NO300549B1 - Belagt superslipekorn og fremstilling og anvendelse av dette - Google Patents
Belagt superslipekorn og fremstilling og anvendelse av dette Download PDFInfo
- Publication number
- NO300549B1 NO300549B1 NO904976A NO904976A NO300549B1 NO 300549 B1 NO300549 B1 NO 300549B1 NO 904976 A NO904976 A NO 904976A NO 904976 A NO904976 A NO 904976A NO 300549 B1 NO300549 B1 NO 300549B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- grain
- coated
- metallic coating
- coating
- super abrasive
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 63
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 61
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 13
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 115
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- ACXGJHCPFCFILV-UHFFFAOYSA-M sodium;2-(4-chloro-2-methylphenoxy)acetate;3,6-dichloro-2-methoxybenzoic acid Chemical compound [Na+].COC1=C(Cl)C=CC(Cl)=C1C(O)=O.CC1=CC(Cl)=CC=C1OCC([O-])=O ACXGJHCPFCFILV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- QDWJUBJKEHXSMT-UHFFFAOYSA-N boranylidynenickel Chemical compound [Ni]#B QDWJUBJKEHXSMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017755 Cu-Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017927 Cu—Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 Diamet compound Chemical class 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 235000011868 grain product Nutrition 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
Landscapes
- Medicinal Preparation (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
Oppfinnelsens bakgrunn
Den foreliggende oppfinnelse angår et nytt belagt superslipende korn og fremstilling derav, som er anvendbart for fremstilling av forbedrede slipe- eller skjæreverktøy. Oppfinnelsen angår også verktøy som inneholder det belagte korn.
Superslipende korn, som f.eks. diamant og CBN, bundet til et støttelegeme er utstrakt anvendt for å fjerne materialer. Typiske anvendelser innbefatter for eksempel saging, boring, lepping og polering.
Ved typiske anvendelser holdes kornet i en egnet grunnmasse og festet til et verktøylegeme. Tilbakeholdelsen av kornet oppnås primært ad mekanisk vei, som f.eks. ved å omgi kornet med grunnmassematerialet. Denne festemetode er, selv om den er enkel og praktisk, beheftet med begrensninger for-di eksponeringen av kornet må være begrenset for ikke å
svekke den omgivende grunnmasses mekaniske grep. Resultatet er at skjærehastigheten begrenses på grunn av den lille korn-eksponering. Efterhvert som grunnmassen slites ned blir dessuten tilbakeholdelsen utilstrekkelig slik at kornet kan bli "trukket ut" og gå tapt. For eksempel er ved en typisk anvendelse for sagblad den gjennomsnittlige eksponering av diamantkornet mindre enn 20% av den samlede kornhøyde, og kornet blir ofte tapt på grunn av uttrekkingen når det er slitt ned til ca. 1/3 av dets opprinnelige størrelse. Efter bruk av et slikt sagblad i noen tid tapes typisk ca. 1/3 av det opprinnelige korn, hvilket gir seg til kjenne ved tomme lommer på bladet.
For å overvinne dette problem er belegning av korn blitt forsøkt for å forbedre bindestyrken. I US patent nr. 3650714 beskrives en fremgangsmåte for påføring av et slikt belegg på et diamantkorn. Typiske belagte superslipende produkter som er tilgjengelige i handelen, innbefatter titanerte produkter for sagkorn fra DeBeer Co. og titanerte produkter for CBN-korn fra General Electric Co.
For alle superslipende verktøy med metallgrunnmasser er
det eneste handelstilgjengelige belegningsmateriale for korn titanerte produkter.
