KR20030080294A - Preparation of diamond tool improved durability using nanometal powder coated grit - Google Patents
Preparation of diamond tool improved durability using nanometal powder coated grit Download PDFInfo
- Publication number
- KR20030080294A KR20030080294A KR1020020018851A KR20020018851A KR20030080294A KR 20030080294 A KR20030080294 A KR 20030080294A KR 1020020018851 A KR1020020018851 A KR 1020020018851A KR 20020018851 A KR20020018851 A KR 20020018851A KR 20030080294 A KR20030080294 A KR 20030080294A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal
- diamond
- abrasive grains
- diamond abrasive
- coating
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P5/00—Setting gems or the like on metal parts, e.g. diamonds on tools
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/28—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 절삭성 및 내구성이 증진된 다이아몬드 공구의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다이아몬드 지립/금속접착층/샹크 모재로 구성된 다이아몬드 공구를 제작함에 있어 다이아몬드 지립 표면을 열 또는 화학물질로 개질화한 후에 나노크기의 전이금속을 화학적 습식방법으로 표면 코팅하는 사용 전처리 과정을 특이성 있게 구성하여 융착식 메탈본딩 과정에서는 지립과 샹크 모재의 결합력을 증진시킴으로써 다이아몬드 지립의 보류특성을 증대시켜 다이아몬드 공구의 내구성 및 절삭성을 증진시키는 등의 진보된 효과를 얻게 되는 다이아몬드 공구의 개선된 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a diamond tool with improved cutting and durability, and more particularly, in the manufacture of a diamond tool consisting of a diamond abrasive grain / metal bonding layer / shank base material, the diamond abrasive surface is modified with heat or chemicals. Later, the pre-treatment process of surface-coating nano-sized transition metals by chemical wet method was specially constructed.In the fusion-bonded metal bonding process, the retention characteristics of diamond abrasive grains are increased by increasing the bonding strength of abrasive grains and shank substrates. An improved manufacturing method of a diamond tool is obtained, which achieves an advanced effect such as improving machinability.
다이아몬드 지립은 쏘잉(sawing), 드릴링, 드레싱, 연마(gringing, lapping or polishing) 등의 연마제로서 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 다이아몬드 지립을 샹크에 고정한 다이아몬드 공구는 건설, 석재가공 분야뿐만 아니라, 자동차, 전자 및 반도체, 기계, 그리고 광학분야 등의 하이테크 산업용 고정밀 부품가공에 필수적으로 사용되고 있다.Diamond abrasive grains are widely used as abrasives for sawing, drilling, dressing, grinding, lapping or polishing, and the like. In addition, diamond tools, which have fixed diamond abrasive grains on shanks, are essential for high-tech parts processing in high-tech industries such as automotive, electronics and semiconductors, machinery, and optics as well as construction and stone processing.
다이아몬드 공구를 제작하는 방법 중 다이아몬드 지립을 샹크에 고정시키는 재료로 금속을 사용는 방법에서는, 금속의 사용 양태 및 결착 방법 등을 달리하는 기술이 다수 공개되어 있다. 예컨대 금속분말과 다이아몬드 지립을 혼련한 후에 가압하는 가압성형법, 금속모재 샹크에 다이아몬드 지립을 패킹하고 금속이온을 전착시켜 제조하는 메탈 전착법, 그리고 전착법과 유사한 방법으로서 금속모재와 다이아몬드 지립을 결합시킬 금속분말을 페이스트로 제조하고 이를 간단히 도포 후 지립을 분산시켜 소결하는 융착식 메탈본딩법 등이 있다. 그러나, 가압 성형법은 다층의 지립층을 제조하는데는 잇점이 있으나 얇은 혹은 단층의 지립층을 제조하는 데는 문제가 있고, 메탈 전착법은 강고한 전착을 위한 전착시간이 길어져 대량생산의 어려움이 있으며, 융착식 메탈본딩법은 지립의 결착력이 다소 문제가 있는 것으로 지적되어 왔다.In the method of using a metal as a material for fixing a diamond abrasive grain to a shank among the method of manufacturing a diamond tool, many techniques which differ in the use aspect of a metal, a binding method, etc. are disclosed. For example, a press molding method for kneading a metal powder and diamond abrasive grains and then pressurizing it; There is a fusion metal bonding method in which the powder is prepared as a paste, and then simply coated, and then dispersed and sintered. However, the pressure molding method has an advantage in producing a multi-layer abrasive grain layer, but there is a problem in producing a thin or single-layer abrasive grain layer, and the metal electrodeposition method has difficulty in mass production due to a long electrodeposition time for firm electrodeposition. The fusion metal bonding method has been pointed out that the binding strength of the abrasive is somewhat problematic.
