との間に存在することができる。
図２は、コア掘削工具２００を例示する。コア掘削工具は、リング形状の担体要素２０２と、担体要素２０２に取り付けられた複数の研磨部品２０４とを含む。接合領域２０６は、担体要素２０２と研磨部品２０４との間に存在することができる。
図３は、研削リング部分３００を例示する。この工具は、支持リングにボルトで固定することによってなど、取り付けることができるリング部分形状の担体要素３０２と、担体要素３０２に取り付けられた複数の研磨部品３０４とを含む。接合領域３０６は、担体要素３０２と研磨部品３０４との間に存在することができる。
図４は、研磨材含有部分４００を例示する。研磨材含有部分は、ボルトで固定することによってなど、工具に取り付けることができる。研磨材含有部分は、担体要素４０２と、担体要素４０２に取り付けられた複数の研磨部品４０４とを含む。接合領域４０６は、担体要素４０２と研磨部品４０４との間に存在することができる。
図５は、代表的な研磨部品５００を例示する。研磨部品は、金属マトリックス粒子５０２と研磨粒子５０４とを含む。金属マトリックス粒子５０２の間に、研磨部品５００は、連続細孔の網状構造５０６を含む。
図６は、代表的な研磨工具６００を例示する。研磨工具６００は、担体要素６０４に接合された高密度化研磨部品６０２を含む。高密度化研磨部品は、金属マトリックス粒子６０６と研磨粒子６０８とを含む。高密度化研磨部品６０２において、接合金属６１０は、連続細孔の網状構造に浸透し、金属マトリックス粒子６０６間の空間を満たしてしまっている。さらに、工具６００は、接合金属６１４から本質的になる接合ゾーン６１２を含む。接合ゾーン６１２の接合金属６１４は、高密度化研磨部品６０２の接合金属６１０に接続している。
実施例１
例えば、サンプル１、研削リング部分を次の通り製造する。標準研磨部品を担体リング部分にろう付けする。標準研磨部品を、２．１３重量％のダイヤモンド研磨粒子と６７．３重量％の金属組成物との混合物の冷間圧縮によって形成する。ダイヤモンド研磨粒子は、３０米式メッシュ〜５０米式メッシュの粒度を有するＩＳＤ １６００である。金属組成物は、４０．０重量％の炭化タングステン、５９．０重量％のタングステン金属、および１．０重量％のクロムを含む。研磨部品に銅ベースの溶浸材を浸透させる。十分に高密度化した浸透研磨部品を次に、Ｄｅｇｕｓｓａ ４９００ろう付け合金を使用して担体リング部分にろう付けする。サンプル１を図７に示す。
サンプル２を、担体リング部分への研磨部品の浸透接合によって製造する。研磨部品を、２．１３重量％のダイヤモンド研磨粒子と６７．３重量％の金属組成物との混合物の冷間圧縮によって形成する。ダイヤモンド研磨粒子は、３０米式メッシュ〜５０米式メッシュの粒度を有するＩＳＤ １６００である。金属組成物は、４０重量％の炭化タングステン、５９重量％のタングステン金属、および１重量％のクロムを含む。研磨部品、担体リング、および接合金属スラグを炉中に入れて接合金属を溶融させる。銅ベースの接合金属が研磨部品に浸透し、担体リング部分に接合した高密度化研磨部品を形成する。サンプル２を図８に示す。
曲げ破壊強度をサンプル１およびサンプル２について、研磨部品を担体リング部分から取り去るために必要なトルクを測定することによって求める。曲げ破壊試験は、Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｓｔａｎｄａｒｄ（欧州標準）ＥＮ １３２３６：２００１のセクション６．２．４．２、Ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ（超研磨材の安全要件）に明示される試験手順を用いて実施する。サンプル１の曲げ破壊強度は３５０Ｎ／ｍｍ２である。サンプル２の曲げ破壊強度は６００Ｎ／ｍｍ２より大きい。
さらに、元素マッピングをサンプル２に関して行う。接合領域および浸透研磨部品の横断面を研磨し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による元素マッピングにかける。Ｆｅ、Ｃｕ、およびＷの量を各領域にマッピングする。図１３は、接合領域の元素マッピングを示す。研磨部品１３０２を、Ｃｕ接合層１３０６によって担体１３０４に接合する。図１４は、研磨部品の元素マッピングを示す。元素マッピングは、研磨部品内の溶浸材の組成物が約２重量％のＦｅで主としてＣｕであることを実証する。
実施例２
例えば、サンプル３は、研磨部品をスチール担体要素に直接焼結させることによって製造された切断刃である。研磨部品は、１．２５重量％のダイヤモンド研磨粒子、５９．３重量％の銅、６．６重量％のＳｎ、３．６重量％のニッケル、および２９．２重量％の鉄を含む。ダイヤモンド研磨粒子は、４０米式メッシュ〜６０米式メッシュの範囲の粒度を有するＳＤＢ４５＋である。