Det har imidlertid vist seg at titanerte produkter, spesielt for diamantkorn, ikke effektivt forbedrer feste-styrken. YtelsesbedømmeIsen, dvs. levealder og skjærehastighet for titanert korn ved anvendelse for sagblad,viste ingen merkbar forbedring. Et problem som påtreffes med det titanerte produkt, er dets mangel på motstand overfor oxydasjon. Det er velkjent at Ti eller TiC kan oxyderes under de fleste produksjonsbetingelser for sagblad. Oxydasjonen kan ødelegge bindingen mellom kornet og belegningsmaterialet og mellom belegningsmaterialet og grunnmassen. Det annet problem som påtreffes ved anvendelse av titanerte produkter, er beleggets tynnhet. Titanerte produkter inneholder typisk Ti eller TiC med en tykkelse av under l^um. Et slikt tynt belegg kan ikke hindre oppløsning eller fjerning av belegget fra kornoverflaten på grunn av grunnmassematerialet under fremstillingsprosessen for verktøy. I US patenter nr. 3757878 og nr. 3757879 beskrives en innkapslingsmetode for diamant-partikler. Denne angår imidlertid fremstilling av en mekanisk innhyIling for kornet, og ingen kjemisk binding oppnås.
Oppsummering av oppfinnelsen
Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe et kjemisk belagt superslipende korn.
Det tas dessuten ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe et kontinuerlig tykt belegg på minst l^um på det superslipende korn slik at beleggets integritet kan opprett-holdes efter anvendelse av kornet for verktøyfremstilling.
Det tas også ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe et superslipende korn belagt med et belegningsmateriale som er i det vesentlige inert overfor oxydasjon under verktøyfrem-stillingsprosesser.
Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe slipe- eller skjæreverktøy som omfatter et slikt kjemisk bundet belegningssuperslipemiddel for å oppnå for-bedret materialfjerning.
Det tas ved oppfinnelsen i tillegg sikte på å tilveiebringe verktøy med et kjemisk belagt slipekorn som oppviser bedre bibehold av korn, større kornutstikning og friere skjærevirkning. Disse verktøy innbefatter for eksempel sagblad, slipehjul, slipeverktøy, borkroner og poleringsverktøy.
Betegnelsen "superslipemiddel" som anvendt i den foreliggende beskrivelse og i de foreliggende patentkrav betyr naturlig såvel som syntetisk diamant og kubisk bornitrid
(CBN).
Betegnelsen "kjemisk binding" som her anvendt lar seg skjeldne fra mekanisk binding. I det sistnevnte tilfelle forekommer ingen reaksjon mellom de to sammenføyningsdeler.
Ved "kjemisk binding" forekommer en reaksjon på grenseflaten mellom de to sammenføyningsdeler. Reaksjonen kan være for eksempel en carbiddannelse, en boriddannelse, en nitriddan-nelse eller en oppløsning dannet ved interdiffusjon mellom de to sammenføyningsdeler.
Betegnelsen "borbitt" som anvendt i den foreliggende beskrivelse og i de foreliggende patentkrav skal ikke bare omfatte borbitter for verktøy av maskintypen, men også borbitter og kjernebitter, som slike som er vanlig anvendt innen grube- og petroleumsindustrien for boring i jorden.
Den foreliggende oppfinnelse angår et belagt superslipekorn som kan tåle en strekkfasthet på 2,3 kg/cm<2>, og som er særpreget ved at det omfatter superslipekornpartikler som er valgt fra gruppen bestående av diamant og CBN og har renset overflate og er dekket med et i det vesentlige kontinuerlig metallisk belegg valgt fra gruppen bestående av W, Mo, Ta, Nb og legeringer derav idet belegget har en tykkelse av l-50^um og er kjemisk bundet til kornpartiklene, og at det eventuelt dessuten omfatter et annet i det vesentlige kontinuerlig metallisk belegg på toppen av det første metalliske belegg, idet det annet metalliske belegg omfatter nikkel eller kobber og idet den samlede tykkelse av det første og det annet metalliske belegg er i området l-50^um.
Videre angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av et belagt superslipekorn som omfatter superslipekornpartikler valgt fra gruppen bestående av diamant og CBN,
og fremgangsmåten er særpreget ved at den omfatter de trinn at kornet overflaterenses, idet dette trinn innbefatter skylling av kornet i avionisert vann, og det rensede korn belegges med
et metall som ikke er lett oksyderbart og som er valgt fra W, T, Mo, Nb eller legeringer derav, med en tykkelse på 1-50^um, og det belagte korn behandles termisk under dannelse av en sterk kjemisk binding mellom belegget og kornet.
Dessuten angår oppfinnelsen verktøy som omfatter det belagte slipekorn ifølge oppfinnelsen som angitt i kravene 10 til 16.