한편, 다이아몬드 절삭공구의 고장 및 성능저하 원인이 주로 절삭 가공시 지립이 결합력을 이기지 못하여 생기는 지립의 이탈, 즉 보류의 한계에 의한 경우가 대부분이다. 결국, 다이아몬드 공구의 내구성과 절삭능력을 향상시키기 위해서는 지립의 보류특성을 증진시킬 필요가 있으며, 이는 주로 지립, 모재, 그리고 결합제 들간의 이종간 계면접합력에 의해 결정된다. 이에, 미합중국특허 제6,319,608호 등에서는 쏘(saw) 블레이드에서 다이아몬드 지립의 보류특성을 향상시키고자 약 5 ∼ 800 ㎛ 크기의 다이아몬드 지립에 약 10 중량% 정도로 타이타늄-크롬 합금계를 CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 코팅한 후 이를 약 850 ℃ 근방에서 2 ∼ 3 시간 충분히 열처리하여 합금이 다이아몬드 표면에 견고히 부착되도록 하였다. 그러나 이러한 CVD 코팅장치를 사용하여 다이아몬드 지립표면에 코팅을 하는 것은 생산능력의 저하로 인하여 생산성에 제약을 받고, 또한 고비용의 CVD 코팅장비 이용으로 생산단가가 상승되는 문제가 있다.On the other hand, failure of diamond cutting tools and deterioration of performance are mainly due to the separation of abrasive grains, that is, the limit of retention caused by the abrasive grains failing to overcome the bonding force during cutting. As a result, in order to improve the durability and cutting ability of diamond tools, it is necessary to improve the retention characteristics of the abrasive grains, which are mainly determined by the heterogeneous interfacial bonding force between the abrasive grains, the base material, and the binders. Accordingly, in US Pat. No. 6,319,608, the chemical vapor deposition of a titanium-chromium alloy based on about 10% by weight of diamond abrasive grains having a size of about 5 to 800 μm to improve retention characteristics of diamond abrasive grains in saw blades is performed. After coating by a method of), it was sufficiently heat treated at about 850 ° C. for 2-3 hours so that the alloy was firmly attached to the diamond surface. However, coating a diamond abrasive grain surface using such a CVD coating apparatus is limited in productivity due to a decrease in production capacity, and there is a problem in that the production cost is increased due to the use of expensive CVD coating equipment.
본 발명의 발명자들은 화학적 습식법에 의한 나노입자 합성 및 응용에 대하여 다년간 연구하였고, 그 결과 다이아몬드 표면을 적절 조건으로 열처리 및 산(알카리)처리하는 전처리과정 후에 메탈 나노입자를 다이아몬드 지립 표면에 나노 입자로 표면코팅하여 다이아몬드 공구 제조시 지립의 보류도가 매우 증진됨에 의해 공구의 절삭성과 내구성을 증진시킬 수 있다는 것을 알게됨으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The inventors of the present invention have studied the synthesis and application of nanoparticles by the chemical wet method for many years, and as a result, after the pretreatment process of heat treatment and acid (alkali) treatment of the diamond surface under appropriate conditions, the metal nanoparticles are converted into The present invention has been completed by knowing that the retention of abrasive grains can be greatly improved by surface coating, thereby improving the cutting property and durability of the tool.
따라서, 본 발명은 다이아몬드 지립의 표면개질 및 화학적 습식법에 의한 메탈코팅하는 사용 전처리 과정을 추가적으로 수행함으로써 절삭성과 내구성이 증진된 다이아몬드 공구를 제작하는 개선된 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an improved manufacturing method for producing a diamond tool having improved cutting and durability by additionally performing a pre-treatment process of metal modification by surface modification and chemical wet method of diamond abrasive grains.
도 1은 전처리하지 않은 다이아몬드 지립 자체에 대한 전자현미경 사진(×1000)이고,1 is an electron micrograph (× 1000) of the diamond abrasive grains itself without pretreatment,
도 2는 습식방법으로 나노 니켈분말을 10 중량% 처리한 다이아몬드 지립 표면에 대한 전자현미경 사진(×1000, ×5000)이다.2 is an electron micrograph (x1000, x5000) of a diamond abrasive grain surface treated with 10% by weight of nano nickel powder by a wet method.
도 3은 Ni 나노분말을 코팅한 다이아몬드 지립과 코팅하지 않은 지립의 XRD 패턴 비교한 그래프이다.3 is a graph comparing XRD patterns of diamond abrasive grains coated with Ni nanopowders and uncoated abrasive grains.
본 발명은 다이아몬드 지립/금속접착층/샹크 모재로 구성된 다이아몬드 공구를 제조하는 방법에 있어서,The present invention is a method for manufacturing a diamond tool composed of a diamond abrasive grain / metal bonding layer / shank base material,
1) 상기 다이아몬드 지립을 공기 기류하에 450 ∼ 550 ℃ 온도로 열처리하고, 산 용액 또는 알카리 용액에 담지하여 화학적 처리하는 표면 개질화 과정;1) a surface modification process in which the diamond abrasive grains are heat-treated at 450 to 550 ° C. under an air stream, and supported by an acid solution or an alkali solution and chemically treated;
2) 전이금속과 NaBH4, 포름알데히드, 하이드라진 및 NaPH2O2ㆍH2O 중에서 선택된 환원제가 포함된 금속코팅재를 사용하여, 상기 표면 개질된 다이아몬드 지립 표면을 습식 코팅하는 과정; 및2) wet coating the surface-modified diamond abrasive grain surface by using a metal coating material containing a transition metal and a reducing agent selected from NaBH 4 , formaldehyde, hydrazine, and NaPH 2 O 2 ㆍ H 2 O; And
3) 상기 샹크 모재 상부에 니켈 페이스트를 도포하여 금속접착층을 형성하고, 금속접착층 상부에 상기 나노금속 코팅된 다이아몬드 지립을 단층으로 분산시키고 열융착하는 과정이 포함되는 다이아몬드 공구의 제조방법을 그 특징으로 한다.3) a method of manufacturing a diamond tool, which includes a process of forming a metal adhesive layer by applying a nickel paste on an upper portion of the shank base material, dispersing the nanometal-coated diamond abrasive grain as a single layer on the metal adhesive layer, and heat-sealing the same. do.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.
