KR0179982B1 - 내화금속 산화물 코팅 연마제와 이 연마제로 제조된 연삭 숫돌차 - Google Patents

내화금속 산화물 코팅 연마제와 이 연마제로 제조된 연삭 숫돌차 Download PDF

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Abstract

본 발명은 약 20 중량%이상, 양호하게는 25 내지 50 중량%인 연마 입자의 내화 금속 산화물 코팅, 내화 금속 산화물 코팅에 대한 비금속 선구물질, 또는 기본 금속 코팅을 갖는 연마 입자에 관한 것이다. 또한, 코팅된 연마 입자를 이용한 연삭 숫돌차 특히, 유리질 결합 연삭 숫돌차와 같은 연마 공구에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
내화금속 산화물 코팅 연마제와 이 연마제로 제조된 연삭 숫돌차
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 연마 입자, 특히 내화 금속 산화물로 코팅된 입방체 붕소질화물(CBN : cubic boron nitride)에 관한 것이다. 또한 본 발명은 연마제로서 내화 금속 산화물로 코팅된 CBN 입자를 포함하는 유리질 결합 연삭 숫돌차(grinding wheel)에 관한 것이다.
다이아몬드 및 입방체 붕소 질화물 같은 연마 입자에 대한 금속 코팅의 적응이 다양한 연마 공구의 매트릭스에의 입자보유를 향상시킨다는 사실은 공지되어 있다. 예를 들어, 미국특허등록 제 31, 883호에는 30 내지 80 중량%의 니켈로 코팅된 CBN 입자가 향상된 수지 결합 연삭 숫돌차의 제조에 사용되는 것이 기술되어 있다.
미국 특허 제 4,011,064호에는, 금속으로부터 표면 코팅부와 CBN 입자 중간의 금속 붕화물 및 질화물의 혼합물 까지의 합성물 코팅 범위로 구성되는 거친 박편의 과립상 커버링을 갖는 CBN 입자가 기술되어 있다. 여기에서 참조될 수 있는 것은 금속 산화물로 코팅된 CBN이 감소된 대기 상태에서 코팅부를 질화물 및 붕화물로 전환시키도록 연소되어야 한다는 사실이다.
미국 특허 제 4,399,167호에는, 금속 분말과 다이아몬드나 CBN 입자로 구성된 혼합물로 형성하도록 연마 입자와 접촉하여 125 내지 37μ의 금속 분말 덩어리를 제공하고 금속을 입자에 응착시키도록 금속의 용융점 아래의 온도에서 비산화 상태로 혼합물을 열처리하여 금속 코팅 연마 입자를 재피복 형성시키도록 느슨하게 소결된 덩어리를 분쇄시킴으로써, 다이아몬드와 입방체 붕소 질화물을 금속 코팅시키는 방법이 기술되어 있다.
미국 특허 제 3,528,785호에는, 다이아몬드 100부(part)당 긍속 25 내지 275 부로 코팅된 다이아몬드 그릿(grit)물질을 갖는 수지 결합 연삭 숫돌차가 기술되어 있고, 상기 감속은 Ni, Co, Ag, Cu, Mo, Ti, Al, Mn, Cd, Zn, Cr, V, Au, W, Fe, Zn 및 Pt그룹 금속중에서 선택된다.
금속 매트릭스에서 금속 결합이나 톱니형의 다이아몬드의 보유가 이중층의 코팅부를 갖는 입자의 제공에 의해 향상되고, 입자에 인접한 내부층이 티타늄 같은 카바이드 형태이고, 외부층이 예를 들어 미국 특허 제 3,826,630호 및 제 3,929,432호에 기술된 것과 같은 카바이드 형태로 합금된 금속인 것은 공지되어 있다.
그러나, 보다 향상된 코팅 연마 입자와 이것으로 제조된 연삭 숫돌차를 위한 필요성이 상존되어 왔다. 더우기, 수지 결합 연삭 숫돌차와 금속 결합 연삭 숫돌차에서의 많은 개발에도 불구하고, 유리질 결합 연깍 숫돌차 특히, 연마제로서 입방체 붕소 질화물을 포함하는 유리질 결합 연삭 숫돌차에 대한 진전이 없었다.