Oppfinnelsen angår således et superslipende korn som er belagt med et forholdsvis ikke-oxyderbart metall med en tykkelse av minst l^um og som er sterkt bundet til overflaten av kornet ved hjelp av en kjemisk binding. Kort sagt blir kornet belagt med et metall som ikke lett lar seg oxydere og er valgt fra W, Ta, Mo, Nb eller legeringer derav.
Det belagte korn blir derefter varmebehandlet enten før eller under fremstillingsprosessen for verktøy, for å danne en sterk kjemisk binding mellom belegget og kornet, som f.eks. et carbidlag i tilfellet av et diamantkorn. Wolfram er det foretrukne metall for belegning. Kornets overflate kan eventuelt opprues på kjemisk eller mekanisk måte før det belegges, for å forsterke den påfølgende binding. Grunn-massens sammensetning må være forenlig med belegningsmateri-alene som velges for kornet, slik at grunnmassen under be-arbeidingsbetingelsene for verktøyfremstilling vil bli kjemisk bundet til belegningsmaterialet. Resultatet er et fast festet, kjemisk bundet, belagt superslipende korn
i en verktøygrunnmasse.
Grenseflatene mellom det superslipende korn og belegget, og mellom belegget og grunnmassen er dannet av sterke kjemiske bindinger. Dette er forskjellig fra tid-ligere praksis hvor kornet festes hovedsakelig mekanisk av det omgivende grunnmassemateriale. Det belagte superslipende korn har når det inngår i et verktøy i overensstemmelse med oppfinnelsen, de følgende fordeler: 1. Lengre levealder på grunn av mindre kornuttrekking. 2. Høyere skjærehastighet på grunn av større kornutstikning. 3. Friere skjæring med lavere kraft, lavere energi, mindre varmeutvikling på grunn av større kornutstikning.
Det belagte superslipemiddel ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet for anvendelse som korn i borbitter, som f.eks. en underkomponent av en kutter med en spesiell fysikalsk form, som f.eks. sirkel, oval, blad og lignende, eller som en skjærekomponent som sådan, som når kornet er innarbeidet i den aktuelle grunnmasse for bitten som stikker ut fra dens overflate, slites bort og eksponerer andre stykker av korn bundet til grunnmassen. - Dette er spesielt egnet for kjernebitter selv om andre bitter for hårde formasjoner kan produseres på lignende måte.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen
I henhold til oppfinnelsen blir det superslipende korns overflate først oppruet på mekanisk eller kjemisk måte. Oppruingen frembringer en ujevn overflate som forbedrer kornets vedhengning til belegningsmaterialet som senere skal påføres. Denne forbedrede vedhengning er resultatet av korn-overflåtenes økede kjemiske reaktivitet på grunn av en langt større mengde av overflateuperfektheter. Antallet av ubundne elektroner av carbon på overflaten vil også øke, hvorved reaksjonen mellom kornet og belegningsmaterialet forsterkes. Overflatens ujevnhet kan også forsterke det mekaniske feste av kornet til belegningsmaterialet på grunn av det større nærkontaktoverflateareal.
Ved praktiseringen av den foreliggende oppfinnelse blir kornene valgfritt først oppruet. En foretrukken oppruing går ut på å danne en jevnt fordelt frostutseende overflate. Denne oppruing utføres på mekanisk måte, som f.eks. ved fresing med andre superslipende pulvere, eller på kjemisk måte, som f.eks. ved oxydasjon eller etsing. For eksempel kan et korn tumles i luft eller i en atmosfære anriket på oxygen ved høy temperatur for å muliggjøre jevn oxydasjon på alle overflater. Et kjemisk dampavsetningssystem (CVD)
i fluidisert sjikt eller en roterovn kan begge med fordel anvendes for å gi de ønskede resultater. For kjemiske etse-prosesser kan eventuelt oxydasjonsmidler, som f.eks. kalium-bikromat eller kaliumnitrat, anvendes. Uaktet hvilken metode
som anvendes bør kornets vekttap under overflateoppruingsbehandlingen reguleres slik at det blir mindre enn 5% vekt/ vekt.