본 발명은 다이아몬드 지립/금속접착층/샹크 모재로 구성된 다이아몬드 공구의 절삭성과 내구성을 증진시키는 방법에 관한 발명으로서, 다이아몬드 지립 표면을 열처리 및 화학적(산 또는 알카리)처리하여 지립표면에 친수기를 다량 도입한 후에, 전이금속과 환원제가 포함된 금속코팅재로 화학적 습식방법으로 표면 코팅하여 다이아몬드 지립과 금속 접착층과의 결합력 증진과 결합면적을 증대시키는 다이아몬드 지립의 사용 전처리 과정을 특이성 있게 구성한 다이아몬드 공구의 개선된 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of improving the cutting property and durability of a diamond tool composed of diamond abrasive grains / metal bonding layer / shank base material, and a large amount of hydrophilic groups are introduced to the abrasive grain surface by heat treatment and chemical (acid or alkali) treatment. Subsequently, an improved production of diamond tools consisting of a metal abrasive containing a transition metal and a reducing agent, which was surface-coated by a chemical wet method, was specifically used for pretreatment of diamond abrasive grains to increase the bonding area and increase the bonding area between the diamond abrasive grain and the metal adhesive layer. It is about a method.
본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 다이아몬드 공구는 금속접착층에 다이아몬드 지립이 견고하게 융착되어 공구의 내구성이 약 20% 이상 증진되고, 공구의 절삭능력이 약 10% 이상 증진시키는 효과를 얻는다.The diamond tool manufactured by the manufacturing method according to the present invention has the effect that the diamond abrasive grains are firmly fused to the metal bonding layer, thereby increasing the durability of the tool by about 20% or more, and increasing the cutting ability of the tool by about 10% or more.
본 발명에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법을 그 과정별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a diamond tool according to the present invention will be described in detail for each process.
본 발명이 사용하는 다이아몬드 지립은 다이아몬드 공구 제작분야에서 일반적으로 적용되고 있는 중/저급의 물질이고, 이러한 다이아몬드 지립은 #80(입도; 150 ∼ 190 ㎛) 등으로 상품화되어 있다.The diamond abrasive grains used in the present invention are medium / low grade materials generally applied in the field of diamond tool making, and these diamond abrasive grains are commercialized at # 80 (particle size; 150 to 190 µm).
본 발명에 따른제 1 과정은 상기한 다이아몬드 지립을 열처리 및 산 또는 알카리로 화학적 처리하는 개질화 과정이다. 즉, 열처리 및 화학적 처리에 의하여 다이아몬드 지립 표면에 카복실기(-COOH) 또는 하이드록시기(-OH) 등의 친수성기를 다량 도입하여 다이아몬드 지립의 친수성을 증진시키므로써 나노금속분말의 코팅을 촉진하도록 하는 과정이다. The first process according to the present invention is a reforming process in which the diamond abrasive grains are heat treated and chemically treated with acid or alkali. In other words, by introducing a large amount of hydrophilic groups such as carboxyl group (-COOH) or hydroxy group (-OH) on the surface of the diamond abrasive grains by heat treatment and chemical treatment to enhance the hydrophilicity of the diamond abrasive grains to promote the coating of the nano-metal powder It is a process.
다이아몬드 지립의 열처리는 공기 기류하에 450 ∼ 550 ℃ 온도범위에서 수행하는 바, 구체적으로는 박스로(box furnace)에서 5 ∼ 20 ℃/min의 승온속도로 공기를 소량 불어넣으면서 450 ∼ 550 ℃까지 가열하여 2 시간정도 유지시킨 뒤에 로냉(furnace cooling)하는 과정으로 구성된다. 그리고, 상기 열처리 과정이 끝나면 다이아몬드 지립의 표면 친수화를 더욱 도모할 목적으로 산 용액 또는 알카리 용액에 담지하여 화학적 처리한다. 이때 사용되는 산으로는 질산, 염산, 인산, 황산 등의 무기산과 아세트산, 사이트릭산 등의 유기산을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 무기산을 사용하는 것이고, 특히 바람직하기로는 질산을 사용하는 것이다. 알카리로는 암모니아, 아민 등의 유기물 또는 알카리금속의 수산화물, 탄산염, 황산염 등의 무기물을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 암모니아를 사용하는 것이다.The heat treatment of the diamond abrasive grains is carried out at an air temperature of 450 to 550 ° C. Specifically, the diamond abrasive grains are heated to 450 to 550 ° C. while blowing a small amount of air at a temperature rising rate of 5 to 20 ° C./min in a box furnace. After 2 hours, the process consists of furnace cooling. After the heat treatment is completed, chemical treatment is performed in an acid solution or an alkali solution for the purpose of further surface hydrophilization of the diamond abrasive grains. In this case, inorganic acids such as nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, and organic acids such as acetic acid and citric acid may be used. Preferably, inorganic acids are used, and particularly preferably nitric acid is used. As alkali, organic substances, such as ammonia and amine, or inorganic substances, such as hydroxide, carbonate, and sulfate of an alkali metal, can be used, Preferably, ammonia is used.
본 발명에 따른제 2 과정은 상기 표면 개질된 다이아몬드 지립 표면을 금속코팅재로 습식 코팅하는 과정이다. 즉, 전이금속의 나노분말을 다이아몬드 지립 표면에 코팅하므로써 후속 열처리시 다이아몬드 지립과 금속 접착층과의 결합력증진과 결합면적을 증진시키는 하도록 하는 과정이다. The second process according to the present invention is a process of wet coating the surface-modified diamond abrasive grain surface with a metal coating material. In other words, the nanopowder of the transition metal is coated on the surface of the diamond abrasive grains so as to enhance the bonding strength and bond area between the diamond abrasive grains and the metal adhesive layer during the subsequent heat treatment.