유리질 결합 연삭 숫돌차를 포함하는 CBN은 정밀 및 형태 연삭에서 강(steel)의 높은 연삭유을 위해 매우 효과적이다. 그러나, 결합 매트릭스의 제공에 사용되는 종래의 유리 프릿은 CBN을 부식시키고, 블로우팅(bloating)과 슬럼핑(slumping)을 초래한다. 종래의 유리질 결합 연삭 숫돌차의 쇼트커밍(short coming)이 CBN 연마 입자를 내화 금속 산화물 코팅으로 코팅하는 것에 의해 해결될 수 있다는 것이 현재까지 공지된 사실이다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 내화 금속 산화물로 코팅된 연마 입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연삭 숫돌차의 유리질 결합 매트릭스에 의한 부식에 대해 향상된 저항성을 갖는 코팅된 CBN 입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 향상된 유리질 결합 연삭 숫돌차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따라서, 내화 금속 산화물 코팅을 갖는 연마 입자가 제공된다. 내화 금속 산화물 코팅부는 양호하게는 약 20중량%이상, 보다 양호하게는 약 25 내지 50중량 %의 연마 입자를 포함한다.
내화 금속 산화물 코팅은 연마 입자에 적용되거나, 예를 들어 금속염 같은 다른 선구물질(precursor) 코팅이나 기본 금속의 변경에 의해 본래 위치에 형성된다.
티타늄 디옥사이드가 가장 양호한 코팅 물질이지만, 알칼리 유리에서 느리게 용해되는 지르코니아, 알루미나, 실리카 또는 다른 물질이 본 발명에 사용될 수 있다.
본 발명의 하기 설명에 입방체 붕소 질화물 입자와 유리질 결합 연삭 숫돌차가 참조되는 동안, 본 발명은 다른 다이아몬드 및 실리콘 카바이드와 다른 결합 매트릭스를 포함하지만, 그것에 제한되지 않는 다른 연마 입자에 적용 가능한 것으로 이해된다.
[발명의 설명]
알칼리 금속 산화물은 유리의 작업 온도를 낮추게 하여, 통상적으로 실리카로 가능한 최초 유리 성형 성분 보다 낮은 온도에서의 처리를 촉진시키기 때문에, 대부분의 유리질 결합 시스템에서 주성분으로 사용된다. 상기 산화물은 통상적으로 물이 존재하는 경우 가스, 최초 니트로겐 및 약간의 암모니아의 많은 양의 수반 전개를 갖는 알칼리 붕산염을 형성하도록 유동 부식 CBN에 사용된다. 상기 현상은 양호한 연각 숫돌차 형태의 블로우팅과 슬럼핑을 유발시킨다.
따라서, 본 발명은 유리질 결합 연삭 숫돌차의 결합 매트릭스에 의해 상기 CBN 입자상의 부식을 제거하는데 효과적인 일정 양의 내화 금속 산화물이 용착된 입방체 붕소 질화물 같은 연마 입자를 제공한다.
CBN에 부가하여, 본 발명은 보호 다이아몬드와, 실리콘 카바이드 같은 종래의 연마 입자는 물론 충전물 등에 적용된다. 본 발명의 실행에 사용되는 입자의 크기는 특별히 제한하지 않고 어떠한 실험 없이 본 기술 분야의 기술자에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
양호한 내화 금속 산화물 코팅 물질에는 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3)와 실리카(SiO2)가 있지만, 연마 입자상의 부식을 제거하는데 효과적인 다른 내화 금속 산화물 코팅 물질도 본 발명의 범위내에 포함된다. 상술된 바와 같이, 코팅 물질을 선택하는 가장 중요한 판단 기준은 알칼리 유리에서 서서히 용해되는지의 여부이다.
내화 금속 산화물에 의해 제공된 보호물은 유리질 결합 연삭 숫돌차의 총 연소 사이클동안 유지될 필요는 없다. 오히려, 화학적 부식이 발생될 수 있는 고온의 제조 사이클동안만 유지되면 된다.
많은 방법으로 예를 들어, 금속 산화물을 입자에 직접 적용시키고 또는 연삭 숫돌차의 제조시 기본 금속이나 다른 금속 산화물 선구물질을 전환시킴으로써 보호 내화 금속 산화물 코팅을 제공하는 것이 가능하다.
금속 산화물이 입자에 용착된다면, 공지된 방법 예를 들어 산화에 의한 선구 물질 금속의 증발에 사용될 수 있다. 양호하게는 상기 내화 금속 산화물 코팅은 평균적으로 약 20 중량%, 이상, 보다 양호하게는 약 25 내지 50 중량9%의 연마 입자를 포함한다.
윈래 위치에 형성된 코팅은 유기금속 화합물(organometallic compound)인 에틸 티타닐 옥살레이트, 에틸 규산염 등과 같은 비금속 선구물질의 전환에 의한 본 발명의 실행을 위한 가장 실질적인 수단이다. 이러한 접근 방법이 채택되면, 코팅은 산화 상태에서 연삭 숫돌차의 연소동안 금속 산화물로 전환될 것이다.
비금속 선구물질 코팅은 필요한 선구물질의 미세한 분말로 점착성의 젖은 표면을 갖는 혼합 연마 입자 같은 편리한 수단으로 적용될 수 있다. 물론, 이러한 비금속 선구물질 코팅은 금속 산화물로 전환될 때 양호하게는 평균적으로 약 20 중량%이상, 보다 양호하게는 25 내지 50 중량%의 연마 입자를 포함한다.