サンプル４は、研磨部品をスチール担体要素にレーザー溶接することによって製造された切断刃である。研磨部品は、１．２５重量％のダイヤモンド研磨粒子、４４．０重量％の銅、３８．１重量％の鉄、７．９重量％のスズ、６．０重量％の真ちゅう、２．８重量％のダイヤモンドを含まない裏当てを含む。ダイヤモンド研磨粒子は、４０米式メッシュ〜６０米式メッシュの範囲の粒度を有するＳＤＢ４５＋である。ダイヤモンドを含まない裏当ては、４７．９重量％の青銅、１３．０重量％のニッケル、および３９．０重量％の鉄を含む。
サンプル５は、研磨部品をスチール担体要素に浸透溶接することによって製造された切断刃である。研磨部品を、１，２５重量％のダイヤモンド研磨粒子と７４．４重量％の金属組成物との混合物の冷間圧縮によって形成する。ダイヤモンド研磨粒子は、４０米式メッシュ〜６０米式メッシュの範囲の粒度を有するＳＤＢ４５＋である。金属組成物は、８０．０重量％の鉄、７．５重量％のニッケル、および１２．５重量％の青銅を含む。研磨部品、担体リング、および接合金属スラグを炉中に入れて接合金属を溶融させる。銅ベースの接合金属が研磨部品に浸透して、担体ディスクに接合した高密度化研磨部品を形成する。サンプル５を図９に示す。
曲げ破壊強度を、研磨部品をスチール担体要素から取り去るために必要なトルクを測定することによって求める。この試験は、表１に示されるように、サンプル３〜５のそれぞれについて何度も繰り返す。曲げ破壊強度試験は、Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＮ １３２３６：２００１のセクション６．２．４．２、Ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓに明示される試験原理を用いて実施する。
Figure 2011530417
実施例３
サンプル６は、焼結研磨部品を担体リングにろう付けすることによって製造されたコアビットである。研磨部品は、２．４３重量％のダイヤモンド研磨粒子、３２．７重量％の鉄、５．４重量％の銀、２重量％の銅、５７．５重量％のコバルト、およびダイヤモンドを含まない鉄ベースの裏当てを含む。ダイヤモンド研磨粒子は、約４０米式メッシュ〜５０米式メッシュの粒度を有するＩＳＤ １７００である。サンプル６を図１０に示す。
サンプル７は、焼結研磨部品を担体リングにレーザー溶接することによって製造されたコアビットである。研磨部品は、２．４３重量％のダイヤモンド研磨粒子、３２．７重量％の鉄、５．４重量％の銀、２重量％の銅、５７．５重量％のコバルト、およびダイヤモンドを含まない鉄ベースの裏当てを含む。ダイヤモンド研磨粒子は、約４０米式メッシュ〜５０米式メッシュの粒度を有するＩＳＤ １７００である。サンプル７を図１１に示す。
サンプル８は、研磨部品を担体リングに浸透接合することによって製造されたコアビットである。研磨部品を、２．４３重量％のダイヤモンド研磨粒子と６０．７重量％の金属組成物との混合物の冷間圧縮によって形成する。金属組成物は、９９．０重量％のタングステンおよび１．０重量％のクロムを含む。研磨部品、担体リング、および接合金属スラグを炉中に入れて接合金属を溶融させる。接合金属が研磨部品に浸透して、担体ディスクに接合した高密度化研磨部品を形成する。サンプル８を図１２に示す。
曲げ破壊強度を、研磨部品を担体リングから取り去るために必要なトルクを測定することによって求める。この試験は、表２に示されるように、サンプル６〜８のそれぞれについて何度も繰り返す。曲げ破壊強度試験は、Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＮ １３２３６：２００１のセクション６．２．４．２、Ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓに明示される試験原理を用いて実施する。
Figure 2011530417
表３は、曲げ破壊強度対取り付け幅の比較を示す。取り付け幅は、担体要素の厚さである。例えば、コアビットについての取り付け幅は、研磨部品が接合されるスチール管の幅である。浸透接合した担体要素は、レーザー溶接によってのみこれまで達成可能な曲げ破壊強度に類似のまたはそれより大きい曲げ破壊強度を達成する。組成物の幅標準化曲げ破壊強度は、２ｍｍの取り付け厚さを有する工具を形成し、前に記載されたように曲げ破壊強度を測定することによって求めることができる。浸透接合組成物についての幅標準化曲げ破壊強度は、約８００Ｎ／ｍｍ２より大きい。
Figure 2011530417

Claims (77)

  1. 担体要素と；
    金属マトリックスに結合した研磨粒子を含む研磨部品であって、少なくとも１種の金属元素を含有する溶浸材組成物を有する溶浸材で実質上満たされた、連続細孔の網状構造を含む研磨部品と；
    前記研磨部品と前記担体要素との間の接合領域であって、少なくとも１種の金属元素を含有する接合金属組成物を有する接合金属を含み、前記担体要素と異なる領域であり、かつ、前記担体要素から分離した相である接合領域と
    を含む研磨物品であって、
    前記接合金属組成物と前記溶浸材組成物との元素重量パーセント差が２０重量パーセントを超えず、前記元素重量パーセント差は、溶浸材組成物と比べた前記接合金属組成物中に含有される各元素の重量含有率の差の絶対値である研磨物品。
  2. 少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有する担体要素と；
    研磨粒子、金属マトリックス、および浸透した接合金属を含む、研磨部品と；
    前記研磨部品と前記担体要素との間の接合領域と
    を含む研磨物品。
  3. プロセス温度で実質上組成的に安定である、担体要素と；
    連続細孔の網状構造を含み、研磨粒子および金属マトリックスを含む、研磨部品であって、前記金属マトリックスが前記プロセス温度で実質上組成的に安定である、研磨部品と；
    前記プロセス温度で融解する、接合金属と
    を含む研磨物品であって、
    前記接合金属が、前記プロセス温度で、連続細孔の前記網状構造に浸透し、前記研磨部品を前記担体要素に接合する研磨物品。
  4. 担体要素と；
    金属マトリックスに結合した研磨粒子を含む研磨部品であって、前記金属マトリックスが接合金属で実質上満たされた、連続細孔の網状構造を含む、研磨部品と；
    前記研磨部品と前記担体要素との間の接合領域であって、前記接合金属を含み、前記担体要素と異なる領域であり、かつ、前記担体要素から分離した相である接合領域と
    を含む研磨物品。
  5. 研磨粒子および金属マトリックスを含む混合物を圧縮することによって、細孔の連続網状構造を有する研磨部品を形成する工程と；
    接合金属を前記研磨部品と担体要素との間に配置する工程と；
    前記接合金属を液化させるために加熱する工程と；
    高密度化研磨部品を形成するために細孔の前記連続網状構造に前記接合金属の少なくとも一部を流し込む工程と；
    冷却し、それによって前記高密度化研磨部品を前記担体要素に接合する工程と
    を含む、研磨物品の形成方法。
  6. 前記接合金属組成物と前記溶浸材組成物との前記元素重量パーセント差が１５重量パーセントを超えない、請求項１に記載の研磨物品。
  7. 前記接合金属組成物と前記溶浸材組成物との前記元素重量パーセント差が１０重量パーセントを超えない、請求項６に記載の研磨物品。
  8. 前記接合金属組成物と前記溶浸材組成物との前記元素重量パーセント差が５重量パーセントを超えない、請求項７に記載の研磨物品。
  9. 前記接合金属組成物と前記溶浸材組成物との前記元素重量パーセント差が２重量パーセントを超えない、請求項８に記載の研磨物品。
  10. 前記接合領域が接合金属から本質的になる、請求項２に記載の研磨物品。
  11. 前記接合領域が少なくとも約９０重量％の接合金属を含む、請求項２に記載の研磨物品。
  12. 前記プロセス温度が約９００℃〜約１２００℃の範囲にある、請求項３に記載の研磨物品。
  13. 少なくとも約５００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  14. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２である、請求項１３に記載の研磨物品。
  15. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約７００Ｎ／ｍｍ２である、請求項１４に記載の研磨物品。
  16. 少なくとも約５００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する研削リング部分である、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  17. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２である、請求項１６に記載の研磨物品。
  18. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約７００Ｎ／ｍｍ２である、請求項１７に記載の研磨物品。
  19. 少なくとも約７５０Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有するコアビットである、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  20. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約７７５Ｎ／ｍｍ２である、請求項１９に記載の研磨物品。
  21. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ２である、請求項２０に記載の研磨物品。
  22. 少なくとも約１４００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する切断刃である、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  23. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約１６００Ｎ／ｍｍ２である、請求項２２に記載の研磨物品。
  24. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約１８００Ｎ／ｍｍ２である、請求項２３に記載の研磨物品。
  25. 前記担体要素が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有する、請求項１、３、４、６、７、８、９、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  26. 前記接合金属組成物が、銅、銅−スズ青銅、銅−スズ−亜鉛合金、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  27. 前記銅−スズ青銅が約２０％以下のスズ含量を含む、請求項２６に記載の研磨物品。
  28. 前記銅−スズ−亜鉛合金が約２０％以下のスズ含量および約１０％以下の亜鉛含量を含む、請求項２６に記載の研磨物品。
  29. 前記接合金属組成物が、チタン、銀、マンガン、リン、アルミニウム、マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項２６に記載の研磨物品。
  30. 前記研磨粒子が超研磨粒子を含む、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  31. 前記超研磨粒子がダイヤモンドを含む、請求項３０に記載の研磨物品。
  32. 前記研磨粒子が、前記研磨部品の約２体積％〜５０体積％の量で存在する、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  33. 前記金属マトリックスが、鉄、鉄合金、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  34. 前記金属マトリックスが希土類元素をさらに含む、請求項３３に記載の研磨物品。
  35. 前記希土類元素が約３重量％以下の量で存在する、請求項３４に記載の研磨物品。
  36. 前記金属マトリックスが耐摩耗性成分をさらに含む、請求項３３に記載の研磨物品。
  37. 前記耐摩耗性成分が炭化タングステンを含む、請求項３６に記載の研磨物品。
  38. 前記研磨部品が約２５％〜５０％の気孔率を有する、請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  39. 前記溶浸材が、連続細孔の前記網状構造を実質上満たして少なくとも約９６％稠密の密度を有する高密度化研磨部品を形成する、請求項１、６、７、８、または９のいずれか一項に記載の研磨物品。
  40. 前記高密度化研磨部品内の溶浸材の量が、高密度化研磨部品の約２０重量％〜約４５重量％である、請求項３９に記載の研磨物品。
  41. 前記接合金属が、連続細孔の前記網状構造を実質上満たして少なくとも約９６％稠密の密度を有する高密度化研磨部品を形成する、請求項３、４、または１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
  42. 前記高密度化研磨部品内の接合金属の量が、前記高密度化研磨部品の約２０重量％〜約４５重量％である、請求項３９に記載の研磨物品。
  43. 前記研磨物品が少なくとも約５００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する、請求項５に記載の方法。
  44. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２である、請求項４３に記載の方法。
  45. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約７００Ｎ／ｍｍ２である、請求項４４に記載の方法。
  46. 前記研磨物品が、少なくとも約５００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する研削リング部分である、請求項５に記載の方法。
  47. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２である、請求項４６に記載の方法。
  48. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約７００Ｎ／ｍｍ２である、請求項４７に記載の方法。
  49. 前記研磨物品が、少なくとも約７５０Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有するコアビットである、請求項５に記載の方法。
  50. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約７７５Ｎ／ｍｍ２である、請求項４９に記載の方法。
  51. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ２である、請求項５０に記載の方法。
  52. 前記研磨物品が、少なくとも約１４００Ｎ／ｍｍ２の曲げ破壊強度を有する切断刃である、請求項５に記載の方法。
  53. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約１６００Ｎ／ｍｍ２である、請求項５２に記載の方法。
  54. 前記曲げ破壊強度が少なくとも約１８００Ｎ／ｍｍ２である、請求項５３に記載の方法。
  55. 前記担体要素が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有する、請求項５に記載の方法
  56. 前記接合金属が、銅、銅−スズ青銅、銅−スズ−亜鉛合金、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項５に記載の方法。
  57. 前記銅−スズ青銅が約２０％以下のスズ含量を含む、請求項５６に記載の方法。
  58. 前記銅−スズ−亜鉛合金が約２０％以下のスズ含量および約１０％以下の亜鉛含量を含む、請求項５６に記載の方法。
  59. 前記接合金属が、チタン、銀、マンガン、リン、アルミニウム、マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
  60. 前記金属マトリックスが、鉄、鉄合金、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項５に記載の方法。
  61. 前記金属マトリックスが希土類元素をさらに含む、請求項６０に記載の方法。
  62. 前記希土類元素が約３重量％以下の量で存在する、請求項６１に記載の方法。
  63. 前記金属マトリックスが耐摩耗性成分をさらに含む、請求項６０に記載の方法。
  64. 前記耐摩耗性成分が炭化タングステンを含む、請求項６３に記載の方法。
  65. 前記研磨粒子が研磨部品の約２体積％〜５０体積％の量で存在する、請求項５に記載の方法。
  66. 前記研磨部品が約２５％〜約５０％の気孔率を有する、請求項５に記載の方法。
  67. 前記高密度化研磨部品が約９６％以上稠密である、請求項５に記載の方法。
  68. 前記高密度化研磨部品内の接合金属の量が約２０重量％〜約４５重量％である、請求項５に記載の方法。
  69. 前記形成工程が前記混合物を冷間圧縮することを含む、請求項５に記載の方法。
  70. 冷間圧縮工程が約５０ｋＮ／ｃｍ２（５００ＭＰａ）〜２５０ｋＮ／ｃｍ２（２５００ＭＰａ）の圧力で実施される、請求項６９に記載の方法。
  71. 前記流し込む工程が毛管作用によって起こる、請求項５に記載の方法。
  72. 加熱工程がプロセス温度に加熱することを含み、前記プロセス温度が前記接合金属の融点より上、前記担体要素の融点より下、そして多孔性研磨部品の融点より下である、請求項５に記載の方法。
  73. 前記プロセス温度が約９００℃〜約１２００℃の範囲にある、請求項７２に記載の方法。
  74. 前記加熱工程が還元雰囲気中で実施される、請求項７２に記載の方法。
  75. 前記加熱工程が炉中で実施される、請求項７２に記載の方法。
  76. 前記炉がトンネル炉である、請求項７５に記載の方法。
  77. 前記炉がバッチ炉である、請求項７５に記載の方法。
JP2011522075A 2008-08-08 2009-05-08 研磨部品を担体に接合するための連続金属相を有する研磨工具 Active JP5567566B2 (ja)

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