전이금속으로는 니켈, 코발트, 철, 크롬, 티탄, 구리, 주석 등의 단물질 또는 이들의 합금 분말의 조성을 지립에 코팅하고자, 이들 조성의 염화물, 황산염, 질산염 등을 출발물질로서 사용한다. 상기의 전이금속은 나노 크기로 지립표면에 코팅되는 바, 이로써 후속 열처리시에 다이아몬드 표면과 상기의 전이금속은 어느 정도 고용체를 형성하면서 표면이 강고한 결합을 가능하게 한다. 예를 들어 니켈의 경우, 800 ∼ 1300 ℃의 범위에서 1 ∼ 3 중량%의 탄소 성분과 고용체를 형성[P. Gustafson, et al, Z. Metallkd.,78[2], 151∼56 (1987)]하게 한다.As transition metals, chlorides, sulfates, nitrates, etc. of these compositions are used as starting materials in order to coat the composition of single materials such as nickel, cobalt, iron, chromium, titanium, copper, tin, or alloy powders thereof on the abrasive grains. The transition metal is coated on the surface of the abrasive grains in nano size, so that during the subsequent heat treatment, the diamond surface and the transition metal form a solid solution to some extent and enable a firm bonding of the surface. For example, in the case of nickel, 1 to 3% by weight of the carbon component and a solid solution are formed in the range of 800 to 1300 ° C. Gustafson, et al, Z. Metallkd., 78 [2], 151-56 (1987).
또한, 전이금속이 다이아몬드 지립 표면에 코팅되는 과정을 보면, 전이금속 수용액(예를 들어, 염화니켈 수용액)에 다이아몬드 지립을 침적 및 교반시키면 친수기의 관능기 부분에 금속이온이 흡착하고, 일정 속도로 첨가하는 환원제에 의하여 지립 표면에 금속이온이 나노금속분말로 생성 및 코팅되고, 수용액 중에 잔존하는 금속이온은 코팅된 금속분말 위에 다시 흡착, 환원되는 과정을 반복하면서 균일한 나노금속분말 층을 형성하게 된다.In addition, when the transition metal is coated on the surface of the diamond abrasive grains, when the diamond abrasive grains are deposited and stirred in an aqueous transition metal solution (for example, an aqueous nickel chloride solution), metal ions are adsorbed to the functional group portion of the hydrophilic group and added at a constant rate. Metal ions are generated and coated on the surface of the abrasive grain by nanometal powders, and metal ions remaining in the aqueous solution are repeatedly adsorbed and reduced on the coated metal powder to form a uniform nanometal powder layer. .
따라서, 상기의 코팅물질로 다이아몬드 지립을 코팅하고자 할 때 코팅물질의 양와 환원제의 비율이 중요함을 알 수 있다. 전이금속의 양은 지립표면에 코팅될 물질의 두께와 관련이 있고, 이는 후속공정을 완료하였을 때 지립의 보류특성을 결정하는데 중요하게 작용하는 바, 전이금속의 양이 지립에 대하여 1 ∼ 20 중량%가 되도록 수용액의 농도를 조절함이 적절하다. 코팅양이 너무 적으면 지립의 보류특성이 미흡해지고, 너무 많으면 환원 및 코팅 공정이 길어져 처리비용이 과다해지는 단점이 있다.Therefore, it can be seen that the ratio of the amount of the coating material and the reducing agent is important when the diamond abrasive is to be coated with the coating material. The amount of transition metal is related to the thickness of the material to be coated on the surface of the abrasive, which is important in determining the retention characteristics of the abrasive when the subsequent process is completed. The amount of transition metal is 1 to 20% by weight relative to the abrasive. It is appropriate to adjust the concentration of the aqueous solution so that If the amount is too small, the retention characteristics of the abrasive grains are insufficient, and if too large, the reduction and coating processes become long, resulting in excessive treatment costs.
전이금속이온을 환원시키기 위해서는 환원제로서, 예를 들면 NaBH4, 하이드라진, NaPH2O2ㆍH2O 등이 바람직하고 경우에 따라서는 복합계의 환원제를 사용하기도 한다. 환원제 용액을 전이금속 이온에 혼합, 반응시키는데 있어 환원제용액의 농도와 주입속도, 그리고 환원반응 온도는 코팅된 나노 금속분말의 크기와 균일도를 제어하는데 매우 중요하다. 환원제는 전이금속분말 1 당량에 대하여 1 ∼ 3당량비 범위가 되도록 조절한다. 이는 환원제를 과량으로 사용함이 반응완성도 측면에서 바람직한 바, 환원제의 사용량이 상기 범위 미만으로 적으면 미반응의 금속이온이 산화되어 금속산화물을 형성하여 강고한 결합을 이루기 어려운 문제점이 있고, 환원제의 사용량이 상기 범위를 초과하여 과다해지면 비경제적이다. 환원제의 주입속도는 전이금속 반응용액 10 mL를 기준으로 0.1 ∼ 2.5 mL/min로 조절하는 것이 바람직하다. 결국 환원제 용액의 농도와 주입속도는 서로 상호관계를 가지고 있어, 묽은 수용액은 다소 빠른 속도로 주입하여도 좋다. 또한 환원반응 온도는 환원반응의 속도를 조절하는 결정적인 요인이므로, 50 ℃ ∼ 비점 범위를 유지하도록 하는 것이 반응성과 코팅 후 입자의 균일도 측면에서 바람직하다. 더욱, 지립에 코팅된 나노금속분말의 용액중 재산화 방지를 위하여 부틸하이드록시톨루엔이나 비타민E 유도체를 소량 첨가하였다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 과정을 통하여 전처리된 다이아몬드 지립은 물과 아세톤으로 세척한 다음 50 ∼ 60 ℃에서 건조한다.In order to reduce transition metal ions, for example, NaBH 4 , hydrazine, NaPH 2 O 2 · H 2 O, etc. are preferable, and in some cases, a compound-based reducing agent may be used. In mixing and reacting the reducing agent solution with transition metal ions, the concentration of the reducing agent solution, the rate of injection, and the reduction reaction temperature are very important for controlling the size and uniformity of the coated nanometal powder. The reducing agent is adjusted to be in the range of 1 to 3 equivalents relative to 1 equivalent of the transition metal powder. This is because it is preferable to use the reducing agent in excess of the reaction completion point. If the amount of the reducing agent is less than the above range, there is a problem that the unreacted metal ions are oxidized to form a metal oxide, thereby forming a strong bond, and the amount of the reducing agent is used. Excess in excess of this range is uneconomical. The injection rate of the reducing agent is preferably adjusted to 0.1 to 2.5 mL / min based on 10 mL of the transition metal reaction solution. As a result, the concentration of the reducing agent solution and the injection rate have a mutual relationship with each other, so that a dilute aqueous solution may be injected at a rather high speed. In addition, since the reduction reaction temperature is a decisive factor controlling the rate of the reduction reaction, it is preferable to maintain the temperature range of 50 ° C. to the boiling point in view of reactivity and uniformity of particles after coating. Further, a small amount of butylhydroxytoluene or vitamin E derivative was added to prevent reoxidation in the solution of the nanometal powder coated on the abrasive grains. The diamond abrasive grains pretreated through the first and second processes are washed with water and acetone and then dried at 50 to 60 ° C.