Selv om overflateoppruingen er et viktig trinn i henhold til oppfinnelsen, behøver det ikke å være nødvendig for visse formål. For eksempel kan for anvendelser av korn med mindre størrelse, som f.eks. for poleringsduker under anvendelse av mikrometerpulvere, oppruingstrinnet sløyfes.
Efter overflateoppruingsbehandlingen blir kornet vasket og kjemisk renset for å fjerne overflateforurensninger ved hjelp av kjente metoder. For eksempel kan vasking av kornet i mineralsyre, som f.eks. med en oppløsning av sal-peter- eller saltsyre, eller oppvarming av kornet under hydrogenatmosfære eliminere de fleste overflateforurensninger .
Efter overflaterensing blir kornet belagt med et materiale som er forholdsvis oxydasjonsresistent og som er en carbiddanner, som f.eks. W, Ta, Mo og Nb eller en legering derav, under dannelse av et kontinuerlig lag med en tykkelse av minst l^um. Beleggtykkelsen kan variere fra l^um til 50^um og fortrinnsvis fra l^um til 30^,um. Et slikt belegg kan lett skjeldnes. fra belegg i henhold til teknikkens stand, se for eksempel belegget oppnådd i overensstemmelse med beskrivelsen i US patent nr. 3650714 og som er langt tynnere enn l^um. Denne forskjell gjelder også
for andre handelstilgjengelige titanerte produkter.
Dersom diamantkorn anvendes, blir et carbid dannet mellom kornet og belegningsmaterialet ved oppvarming av det belagte korn til carbiddannelsestemperaturer. Dersom CBN anvendes, blir en nitridbinding dannet. Som et egnet legeringsbelegg kan for eksempel W-NiB nevnes.
Efter at det første belegningsmateriale er blitt på-ført på kornet, kan et annet belegg eller eventuelle ytterligere lag av belegg eventuelt påføres over det første lag. Formålet ved flere lag er å oppnå yttterligere be-skyttelse av det første belegningslag mot oxydasjon i luften eller mot å bli oppløst i grunnmassematerialet under produk-sjonsprosessen for verktøyet, og/eller under verktøyets skjæreoperasjon. Det ytre belegg kan også gi en bedre metallurgisk forbindelse med grunnmassebindingsmaterialet under dannelse av en diffusjonsbundet grenseflate. For de fleste anvendelser behøver det ytre belegningslag ikke å inneholde en carbiddanner. For eksempel kan et elektrofritt ytre belegg av kobber anvendes for binding med visse grunnmassematerialer.
Belegget blir typisk påført ved anvendelse av kjente metoder, som f.eks. kjemisk dampavsetning som er beskrevet i US patent nr. 3757878. Disse metoder anvendes for å på-føre disse mekaniske lag som ikke normalt inneholder oxyda-sjonsresistente carbiddannere.
Den kjemiske binding mellom kornet og belegget oppnås på en måte som er avhengig av det ønskede sluttprodukt. Dersom for eksempel kornet skal innarbeides i et sagblad, vil prosessbetingelsene for å danne bladet, spesielt temperaturen som er nødvendig for å danne bladet, være tilstrekkelige til å bevirke dannelsen av den kjemiske binding. Hvis på den annen side det ønskede sluttprodukt blir dannet ved for-skjellige prosessbetingelser som ikke vil igangsette til-strekkelig kjemisk binding, blir det belagte korn forbe-handlet under slike betingelser som i en ovn for eksempel ved en effektiv . carbiddannelsestemperatur, som f.eks. ca. 850°C, for å bevirke dannelsen av kjemisk binding før kornet anvendes i sluttproduktet.
Efter at belegget er blitt påført på kornet.
kan det belagte korn anvendes på lignende måte som et ubelagt korn for påfølgende prosessering for fremstilling av verk-tøy. Ved fremstilling av for eksempel et sagblad blir kornet blandet med et godt blandet grunnmassemetallpulver og derefter enten varmpresset ved 800-100°C til den ønskede form eller infiltrert med en bindelegering. Resultatet er et sagblad med korn som er kjemisk bundet av belegningsmaterialet og med belegningsmaterialet kjemisk bundet til grunnmassematerialet. Kort sagt er alle grenseflatene forbundet med hverandre ved hjelp av kjemiske bindinger.