현재로서, 본 발명을 실행하기 위한 가장 양호한 방식으로, 유리질 결합 연삭 숫돌차의 연소동안 금속, 양호하게는 티타늄 금속을 원소 형태로 적용시키고, 그것을 금속 산화물로 전환시키는 것을 고려하였다. 티타늄 금속은 연소 사이클동안 신속히 산화되지만 제위치에 존재하므로 상당히 양호하다. 더우기, 티타늄 산화물 코팅의 팽창 계수는 금속의 팽창 계수보다 CBN의 팽창 계수와 유사하다. 그래서, 티타늄은 부피가 금속보다 약 79정도 크며, 열팽창에 의한 총 성장이 적당한 점착성의 산화물 코팅을 형성한다.
산화물을 갖는 니켈과 크롬을 위한 밀도차는 각각 31%와 36%이다. 따라서, 상기 코팅은 산화가 발생될 경우, 다공성이 되어 CBN 입자 기판에 적합하지 않을 것이다. 산화가 발생되지 않고 금속 형태가 보존된다면, 코팅은 CBN과 금속사이의 열팽찰 계수의 차가 크기 때문에 가열로 벗겨지게 된다.
기본 금속 코팅은 그 내용이 본 발명에 참조로 포함된 미국 특허 제 2,745.888호에 기술된 바와 같이 염욕을 경유하거나 미국 특허 제 3,351,543호에 기술된 바와같이 음극 스퍼터링 같은 종래 기술로 적용될 수 있다. 금속 코팅은 금속 산화물로 전환되었을 때 평균적으로 양호하게는 약 20 중량%,이상, 보다 양호하게는 약 25 중량% 내지 50 중량%,의 연마 입자를 포함한다.
내화 금속 코팅 입자가 특별히 유리진 결합 연삭 숫돌차에 사용하기 위해 고려되었지만, 내화 금속 산화물 코팅 입자의 사용에 따른 잇점이 금속 결합 및 수지 결합 연각 숫돌차에 사용된 것과 같은 다른 결합 매트릭스에서도 기대된다. 유리질. 금속 및 수지 결합 연각 숫돌차의 제조가 본 기술분야에 공지되어 있고 참조 문헌에 광범위하게 기술되어 있으므로, 여기에서 더 이상 언급하지 않겠다.
[예]
하기 예는 어떤 제한 없이 본 발명 및 그 실험을 설명하기 위해 제공되었으며, 모든 성분은다른 지시가 없는 한 중량을 기초로 한다.
[예 1]
230/270 메쉬 입방체 붕소 질화물의 10g은 55% KCl, 40% NaCl 및 5% CaCl2를 포함하는 염 혼합물의 50g과 혼합된다. -400메쉬 티타늄 금속 분말의 5g이 혼합물에 부가되고, 3시간동안 83O℃의 아르곤 하에서 자기 도가니에서 용해된다. 냉각 및 응고후 염 및 초과된 티타늄은 물로 여과시키고 기우려 따르므로써 세척된다. 잔유 티타윰 분말은 CBN 입자의 직경보다 작은 구멍을 갖는 체(sieve)로 세척하므로써 CBN의 표면으로부터 제거된다.
상기 처리 방법은 230/270메쉬 CBN에 25 내지 30 중량%인 티타늄 금속의 코팅을 만들어낸다. 상기 목적은 약 2μ의 두께를 갖는 티타늄 물질의 선구 물질 코팅을 용착시키기 위한 것으로 이해되어야 한다. 이것은 다른 중량의 금속이 표면의 거칠기와 CBN의 입자 크기에 의존하여 상기 코팅을 성취하기 위해 필요하다는 것을 의미한다.
부가로, 티타늄의 용착율 및 용착양은 사용된 티타늄 분말의 입자 크기, 배드(bath) 온도 및 조성(composition)에 의존하는 것이 적절해야 한다. 그래서, 상기 예는 단지 양호한 두께를 얻기 위해 요구되는 조건을 기술하였다. 처리 장치 및 물질의 주어진 세트 때문에, 시험은 연마 연식 숫돌차 제조 공정에 의한 소결 상태에 있는 코팅의 두께를 얻도록 진행되야 한다.
[예 2]
이것은 티타늄이 유사한 크기의 지르코늄 분말로 대체되는 것을 제외하고는 예 1 의 반복이다. 지르코늄의 밀도가 티타늄 밀도의 약 1.4배이므로, 용착된 금속의 중량은 표면 거칠기와 주어진 크기의 입자상의 동일 두께를 성취하도록 유사한 비율로 증가되야 한다.