본 발명에 따른제 3 과정은 상기 전처리된 다이아몬드 지립을 융착식 메탈본딩법에 의하여 다이아몬드 공구를 제조하는 과정이다. 즉, 샹크 모재 상부에 니켈 페이스트를 도포하여 형성된 금속접착층의 상부에, 전처리된 다이아몬드 지립을 분산시키고 열처리하여 융착하는 과정이다. The third process according to the present invention is a process of manufacturing a diamond tool from the pretreated diamond abrasive grains by fusion metal bonding. That is, it is a process of dispersing and heat-treating the diamond abrasive grains pretreated on top of the metal adhesive layer formed by applying nickel paste on the shank base material and fusing them.
먼저, 샹크 모재 상부에 니켈 페이스트를 도포하여 금속접착층을 형성한다. 이때 사용되는 니켈 페이스트는 샹크 모재와 지립의 접합을 목적으로 사용하는 것으로, 그 조성은 78.3 ∼ 82.6 중량%의 니켈분말(평균입도는 약 10 ㎛), 4.7 ∼7.8 중량%의 아크릴계수지, 0.05 ∼ 2.0 중량%의 수지 분산제, 그리고 부틸셀루솔부와 크실렌이 8:2로 혼합된 용매를 12.3 ∼ 17 중량%로 구성된다. 이상의 조성이 되도록 3롤 밀에서 10회 밀링시켜 제조한 페이스트는 약 10 ∼ 50 Pa.S의 점도를 가지며, 요변성이 우수하여 샹크모재에 도포시 도포 및 레벨링 특성이 우수하다. 또한, 금속 페이스트의 조성은 샹크 모재와 다이아몬드 지립의 점음성을 증진시키기 위하여 니켈 페이스트 제조시 소량의 코발트, 철, 크롬, 티탄, 구리, 주석 등을 첨가하기도 한다.First, a nickel paste is coated on the shank base material to form a metal adhesive layer. The nickel paste used at this time is used for joining the shank base material and the abrasive grain, and its composition is 78.3 to 82.6 wt% nickel powder (average particle size is about 10 μm), 4.7 to 7.8 wt% acrylic resin, and 0.05 to It consists of 12.3-17 weight% of 2.0 weight% of resin dispersing agent, and the solvent which mixed the butyl cellusol part and xylene in 8: 2. The paste prepared by milling ten times in a three-roll mill to have the above composition has a viscosity of about 10 to 50 Pa · S, and has excellent thixotropy, and is excellent in coating and leveling properties when applied to a shank base material. In addition, in the composition of the metal paste, a small amount of cobalt, iron, chromium, titanium, copper, tin, etc. may be added in the production of the nickel paste in order to improve the viscous sound of the shank base material and the diamond abrasive grains.
그런 다음, 페이스트를 다이아몬드 지립의 크기를 고려하여 약 100 ∼ 200 ㎛의 두께로 도포하고 금속접착층 상부에 상기한 다이아몬드 지립을 분산한 후에 불활성분위기, 환원분위기, 진공 등 비산화성 분위기에서 1,000 ℃ ∼ 1,250 ℃ 온도에서 0.5 ∼ 2 시간 동안 열처리하므로써 본 발명이 목적으로 하는 다이아몬드 공구를 제작한다.Then, the paste is applied to a thickness of about 100 to 200 μm in consideration of the size of the diamond abrasive grains, and the diamond abrasive grains are dispersed above the metal adhesive layer, and then, in a non-oxidizing atmosphere such as an inert atmosphere, a reducing atmosphere, and a vacuum, at 1,000 ° C. to 1,250. By heat-processing at the temperature of 0.5 degreeC for 2 to 2 hours, the diamond tool aimed at this invention is produced.
금속 용융접착에서 일반적으로 단층 지립의 접착은 지립 크기의 절반이하의 층으로 지립과 본딩물질이 결착하고 있는 상태이다. 본 발명의 방법으로 제조된 다이아몬드 공구 역시 니켈 용융접착층이 다이아몬드 지립(크기)의 약 30 ∼ 50 % 범위로 지립과 본딩물질이 접합을 이루고 있는 상태이지만, 나노금속분말의 코팅에 의해 다이아몬드 지립(표면) 전반에 걸쳐 용융접착층이 형성되면 그만큼 지립의 보류특성은 커질 수 있고, 코팅양이 많아지면 코팅층의 두께가 두꺼워져 더욱 보류특성이 증진된다. 더욱, 나노분말로 코팅된 다이아몬드 지립은 열처리시, 나노분말의 특성으로 인하여 저온 소결을 가능하게 하므로 용융접착시 지립과 본딩물질과의 결합력을 증진시키게 된다. 이로써 다이아몬드 공구의 내구성 및 절삭성을 증진시키게 된다.In metal fusion bonding, single layer abrasive grains generally have a layer of less than half the size of the abrasive grains and the bonding material is bound. The diamond tool manufactured by the method of the present invention is also in a state in which the nickel molten adhesive layer bonds the abrasive grains and the bonding material in the range of about 30 to 50% of the diamond abrasive grains (size), but the diamond abrasive grains (surface) If the melt adhesive layer is formed throughout), the retention characteristics of the abrasive grains can be increased by that amount, and as the amount of coating increases, the thickness of the coating layer becomes thicker, thereby further enhancing retention characteristics. Furthermore, the diamond abrasive grains coated with nanopowders enable low temperature sintering due to the characteristics of the nanopowders during heat treatment, thereby enhancing the bonding force between the abrasive grains and the bonding material during melt bonding. This enhances the durability and machinability of the diamond tool.