I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen blir det belagte korn pakket slik at det fås en masse med meget høy tetthet. For eksempel ved hjelp av vibrasjons-pakking kan korn med en enkel størrelse (500^um) bli gitt en pakkingseffektivitet av ca. 55% (resten, 45%, er porøsitet). Ved tilsetning av et korn med en annen størrelse (70^um),
som er ca. 1/7 av størrelsen for det første korn, kan pak-kingsef f ektiviteten økes til ca. 77%. En ytterligere tilsetning av et korn med en tredje størrelse som igjen er ca. 1/7 av størrelsen for det annet korn, kan hele massen gis en pakkingseffektivitet av over 83%. Efter at kornet er blitt pakket blir massen infiltrert av en legering som har et smeltepunkt under nedbrytningstemperaturen for superslipe-kornet. Dersom et diamantkorn anvendes, er temperatur-grensen under 1100°C for syntetisk korn avhengig av kvalitet, og ca. 1300°C for naturlig korn. På grunn av nærværet av belegget vil bindelegeringen infiltrere den sterkt sammen-pakkede masse av superslipekorn forholdsvis lett. Uten belegget kan de fleste bindelegeringer ikke infiltrere en slik masse.
Når denne utførelsesform anvendes, fås et superslipende metallkomposittmateriale, som f.eks. en diamant-metall-kompositt som den foreliggende patentsøker betegner som "Diamet". Dette sammensatte materiale oppviser høyere slag-fasthet enn et typisk polykrystallinsk superslipende aggregat på grunn av nærværet av metallbindemidlet. Det er for eksempel blitt oppnådd en Diamet-masse som er seigere enn et polykrystallinsk diamant (PCD)-materiale når disse produkter utsettes for slagprøvning.
"Diamef-materialet kan lett bindes til et sementert WC-substrat under dannelse for eksempel av kuttere som er anvendbare for borbitter for jordboringsformål. Slike kuttere med underlag er blitt prøvet i et laboratorium, og kutteresultatene kan sammenlignes med resultatene for kuttere laget av sammenpressede materialer, som f.eks. Geoset.
Den foreliggende fremgangsmåte byr på flere for-
deler. For eksempel innbefatter den ikke anvendelse av meget høye trykk, hvilket er nødvendig for fremstilling av et polykrystallinsk superslipende aggregat, som f.eks. en PCD,
og prisen for fremstilling av dette komposittmateriale kan
derfor holdes langt lavere enn ved anvendelse av fremgangs-måter i henhold til teknikkens stand. Størrelsen og formen til dette materiale kan også være mer fleksibelt uten å være begrenset av høytrykkskammeret.
Eksempel 1
Et korn av naturlig diamant og tilgjengelig under yarenavnetEMBS og levert av DeBeers Co. med en størrelse (30/40 US mesh = 595^um/420^um) med en F.E.P.A. designasjon på D602 ble belagt med et wolframlag under anvendelse av CVD-metoden med fluidisert sjikt. Diamantkornene ble således dyppet ned i en sur oppløsning omfattende flussyre og sal-petersyre i ca. 1 minutt. De ble skylt i avionisert vann i 15 minutter, efterfulgt av vasking i fortynnet NaOH-opp-løsning i 2 minutter og en ytterligere skylling .£ avionisert vann. De rensede korn ble tørket i en ovn. De tørkede diamantkorn ble fylt i en kjemisk dampavsetnings (CVD)-reak-tor som omfattet et grafittrør. Efter at diamantkornene var blitt fylt i reaktoren, ble argon innført i reaksjons-kammeret ved et trykk av ca. 5 torr i ca. 3 0 minutter. Trykket ble derefter endret til 0,5 torr for å la vann for-dampe. Derefter ble en gass som omfattet Ar, He, H2 i et forhold 1:1:1 innført i kammeret ved et trykk av 5 torr og en strømningshastighet på 0,21 l/min mens reaktoren ble oppvarmet til 900°C i løpet av 16 minutter og holdt ved 900°C i 30 minutter. Temperaturen ble senket til 700°C i 3 minutter, og derefter ble trykket øket til 12 torr. Strømningshastigheten for gassen ble øket for å fluidisere diamantkornene i reaktoren, og samtidig ble WFg (wolfram-hexafluorid) innført for å bevirke avsetning av wolfram på diamanten opp til ll^um i løpet av ca. 75 minutter. Til slutt ble en strøm bare av argon innført for at reaktoren skulle kunne avkjøles til romtemperatur. Wolframbelegg-tykkelsen på produktet var 7,75^um. Det belagte korn ble formet til sagsegmenter ved varmpressing med et grunnmassemateriale av 80% Cu-Sn-legering og 20% sementert wolfram-carbidkorn. Disse segmenter ble anvendt for å kutte en slip-ende betongprøve som inneholdt flintkorn. Resultatene an-tydet at kornuttrekningstapet ble redusert til under 10% på kutteoverflaten efter prøving. Dette lave uttrekkingstap står i skarp kontrast til 40% fra et parallelt forsøk hvor ubelagt korn ble anvendt under identiske betingelser.
Eksempel 2
Et syntetisk diamantkorn som er tilgjengelig under varenavnet SDA10 0 og som også leveres av DeBeers Co. og med en størrelse som har en F.E.P.A. designasjon på D602, ble belagt med et wolframlag med en tykkelse av ca. 10^um som i Eksempel 1. Det belagte korn ble spredd ut under dannelse av et plan av tettpakket monolag i et grunnmassepulver-legeme av wolframcarbid. Montasjen ble forhåndspresset til den ønskede form og senere varmpresset ved en temperatur av 815°C og et trykk av 246 kg/cm<2>. Den varmpressede masse hadde hundebenform. Strekkprøvingsprøvestykket ble derefter utsatt for en strekkprøving (uniaksial strekkprøving). Resultatene anga at det belagte korn med en slik geometri kan understøtte strekkfasthet av 2,33 kg/cm 2. Ubelagte korn oppviste under identiske prøvningsbetingelser praktisk talt ingen strekkfasthet.
Det ovenstående belagte korn ble også overbelagt med et elektrofritt avsatt nikkel-borlag med en tykkelse av ca. 30^um ved anvendelse av en metode som ble stilt til rådighet av Allied-Kelite divisjon av Witco Corp. En oppløsning omfattende nikkel-boron, tilgjengelig fra Witco Corp., ble anvendt. I det første belegningstrinn ble wolframoverflaten renset under anvendelse av en oppløsning, som f.eks. Niklad Alprep 230 oppløsning fra Witco, ved oppvarming av oppløs-ningen til 65,5°C, og diamantkornene ble neddyppet i 5 minutter. Derefter ble diamantkornene skylt i vann fra kranen inntil skummet var forsvunnet. En sensibilisator som er tilgjengelig i handelen under varenavnet Niklad 261, fra Witco, ble påført på diamantkornoverflåtene ved ned-dypping av kornene i dette ved 224°C i 2 minutter. Diamantkornene ble derefter skylt i avionisert vann. En kataly-sator som er tilgjengelig under varemerket Niklad 262 ble derefter påført på diamantkornoverflaten ved at diamantkornene ble neddyppet i denne i 43°C i 4 minutter ved en pH av 1,9-3. Diamantkornene ble derefter skylt i avionisert vann. De behandlede diaraantkorn ble tørket og neddyppet i en Ni-B-oppløsning som er tilgjengelig under varenavnet Niklad 752, ved en pH av ca. 6 og ved en temperatur av 80°C. Nikkellaget inneholdt ca. 3% bor. Under de samme prøvings-betingelser var strekkfastheten 3,10 kg/cm 2.
Ved et parallelt forsøk ble en samme grittype først oppruet på overflater og derefter belagt med de samme dob-beltlag. Overflateoppruingen ble utført ved fresing mot diamantmikropulver i et vandig medium. Fresingen varte i 24 timer, og kornet hadde et sluttvekttap på ca. 0,7%. Under de ovenstående prøvingsbetingelser var strekkfastheten øket
2
til 5,43 kg/cm .
Eksempel 3
Wolframbelagt diamantmikropulver fremstilt ved fremgangsmåten beskrevet i Eksempel 1 og med en størrelse av 500^um & 60^um ble vibrasjonspakket til en jevnt fordelt masse med en pakkingseffektivitet på 80%. Massen ble derefter infiltrert av en legering sammensatt av kobber, mangan og titan, under vakuum i 20 minutter ved 1050°C. Denne "Diamet" ble omformet til en kutter og anvendt for å kutte en granittstokk under anvendelse av kjølemiddel. Slitasje-motstandsdyktigheten ble målt og sammenlignet med andre handelstilgjengelige PCD-materialer prøvet under de samme betingelser. Resultatene anga at slitasjemotstandsdyktig-heten for "Diamet" er sammenlignbar med PCD av Geoset-typen som leveres av General Electric Company. Det sistnevnte produkt fremstilles under høytrykksbetingelser i stabilitets-området for diamant. Den samme "Diamet"-prøve ble også utsatt for en erosjonsprøving ved innsprøyting av et slipen middelholdig slam. Erosjonsmotstandsdyktigheten viste seg å kunne sammenlignes med den for en infiltrert wolfram-carbidplugg som typisk anvendes som fronten av et grunnmasse-bittlegeme. "Diamet"-materialet med en slik høy slitasje-motstandsdyktighet og erosjonsmotstandsdyktighet er anvend bar for å danne kuttere i borbitter for fjellboring. For borbittene som er kjente i henhold til teknikkens stand, ble typisk PCD (som f.eks. Geoset)- eller wolframcarbidinnsats-stykker anvendt.
Eksempel 4
"Diamet"-kuttere fremstilt i overensstemmelse med Eksempel 3 ble slagloddet til et bittlegeme ved anvendelse av en typisk slagloddingsmetode som er kjent fra teknikkens stand og under anvendelse av et bittlegeme på 21,6 cm.
Claims (16)
1. Belagt superslipekorn som kan tåle en strekkfasthet på 2,3 kg/cm<2>,
karakterisert ved at det omfatter superslipekornpartikler som er valgt fra gruppen bestående av diamant og CBN og har renset overflate og er dekket med et i det vesentlige kontinuerlig metallisk belegg valgt fra gruppen bestående av W, Mo, Ta, Nb og legeringer derav idet belegget har en tykkelse av 1-50 um og er kjemisk bundet til kornpartiklene, og at det eventuelt dessuten omfatter et annet i det vesentlige kontinuerlig metallisk belegg på toppen av det første metalliske belegg, idet det annet metalliske belegg omfatter nikkel eller kobber og idet den samlede tykkelse av det første og det annet metalliske belegg er i området 1-50 um.
2. Superslipekorn ifølge krav 1, karakterisert ved at superslipekornpartik-lene har oppruet overflate.
3. Superslipekorn ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det omfatter det annet metalliske belegg.
4. Superslipekorn ifølge krav 3, karakterisert ved at det første metalliske belegg består av wolfram.
5. Superslipekorn ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at det annet metalliske belegg omfatter nikkel.
6. Superslipekorn ifølge krav 2-5, karakterisert ved at det metalliske belegg omfatter NiB.
7. Superslipekorn ifølge krav 2-6, karakterisert ved at det første metalliske belegg er wolfram og at det annet metalliske belegg omfatter NiB.
8. Superslipekorn ifølge krav 2-7, karakterisert ved at det første metalliske belegg har en tykkelse av ca. 10 um og at det annet metalliske belegg en tykkelse av ca. 30 pm.
9. Fremgangsmåte for fremstilling av et belagt superslipekorn som omfatter superslipekornpartikler valgt fra gruppen bestående av diamant og CBN,
karakterisert ved at den omfatter de trinn at
kornet overflaterenses, idet dette trinn innbefatter skylling av kornet i avionisert vann, og
det rensede korn belegges med et metall som ikke er lett oksyderbart og som er valgt fra W, T, Mo, Nb eller legeringer derav, med en tykkelse på 1-50 um, og
det belagte korn behandles termisk under dannelse av en sterk kjemisk binding mellom belegget og kornet.
10. Et verktøy som omfatter et belagt superslipekorn som kan tåle en strekkf asthet på 2,3 kg/cm<2>, ifølge krav 1-8, karakterisert ved at det belagte superslipekorn befinner seg i kontakt med en grunnmasse som er bundet til et verktøylegeme.
11. Verktøy ifølge krav 10,
karakterisert ved at verktøylegemet er metallisk.
12. Verktøy ifølge krav 10, karakterisert ved at verktøylegemet er ikke-metallisk.
13. Verktøy ifølge krav 10,
karakterisert ved at det er et sagblad.
14. Verktøy ifølge krav 10,
karakterisert ved at det er en borbitt.
15. Verktøy ifølge krav 11-14, karakterisert ved at kornet har en pakkings-ef fektivitet på over 70 volum%.
16. Kutteverktøy,
karakterisert ved at det som kuttedeler omfatter et belagt superslipekorn ifølge krav 1-8 og at kornet utgjør en integrerende del av et verktøy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO904976A NO300549B1 (no) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | Belagt superslipekorn og fremstilling og anvendelse av dette |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO904976A NO300549B1 (no) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | Belagt superslipekorn og fremstilling og anvendelse av dette |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO904976D0 NO904976D0 (no) | 1990-11-16 |
NO904976L NO904976L (no) | 1992-05-18 |
NO300549B1 true NO300549B1 (no) | 1997-06-16 |
Family
ID=19893642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO904976A NO300549B1 (no) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | Belagt superslipekorn og fremstilling og anvendelse av dette |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NO (1) | NO300549B1 (no) |
-
1990
- 1990-11-16 NO NO904976A patent/NO300549B1/no unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO904976L (no) | 1992-05-18 |
NO904976D0 (no) | 1990-11-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0485660B1 (en) | Coated superabrasive grit and use of same | |
EP2798140B1 (en) | Solid pcd cutter | |
US10315288B2 (en) | Carbonate-catalyzed polycrystalline diamond elements, methods of manufacturing the same, and applications therefor | |
CA2588331C (en) | Thermally stable ultra-hard material compact constructions | |
US8056650B2 (en) | Thermally stable ultra-hard material compact construction | |
US8071173B1 (en) | Methods of fabricating a polycrystalline diamond compact including a pre-sintered polycrystalline diamond table having a thermally-stable region | |
EP0643792B1 (en) | Rolling cone bit with wear resistant insert | |
US6779951B1 (en) | Drill insert using a sandwiched polycrystalline diamond compact and method of making the same | |
US9103172B1 (en) | Polycrystalline diamond compact including a pre-sintered polycrystalline diamond table including a nonmetallic catalyst that limits infiltration of a metallic-catalyst infiltrant therein and applications therefor | |
US8377157B1 (en) | Superabrasive articles and methods for removing interstitial materials from superabrasive materials | |
US8881361B1 (en) | Methods of repairing a rotary drill bit | |
US10119334B1 (en) | Polycrystalline diamond compact including substantially single-phase polycrystalline diamond body and applications therefor | |
US10704334B2 (en) | Polycrystalline diamond compact cutters having protective barrier coatings | |
EP3399136B1 (en) | Methods of forming polycrystalline diamond compacts | |
MX2011009297A (es) | Diamante policristalino. | |
US20160263727A1 (en) | Methods of fabricating a polycrystalline diamond compact including gaseous leaching of a polycrystalline diamond body | |
WO2015102860A1 (en) | Pcd wafer without substrate for high pressure / high temperature sintering | |
US8784517B1 (en) | Polycrystalline diamond compacts, methods of fabricating same, and applications therefor | |
CA2028415C (en) | Chemically bonded superabrasives grit | |
JP2735685B2 (ja) | 被覆された超研摩材砥粒及びこれを含んでなる工具 | |
NO300549B1 (no) | Belagt superslipekorn og fremstilling og anvendelse av dette | |
IE904139A1 (en) | Coated superabrasive grit and use of same | |
KR0153252B1 (ko) | 피복된 초연마재 그릿, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 기구 | |
US20180142522A1 (en) | Cutting elements having accelerated leaching rates and methods of making the same | |
US20140144713A1 (en) | Eruption control in thermally stable pcd products |