[예 3]
입방체 붕소 질화물 입자는 플래스틱부에 알루미늄 장식을 증발시키도록 사용된 것과 같은 상업용 금속 증발기에서 진동 트레이(tray)상에 세트된다. 알루미늄은 사용된 유니트를 위해 선택된 특정 절차에 따라 증발된다. 진동된 입자는 텀블되어, 모든 표면이 응축 알루미늄 증기에 노출된다.
금속 선구물질로부터 파생된 알루미늄 산화물이 상기 예 1에서 보호된 티타늄 산화들의 밀도에 0.8배이므로, 주어진 두께의 20% 이하의 중량이 필요하게 된다. 그래서 증발기는 충분한 선구물질이 산화물의 정확한 두께를 생성하도록 진행될때까지 가동된다.
알루미늄 코팅 CBN이 프릿과 혼합되고 숫돌차에 형성될때, 금속을 산화시키기 위해 10 내지 20분동안 알루미늄의 용융점(658℃)의 아래에서 가열되야 된다. 상술된 티타늄과 지르코늄의 경우에, 산화는 실질적으로 가열과 동시에 일어난다.
[예 4]
입방체 붕소 질화물은 테트라이소프로필 티탄산영으로 늪러리(slurry)되고, 금속 유기체는 먼저 100℃에서 건조된 후, 금속 산화물 코팅을 CBN상에 형성하도록 대기에서 가열됨으로써 분해된다. 산화물의 분해는 통과된 입자가 일시적으로 약 600℃에 도달되도록 건조된 입자를 고온 타워 아래로 떨어뜨리는 것에 의해 편리하게 실행된다. 그래서, TiO2의 무정형층으로 코팅된 CBN은 프릿으로 혼합되고 숫돌차에 형성된다. 그후, 작동을 위한 규정된 제조 공정에 따라서 소결된다.

Claims (15)

  1. 연마 입자의 표면을 덮는 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 알루미나로부터 선택되는 내화 금속 산화물을 갖고 입방체 붕소 질화물, 다이아몬드 및 그 혼합물로부터 선택되는 연마 입자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내화 금속 산화물은 평균 20 중량% 이상의 연마 입자를 포함하는 연마입자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내화 금속 산화물은 평균 25 내지 50 중량%의 연마 입자를 포함하는 연마 입자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내화 금속 산화물은 티타니아인 연마 입자.
  5. 티타니아, 지르코니아, 알루미나 및 실리카로부터 선택된 내화 금속 산화물에 대한 선구물질로서, 연마 입자의 표면을 덮는 유기 금속 화합물을 갖고, 입방체 붕소 질화물, 다이아몬드 및 그 혼합물로부터 선택되는 연마 입자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물의 금속 성분은 티타늄인 연마 입자.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 금속 산화물로 전환될 때 평균 20 중량%, 이상의 연마 입자를 포함하기에 충분한 양으로 존재하는 연마 입자.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 금속 산화물로 전환될 때 평균 25 내지 50 중량%의 연마 입자를 포함하기에 충분한 양으로 존재하는 연마 입자.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 유기금속 화합물은 에틸 티타닐 옥살레이트인 연마 입자.
  10. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 연마 입자는 입방체 붕소 질화물인 연마 입자.
  11. 결합 매트릭스에 매립된, 제1항에 따른 연마 입자를 포함하는 공구.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공구는 연삭 숫돌차인 공구.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 결합 매트릭스는 유리질 결합 매트릭스인 공구.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 연마 입자는 입방체 붕소 질화물인 공구.
  15. 제5항에 따른 연마 입자와, 기본 금속이 금속 산화물로 전환될 때 평균 20 중량%이상, 양호하게는 25 내지 50 중량%의 연마 입자를 포함하기에 충분한 양으로 존재하는, 연마 입자의 표면을 덮는 티타늄, 지르코늄, 알루미늄 또는 실리콘의 기본 금속 코팅을 갖고, 입방체 붕소 질화물, 다이아몬드 및 그 혼합물로부터 선택된 연마 입자와, 유리질 결합 프릿 매트릭스에서의 그 혼합물을 혼합하는 혼합단계와, 상기 혼합물을 적절한 몰드에 위치시켜서 성형된 혼합물을 압축시키는 위치 설정 및 압축 단계와, 상기 혼합 단계의 코팅된 연마 입자를 내화 금속 산화물 코팅 연마 입자로 전환시키기 위해 유효한 시간 동안 및 온도로, 성형된 혼합물을 산화 상태에서 연소시키는 연소 단계를 포함하는 내화 금속 산화물 코팅 공구 제조 방법.
KR1019900007690A 1989-05-30 1990-05-28 내화금속 산화물 코팅 연마제와 이 연마제로 제조된 연삭 숫돌차 KR0179982B1 (ko)

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