이와 같은 본 발명은 다음의 실시 예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such the present invention will be described in more detail based on the following examples as follows, but the present invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
다이아몬드 지립 #80(입도 150∼190 ㎛, GE사 제품, 미국) 1 g을 박스로(box furnace)에서 공기를 불어넣으면서 10 ℃/min의 승온속도로 550 ℃ 온도까지 가열하고 2 시간동안 열처리한 후에 로냉(furnace cooling)하여 산화처리 하였다. 그리고, 50 중량%(7 M/L)의 질산수용액에 다이아몬드 지립을 질산수용액에 대하여 10 중량%가 되도록 첨가한 후 24 시간이상 상온에서 다이아몬드 지립을 질산용액에 담지 처리하였다. 여과지를 사용하여 질산수용액과 다이아몬드 지립을 분리 및 수세한 뒤 건조하였다.1 g of diamond abrasive grain # 80 (150-190 μm particle size, manufactured by GE, USA) was heated to a temperature of 550 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min while blowing air in a box furnace, followed by heat treatment for 2 hours. After cooling by furnace cooling (furnace cooling) was oxidized. Then, diamond abrasive grains were added to 50 wt% (7 M / L) nitric acid solution to 10 wt% with respect to the nitric acid solution, and then, the diamond abrasive grains were supported on nitric acid solution at room temperature for at least 24 hours. The filter paper was used to separate the aqueous nitric acid solution and the diamond abrasive grains, washed with water, and dried.
별도의 용기에서 NiCl2ㆍ6H2O를 0.22 g 취하여 증류수 10 mL에 용해시켜 1.9 mM 농도의 니켈염 수용액을 제조(지립에 대하여 니켈 금속이 약 5 중량%에 해당)하고 질소 분위기에서 70 ℃로 가열 및 교반하여 수용액 중의 산소를 충분히 제거하고 여기에 상기의 표면처리한 다이아몬드 지립 1 g을 투여하였다.In a separate vessel, 0.22 g of NiCl 2 6H 2 O was dissolved in 10 mL of distilled water to prepare an aqueous nickel salt solution having a concentration of 1.9 mM (corresponding to about 5% by weight of nickel metal with respect to the abrasive grain), and then dried at 70 ° C. in a nitrogen atmosphere. After heating and stirring, oxygen in the aqueous solution was sufficiently removed, and 1 g of the surface-treated diamond grains was administered thereto.
별도의 용기에서 질소 분위기에서 NaPH2O2ㆍH2O를 1.18 g 취하여 증류수 10 mL에 용해시켜 11.4 mM 농도의 환원제수용액을 제조(니켈이온에 대하여 3 당량 배수)하고 70 ℃에서 가열 및 교반하여 수용액 중의 산소를 충분히 제거하여 환원제 용액을 제조하였다. 상기에서 제조한 환원제 용액을 지립을 포함한 금속용액에 첨가하였으며, 이때 환원제 용액의 주입속도를 0.2 mL/min로 조절하였으며, 혼합온도는 70 ℃를 유지하였다. 환원제 용액의 주입이 완료된 후 1 시간 동안 추가로 교반하여 금속이온이 충분히 환원되도록 하였다. 그리고, 니켈입자의 내산화성을 증진시키기 위하여 부틸하이드록시톨루엔을 금속에 대하여 5000 ppm 첨가하였다.In a separate vessel, 1.18 g of NaPH 2 O 2 ㆍ H 2 O was dissolved in 10 mL of distilled water in a nitrogen atmosphere to prepare a reducing agent solution having a concentration of 11.4 mM (3 equivalents drained against nickel ions), and heated and stirred at 70 ° C. The oxygen in the aqueous solution was sufficiently removed to prepare a reducing agent solution. The reducing agent solution prepared above was added to the metal solution including the abrasive grains, and the injection rate of the reducing agent solution was adjusted to 0.2 mL / min, and the mixing temperature was maintained at 70 ° C. After the injection of the reducing agent solution was completed, the mixture was further stirred for 1 hour to sufficiently reduce the metal ions. In addition, in order to enhance oxidation resistance of the nickel particles, 5000 ppm of butylhydroxytoluene was added to the metal.
상기와 같이 코팅된 다이아몬드 지립을 물과 아세톤으로 차례로 세척하고 60 ℃에서 건조하여 전이금속으로 표면이 코팅된 다이아몬드 지립을 제조하였다.The diamond abrasive grains coated as above were washed sequentially with water and acetone and dried at 60 ° C. to prepare diamond abrasive grains coated with a transition metal.
한편, 니켈 페이스트를 제조하기 위하여 82.6 중량%의 니켈분말(평균입도는 약 10 ㎛), 4.7 중량%의 아크릴계수지, 0.2 중량%의 수지 분산제, 그리고 부틸셀루솔부와 크실렌이 8:2로 혼합된 용매를 12.3 중량%로 구성하여 3롤 밀에서 10회 밀링시켜 제조하였다. 페이스트는 약 30 ∼ 50 Pa.S의 점도를 가지며, 요변성이 우수하여 샹크모재에 도포시 도포 및 레벨링 특성이 우수하였다.On the other hand, 82.6% by weight of nickel powder (average particle size is about 10 ㎛), 4.7% by weight of acrylic resin, 0.2% by weight of resin dispersant, and butyl cellulose and xylene mixed in a 8: 2 to prepare a nickel paste The solvent consisted of 12.3% by weight and prepared by milling ten times in a three roll mill. The paste had a viscosity of about 30 to 50 Pa · S, and was excellent in thixotropy, and had excellent coating and leveling properties when applied to the shank base material.
시편공구의 제작을 위하여 일반 탄소강(45C)재질의 모재 샹크를 선택하여 직경 약 15 mm의 원기둥형 시편의 밑면 전체와 측면 약 5 mm 이상을 상기에서 제조한 페이스트를 150 ∼ 200 ㎛ 두께로 도포하였다. 도포층 위에 상기에서 제조한 나노금속분말이 코팅된 다이아몬드 지립을 고루 분산시키고, 상온건조 후, 진공 로(爐)에서 1200 ℃ 조건에서 1시간 동안 열처리하여 다이아몬드 공구를 제작하였다.For the fabrication of the specimen tool, the base shank of general carbon steel (45C) was selected and the paste prepared above was applied to the entire surface of the bottom of the cylindrical specimen of about 15 mm in diameter and about 5 mm or more to a thickness of 150 to 200 μm. . The diamond abrasive grains coated with the nanometal powder prepared above were uniformly dispersed on the coating layer, and dried at room temperature, and then heat treated at 1200 ° C. for 1 hour in a vacuum furnace to prepare a diamond tool.
실시예 2 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 3 :Examples 2-4 and Comparative Examples 1-3:
상기 실시예 1에 따른 방법을 근간으로 하고, 다음 표 1에 나타낸 조건으로 다이아몬드 지립을 표면개질, 지립표면 금속코팅 및 융착식 메탈본딩을 수행하여 다이아몬드 공구를 제작하였다.Based on the method according to Example 1, the diamond abrasive grains were subjected to surface modification, abrasive surface metal coating, and fusion metal bonding under the conditions shown in Table 1 to produce diamond tools.
실험예Experimental Example
상기 실시예 및 비교예에서 제작된 다이아몬드 공구의 절삭특성 및 다이아몬드 지립의 보류특성을 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였고, 그 결과는다음 표 2에 나타내었다.In order to find out the cutting characteristics and the retention characteristics of the diamond abrasive grains of the diamond tools produced in the above Examples and Comparative Examples, the following experiment was performed, the results are shown in Table 2 below.
한편, 다이아몬드 지립에 표면코팅된 금속입자의 형상 및 생성된 상의 동정은 전자현미경과 XRD를 이용하여 확인하였다.On the other hand, the shape of the metal particles surface-coated in the diamond abrasive grains and the identification of the resulting phase were confirmed using an electron microscope and XRD.
제작된 다이아몬드 공구를 밀링 가공선반에 장착하여 상대밀도가 99.5% 이상인 알루미나 소결체(크기; 10×20 cm)에 대하여 다음과 같이 절삭시험하여 공구의 절삭 이송거리와 가공성을 확인하였다. 절삭시험의 조건을 보면, 선반의 회전속도는 1100 rpm, 절입양은 2 mm, 이송속도는 40 mm/min로 하여 각공구의 절삭 이송거리를 구하여 비교하였다. 즉, 비교예의 절삭 이송거리에 대한 실시예의 절삭 이송거리의 증감율을 다음 수학식 1과 같이 구하였다.The prepared diamond tool was mounted on a milling lathe, and the cutting test was performed on the alumina sintered body (size; 10 × 20 cm) having a relative density of 99.5% or more as follows to confirm the cutting feed distance and workability of the tool. In the cutting test conditions, the cutting speed of each tool was compared with the turning speed of 1100 rpm, cutting amount of 2 mm, and the feeding speed of 40 mm / min. That is, the rate of increase and decrease of the cutting feed distance of the example with respect to the cutting feed distance of the comparative example was obtained as in Equation 1 below.
상기 수학식 1에서, A는 실시예의 공구이고, B는 비교예의 공구이다.In Equation 1, A is a tool of the embodiment, B is a tool of the comparative example.
실시예의 다이아몬드 공구의 절삭 이송거리는 상기의 시험조건에서 약 3 ± 0.3 m 정도로 나타났다.The cutting feed distance of the diamond tool of Example was about 3 ± 0.3 m under the above test conditions.
또한 가공시편의 가공성을 살펴보기 위하여 가공 후 알루미나 소결체의 가공 표면을 관찰하고 가공성을 평가하였다.In addition, the processing surface of the alumina sintered body was observed after processing to evaluate the workability of the processed specimen, and the workability was evaluated.
이상의 결과로 볼 때, 다이아몬드 지립의 표면 개질(열처리 및 화학적 처리) 및 전이금속 코팅으로 구성되는 사용 전처리 과정의 수행 유무에 따라 다이아몬드 지립의 보류특성이 크게 변화됨을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the retention characteristics of the diamond abrasive grains were greatly changed depending on the surface modification (heat treatment and chemical treatment) of the diamond abrasive grains and the use of the pretreatment process consisting of the transition metal coating.
또한, 첨부도면 도 1은 표면 개질하기 전의 다이아몬드 지립 표면을 1000배 확대한 전자현미경 사진이고, 도 2는 지립에 대하여 pH 6에서 니켈 10 중량% 처리한 다이아몬드 지립 표면의 5000배 및 20,000배 확대한 전자현미경 사진이다. 사진에 따르면 나노금속분말의 코팅이 매우 치밀하게 이루어져 있음을 확인할 수 있다. 또한, 첨부도면 도 3은 실시예 3의 결과로서 니켈을 코팅한 다이아몬드 지립과 코팅하지 않은 지립의 XRD 패턴을 비교해 보면, 지립에 코팅된 입자는 Ni3P 금속입자로 존재함을 알 수 있었다.In addition, Figure 1 is an electron micrograph showing a 1000 times magnification of the diamond abrasive grain surface before surface modification, Figure 2 is a 5000 times and 20,000 times magnification of the diamond abrasive grain surface treated with 10% by weight of nickel at pH 6 to the abrasive grains Electron micrograph. According to the picture, the coating of nano metal powder is very dense. In addition, as a result of Example 3 when comparing the XRD patterns of nickel coated diamond abrasive grains and uncoated abrasive grains as a result of Example 3, it can be seen that the particles coated on the abrasive grains are present as Ni 3 P metal particles.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 전처리된 다이아몬드 지립은 보류특성 향상으로 인하여, 결과적으로 공구의 절삭력 및 내구성이 향상되어, 다이아몬드 공구용 지립 재료로 유용하다.As described above, the diamond abrasive grains pretreated according to the present invention have improved retention characteristics and, as a result, the cutting force and durability of the tool are improved, which is useful as an abrasive material for diamond tools.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20020018851A KR100477895B1 (en) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | Preparation of diamond tool improved durability using nanometal powder coated grit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20020018851A KR100477895B1 (en) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | Preparation of diamond tool improved durability using nanometal powder coated grit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030080294A true KR20030080294A (en) | 2003-10-17 |
| KR100477895B1 KR100477895B1 (en) | 2005-03-18 |
Family
ID=32378047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20020018851A KR100477895B1 (en) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | Preparation of diamond tool improved durability using nanometal powder coated grit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100477895B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102151168B1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-09-02 | 에스다이아몬드공업 주식회사 | A meth0d for manufacturing the tool elctro-deposited by diamond |
| CN116117435A (en) * | 2022-09-30 | 2023-05-16 | 江苏先锋精密科技股份有限公司 | Processing method of power interface panel |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100698537B1 (en) * | 2005-05-20 | 2007-03-22 | 박인순 | Diamond Cutting Tool and Manufacturing Method Thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2163953C (en) * | 1994-11-30 | 1999-05-11 | Yasuyuki Kanada | Diamond sintered body having high strength and high wear-resistance and manufacturing method thereof |
| JP3411239B2 (en) * | 1998-08-28 | 2003-05-26 | 石塚 博 | Diamond abrasive particles and method for producing the same |
-
2002
- 2002-04-08 KR KR20020018851A patent/KR100477895B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102151168B1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-09-02 | 에스다이아몬드공업 주식회사 | A meth0d for manufacturing the tool elctro-deposited by diamond |
| CN116117435A (en) * | 2022-09-30 | 2023-05-16 | 江苏先锋精密科技股份有限公司 | Processing method of power interface panel |
| CN116117435B (en) * | 2022-09-30 | 2023-11-21 | 江苏先锋精密科技股份有限公司 | Processing method of power interface panel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100477895B1 (en) | 2005-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0180769B1 (en) | Diamond sintered body having strength and high wear-resistance and manufacturing method thereof | |
| JP4969008B2 (en) | Powder mixtures and composite powders, methods for their production and their use in composite materials | |
| US20090022994A1 (en) | Composite Powder Products for Hardmetals | |
| CN110202145A (en) | Preparation method based on laser gain material manufacture high-entropy alloy diamond composite | |
| JPH02197569A (en) | Coated sintered hard alloy and production thereof | |
| KR20150145892A (en) | Silver Coated Copper Nano Wire and Method for Manufacturing Thereof | |
| JP2004323968A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING ULTRAFINE TiC-TRANSITION METAL BASED COMPOSITE POWDER | |
| JP4573192B2 (en) | Pre-alloy adhesive powder | |
| KR20080052646A (en) | Silver-copper composite powder having silver microparticule attached thereto, and method of production of the silver-copper composite powder | |
| Wakuda et al. | Ag nanoparticle paste synthesis for room temperature bonding | |
| WO2020117102A1 (en) | Method for producing copper-based nano-composite material reinforced with carbon nanofibres | |
| KR20170110174A (en) | Nickel coated diamond particles and method of making said particles | |
| JP4095629B2 (en) | Method for producing amorphous metal powder coated with metal (Methodfor Manufacturing Metal-Coated Amorphous Metal Powder) | |
| CN102251130B (en) | Preparation method of superfine grain cemented carbide | |
| KR100477895B1 (en) | Preparation of diamond tool improved durability using nanometal powder coated grit | |
| CN111390426A (en) | Composite brazing filler metal for brazing superhard abrasive material, preparation method of composite brazing filler metal and brazing method | |
| CN113365964B (en) | Coated particles, dispersion and molded body containing same, and sintered body formed using same | |
| CN115805305A (en) | Spherical composite powder and preparation method thereof | |
| US20030097907A1 (en) | Methods of producing composite powders | |
| JP5411210B2 (en) | Method for producing metal-supported diamond fine powder and metal-supported diamond fine powder | |
| KR20160099513A (en) | Method of Preapring Silver Coated Copper Nanowire | |
| KR20020017489A (en) | Synthesis of fine cobalt powders | |
| JPH03219079A (en) | Production of diamond-coated cutting tool made of tungsten-carbide-based sintered hard alloy | |
| JP3327080B2 (en) | High strength and high wear resistance diamond sintered body and method for producing the same | |
| Daoush et al. | Fabrication of Polycrystalline Cubic Boron Nitride/Metal Composite Particles by Surface Metallization Followed by Electroless Deposition Technique. Materials 2021, 14, 7906 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100104 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |