RU2307859C2 - Binder for producing abrasive parts and tools (variants) - Google Patents

Binder for producing abrasive parts and tools (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2307859C2
RU2307859C2 RU2005128242/04A RU2005128242A RU2307859C2 RU 2307859 C2 RU2307859 C2 RU 2307859C2 RU 2005128242/04 A RU2005128242/04 A RU 2005128242/04A RU 2005128242 A RU2005128242 A RU 2005128242A RU 2307859 C2 RU2307859 C2 RU 2307859C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
binder
pyrocarbon
abrasive
carbon black
carbon
Prior art date
Application number
RU2005128242/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005128242A (en
Inventor
Семен Семенович Семенов (RU)
Семен Семенович Семенов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Друза-А"
Семен Семенович Семенов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Друза-А", Семен Семенович Семенов filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Друза-А"
Priority to RU2005128242/04A priority Critical patent/RU2307859C2/en
Publication of RU2005128242A publication Critical patent/RU2005128242A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2307859C2 publication Critical patent/RU2307859C2/en

Links

Landscapes

  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

FIELD: binders used for making abrasive parts and tools.
SUBSTANCE: binder is formed during process of treating hydrocarbon gas in pyrolysis condition inside pores of blank of abrasive product. Binder contains, mass%: technical carbon, 0.01 - 3 %; pyrocarbon or pyrocarbon with fibrous carbon, the balance. Hydrocarbon gas may contain in addition 0.15 vol% of acetylene.
EFFECT: possibility for using abrasive product with such binder for highly effective cutting of hard alloy without dressing of tool.
3 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к производству абразивных элементов и инструментов на органических связующих, в том числе из порошков сверхтвердых материалов.The invention relates to the production of abrasive elements and tools on organic binders, including from powders of superhard materials.

В настоящее время наибольший объем абразивного инструмента на органических связующих изготавливается из связующих на основе фенолоформальдегидных и полиамидных смол. Эти изделия имеют относительно невысокий уровень эксплуатационных свойств (размерная стойкость, коэффициент шлифования), вызванный низкими значениями теплостойкости, химической стойкости и теплопроводности этих связующих, их высокими коэффициентами линейного термического расширения.Currently, the largest volume of abrasive tools on organic binders is made from binders based on phenol-formaldehyde and polyamide resins. These products have a relatively low level of operational properties (dimensional stability, grinding coefficient) caused by low values of heat resistance, chemical resistance and thermal conductivity of these binders, their high coefficients of linear thermal expansion.

Существенно более высокие эксплуатационные свойства имеют абразивные изделия на связующем (варианты), описанном в патенте РФ [1], которое представляет собой две комбинации твердых продуктов пиролиза углеродсодержащих газов (мас.%):Significantly higher performance properties have abrasive products on the binder (options) described in the patent of the Russian Federation [1], which is two combinations of solid pyrolysis products of carbon-containing gases (wt.%):

- волокнистый углерод - 0,1-99,5; пироуглерод - - fibrous carbon - 0.1-99.5; pyrocarbon - остальное; -волокнистый углерод - 0,1-99,51, пироуглерод и алмаз -остальное.rest; -fibrous carbon - 0.1-99.51, pyrocarbon and diamond - the rest.

Связующее образуется в результате термической обработки "сырой" пористой заготовки абразивного инструмента в среде углеродсодержащего газа. В процессе этой обработки в поровой структуре заготовки абразивного инструмента (в его объеме) отлагаются твердые продукты пиролиза углеродсодержащих газов (связующее), которые прочно консолидируют порошкообразные ингредиенты рецептур абразивных изделий. Это изобретение выбрано в качестве аналога.A binder is formed as a result of heat treatment of a "raw" porous workpiece of an abrasive tool in a carbon-containing gas environment. During this treatment, solid products of carbon-containing gas pyrolysis (binder) are deposited in the pore structure of the abrasive tool blank (in its volume), which solidly consolidate the powdery ingredients of the abrasive product formulations. This invention is selected as an analogue.

В процессе работы любого абразивного инструмента происходит притупление абразивных зерен. При этом, за счет возрастания нагрузки на затупившиеся зерна, должно происходить их удаление (вырыв) из рабочего слоя. Абразивный инструмент при этом продолжает работать с прежней производительностью (режим самозатачивания). Если же абразивные зерна удерживаются связующим очень прочно (высокая адгезия) и оно имеет высокую механическую прочность, то происходит постепенное увеличение сил резания, снижение производительности шлифования.During the operation of any abrasive tool, blunting of abrasive grains occurs. At the same time, due to an increase in the load on dull grains, their removal (tearing) out of the working layer should occur. At the same time, the abrasive tool continues to work with the previous productivity (self-sharpening mode). If the abrasive grains are held by the binder very firmly (high adhesion) and it has high mechanical strength, then there is a gradual increase in cutting forces, a decrease in grinding performance.

Известно, что образование технического углерода является объемным процессом. Если учесть, что удельная поверхность абразивного изделия, подвергаемого насыщению, довольно высока, то при пиролизе чистого природного газа в поровой структуре изделия образование технического углерода (сажи) маловероятно [2]. В работе [4] показано, что при термическом разложении ацетилена скорость роста пироуглерода на поверхности значительно ниже скорости роста технического углерода. Поэтому, если в природный газ добавлять ацетилен в концентрации 0,1-0,3 об.% [3], то в поровой структуре одновременно с пироуглеродом начинает выделяться технический углерод в виде отдельных микрочастиц. Это наблюдение предлагается использовать в настоящем изобретении для введения технического углерода в связующее. Его количество в связующем, необходимое для прерывания роста пироуглерода и уменьшения его адгезии к абразивным зернам, составляет от 0,01 до 3 мас.%. При большем количестве технического углерода происходит снижение плотности связующего и существенно уменьшается коэффициент шлифования. Операцию введения технического углерода в состав связующего предлагается осуществлять в два этапа: в начале процесса насыщения и в его середине. После каждого этапа введения технического углерода должна проводиться термоокислительная деструкция технического углерода, пироуглерода и волокнистого углерода на поверхности абразивных изделий. При этом «вскрываются» места (поры) входа газа в объем изделий. Термоокислительная деструкция реализуется за счет подачи в реактор насыщения диоксида углерода, паров воды и пр. Дальнейшее совершенствование этого вида связующих было осуществлено в заявке РФ [5]. В нем описаны два варианта связующих:The formation of carbon black is known to be a voluminous process. If we take into account that the specific surface area of the abrasive product subjected to saturation is rather high, then during the pyrolysis of pure natural gas in the pore structure of the product, the formation of carbon black (soot) is unlikely [2]. It was shown in [4] that, during the thermal decomposition of acetylene, the growth rate of pyrocarbon on the surface is much lower than the growth rate of carbon black. Therefore, if acetylene is added to natural gas at a concentration of 0.1-0.3 vol.% [3], carbon black in the form of separate microparticles begins to be emitted in the pore structure simultaneously with pyrocarbon. This observation is proposed to be used in the present invention for introducing carbon black into a binder. Its amount in the binder, necessary to interrupt the growth of pyrocarbon and reduce its adhesion to abrasive grains, is from 0.01 to 3 wt.%. With more carbon black, the density of the binder decreases and the grinding coefficient decreases significantly. The operation of introducing carbon black into the binder is proposed to be carried out in two stages: at the beginning of the saturation process and in its middle. After each stage of the introduction of carbon black, thermal oxidative degradation of carbon black, pyrocarbon and fibrous carbon on the surface of abrasive products should be carried out. At the same time, the places (pores) of gas entry into the product volume are “opened”. Thermo-oxidative degradation is realized by supplying carbon dioxide, water vapor, etc. to the reactor. Further improvement of this type of binders was carried out in the RF application [5]. It describes two options for binders:

- чистый пироуглерод; - эпитаксиальный алмаз - 0,1-60 мас.%; пироуглерод - остальное.- pure pyrocarbon; - epitaxial diamond - 0.1-60 wt.%; pyrocarbon - the rest.

При этом были устранены недостатки, связанные с отрицательными последствиями введения в состав кругов металлов-катализаторов образования волокнистого углерода (графитизация алмаза) и была повышена полнота заполнения поровой структуры абразивных изделий продуктами пиролиза углеродсодержащих газов. Это изобретение выбрано в качестве прототипа: связующее для изготовления абразивных элементов и инструментов на основе продуктов пиролиза углеродсодержащих газов.At the same time, the disadvantages associated with the negative consequences of introducing the formation of fibrous carbon (diamond graphitization) into the circles of metal catalysts were eliminated and the completeness of filling the pore structure of abrasive products with carbon-based gas pyrolysis products was increased. This invention is selected as a prototype: a binder for the manufacture of abrasive elements and tools based on the products of pyrolysis of carbon-containing gases.

При пиролизе углеродсодержащих газов возможно образование следующих продуктов: технический углерод (сажа), пироуглерод, волокнистый углерод, эпитаксиальный алмаз.During the pyrolysis of carbon-containing gases, the formation of the following products is possible: carbon black (soot), pyrocarbon, fibrous carbon, epitaxial diamond.

Связующие, описанные в прототипе, содержат либо чистый пироуглерод, либо пироуглерод в смеси с эпитаксиальным алмазом. Пироуглерод осаждается в поровой структуре сырых абразивных изделий в виде «микроконусов», начинающихся от исходной поверхности и ориентированных нормально к поверхности роста. Материал является сильно текстурированным и анизотропным [2]. Учитывая высокую адгезию пироуглерода к поверхностям абразивных материалов, связующее прочно удерживает абразивные зерна и не дает возможности их удаления при затуплении режущих кромок. Дополнительное сопротивление удалению зерен оказывают порошкообразные компоненты наполнителей, «пропитанные» прочными связующими (как в аналоге, так и в прототипе).The binders described in the prototype contain either pure pyrocarbon or pyrocarbon mixed with epitaxial diamond. Pyrocarbon is deposited in the pore structure of raw abrasive products in the form of "microcones" starting from the initial surface and oriented normally to the growth surface. The material is highly textured and anisotropic [2]. Given the high adhesion of pyrocarbon to the surfaces of abrasive materials, the binder firmly holds abrasive grains and does not allow them to be removed when the cutting edges are dull. An additional resistance to the removal of grains is provided by the powdered components of the fillers, “impregnated” with strong binders (both in the analogue and in the prototype).

Если в процессе насыщения удастся доставить в зону роста пироуглерода микрочастицы изометрической формы, то они, включаясь в растущую структуру пироуглерода, будут являться местами роста новых «микроконусов» пироуглерода, будут уменьшать поверхность контакта пироуглерода с зернами абразива (снижать адгезию). Тем самым можно регулируемо снижать прочность удержания абразивных зерен. Дополнительно, образующаяся «бимодальная» структура приводит к высокой изотропности свойств связующего. Роль «прерывателя» роста пироуглерода может выполнить технический углерод (сажа) при определенных технологических режимах процесса насыщения. Для качественной и количественной оценки состава предлагаемого связующего были проведены эксперименты на модельных рецептурах абразивных изделий.If microparticles of isometric shape can be delivered to the growth zone of pyrocarbon during saturation, then, being included in the growing structure of pyrocarbon, they will be the growth sites of new “microcones” of pyrocarbon and will reduce the contact surface of pyrocarbon with abrasive grains (reduce adhesion). In this way, the retention strength of the abrasive grains can be controlled in a controlled manner. Additionally, the resulting "bimodal" structure leads to high isotropic properties of the binder. The role of a "breaker" of pyrocarbon growth can be performed by carbon black (soot) under certain technological conditions of the saturation process. To qualitatively and quantitatively evaluate the composition of the proposed binder, experiments were conducted on model formulations of abrasive products.

Задачей настоящего изобретения явилось повышение в процессе эксплуатации абразивных изделий производительности шлифования, свойственной начальному периоду работы, техническим же результатом оптимизация структуры, механических свойств связующего и его адгезии к абразивным зернам.The objective of the present invention was to increase during operation of abrasive products grinding performance inherent in the initial period of operation, the technical result being the optimization of the structure, mechanical properties of the binder and its adhesion to abrasive grains.

Для этого связующее на основе смеси продуктов пиролиза углеродсодержащих газов содержит, мас.%:For this, a binder based on a mixture of products of pyrolysis of carbon-containing gases contains, wt.%:

- технический углерод - 0,01-3%, пироуглерод - остальное;- carbon black - 0.01-3%, pyrocarbon - the rest;

- технический углерод - 0,01-3%, пироуглерод и волокнистый углерод - остальное;- carbon black - 0.01-3%, pyrocarbon and fibrous carbon - the rest;

- технический углерод - 0,01-3%, пироуглерод, волокнистый углерод и алмаз - остальное;- carbon black - 0.01-3%, pyrocarbon, fibrous carbon and diamond - the rest;

- технический углерод - 0,01-3%, пироуглерод и алмаз - остальное.- carbon black - 0.01-3%, pyrocarbon and diamond - the rest.

Компоненты связующего могут быть легированы бором, кремнием, титаном и другими химическими элементами и соединениями или их смесями.The components of the binder can be doped with boron, silicon, titanium and other chemical elements and compounds, or mixtures thereof.

Как показали результаты длительной эксплуатации алмазного инструмента (по прототипу) при резке твердого сплава наблюдается устойчивое, весьма нежелательное снижение производительности шлифования в зависимости от времени работы. При абразивной обработке других, более твердых материалов наблюдается еще более сильное снижение производительности шлифования. В этих случаях требуется прерывать работу и производить правку инструмента для восстановления его режущей способности. Кроме этого следует учитывать, что в процессе правок в шлам может удаляться до 20-30% объема круга.As shown by the results of long-term operation of a diamond tool (according to the prototype), a steady, very undesirable decrease in grinding performance depending on the operating time is observed when cutting a hard alloy. With abrasive treatment of other, harder materials, an even greater reduction in grinding performance is observed. In these cases, it is necessary to interrupt the work and to make the editing of the tool to restore its cutting ability. In addition, it should be borne in mind that in the process of dressing, up to 20-30% of the volume of the circle can be removed to the sludge.

Отрезные круги по предлагаемому техническому решению и по прототипу изготавливались одинаковых составов:Cutting wheels according to the proposed technical solution and prototype were made of the same compositions:

- алмазный порошок АС6 80/63 - 46 мас.%- diamond powder AC 6 80/63 - 46 wt.%

- электрокорунд белый М3 - 54 мас.%- white aluminum oxide M3 - 54 wt.%

Исходные порошки смешивали и пластифицировали. Из них прессовали отрезные круги 1А8 115×85 мм, высотой 0,7 мм. После сушки при 200°С и карбонизации при 800°С отрезные круги подвергались насыщению в среде природного газа при 1000°С при атмосферном давлении. Методами оптической и электронной микроскопии, термогравиметрическими исследованиями было установлено, что связующее в прототипе полностью состоит из пироуглерода.The starting powders were mixed and plasticized. Cutting wheels 1A8 115 × 85 mm, 0.7 mm high were pressed from them. After drying at 200 ° C and carbonization at 800 ° C, the cutting wheels were saturated in natural gas at 1000 ° C at atmospheric pressure. Using optical and electron microscopy methods, thermogravimetric studies, it was found that the binder in the prototype consists entirely of pyrocarbon.

По предлагаемому изобретению в состав связующего дополнительно вводили технический углерод в количестве 0,3, 3,0 и 3,5 мас.% за счет различного времени насыщения природным газом с подмешиванием 0,15 об.% ацетилена. Испытания проводились в условиях резки твердого сплава ВК8 твердостью 87,5 HRA. Перед испытаниями проводилась однократная правка кругов мягким бруском из зеленого карбида кремния. Рабочая скорость кругов 25 м/с, нагрузка на круг - 10 ньютонов. Круги при испытаниях интенсивно охлаждались 3% раствором каустической соды.According to the invention, carbon black was additionally introduced into the binder in an amount of 0.3, 3.0 and 3.5 wt.% Due to different time of saturation with natural gas with the addition of 0.15 vol.% Acetylene. The tests were carried out under conditions of cutting carbide VK8 with a hardness of 87.5 HRA. Before the tests, a single dressing of the circles was carried out with a soft bar of green silicon carbide. The working speed of the circles is 25 m / s, the load on the circle is 10 Newtons. During the tests, the circles were intensively cooled with a 3% solution of caustic soda.

Результаты испытаний представлены в таблице №1:The test results are presented in table No. 1:

Производительность шлифования (резки), [см2/мин] (числитель), коэффициент шлифования (знаменатель).Grinding (cutting) productivity, [cm 2 / min] (numerator), grinding coefficient (denominator). ТехнологияTechnology В начале экспериментаAt the beginning of the experiment Через 10 минутIn 10 minutes Через 30 минутIn 30 minutes Через 40 минутIn 40 minutes ПрототипPrototype 1,9/2001.9 / 200 1,7/2001.7 / 200 1,3/2101.3 / 210 0,9/2200.9 / 220 Опытная №1 (0,3 мас.% технического углерода)Experimental No. 1 (0.3 wt.% Carbon black) 2,1/1902.1 / 190 2,0/2052,0 / 205 2,0/2102,0 / 210 1,95/2051.95 / 205 Опытная №2 (3,0 мас.% технического углерода)Experimental No. 2 (3.0 wt.% Carbon black) 2,3/1602,3 / 160 2,3/1702,3 / 170 2,25/1652.25 / 165 2,2/1802,2 / 180 Опытная №3 (3,5 мас.% технического углерода)Experimental No. 3 (3.5 wt.% Carbon black) 2,5/302,5 / 30 2,6/252.6 / 25 2,5/302,5 / 30 2,4/352,4 / 35

Результаты испытаний показали, что при содержании технического углерода в составе связующего больше 3 мас.% наблюдается катастрофическое снижение эксплуатационных свойств за счет сильного снижения адгезии связующего к абразивным зернам и его общего разупрочнения. Меньшие количества технического углерода в составе связующего положительно влияют на эксплуатационные свойства абразивных изделий. Производительность резки твердого сплава (после 40 минут работы) у опытного состава №1 более чем в два раза выше, чем у прототипа. При этом отпадает необходимость прерывать работу и производить дорогостоящую правку инструмента.The test results showed that when the content of carbon black in the binder is more than 3 wt.%, There is a catastrophic decrease in performance due to a strong decrease in the adhesion of the binder to abrasive grains and its overall softening. Smaller quantities of carbon black in the binder have a positive effect on the performance properties of abrasive products. The cutting performance of hard alloy (after 40 minutes of operation) of the experimental composition No. 1 is more than twice as high as that of the prototype. At the same time, there is no need to interrupt work and make expensive editing of the tool.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2166425, В24D 3/00, С08J 5/14, 5/04, 2001.1. RF patent No. 2164425, B24D 3/00, C08J 5/14, 5/04, 2001.

2. Р.Г.Аварбэ. Химическое газофазное осаждение тугоплавких конструкционных материалов. Ленинград, ГИПХ, 1976, с.9.2. R.G. Avarbe. Chemical gas-phase deposition of refractory structural materials. Leningrad, GIPH, 1976, p. 9.

3. П.А.Теснер. Образование углерода из углеводородов газовой фазы, М., Химия, 1972.3. P.A. Tesner. The formation of carbon from hydrocarbons in the gas phase, M., Chemistry, 1972.

4. С.С.Абаджаев, П.А.Теснер, В.У.Шевчук. Газовая промышленность, №10, 36, 1969.4.S. S.Abadzhaev, P.A. Tesner, V.U. Shevchuk. Gas industry, No. 10, 36, 1969.

5. Заявка РФ №2001134226/02, В24D 3/20, 18/00, 2003.5. Application of the Russian Federation No. 2001134226/02, B24D 3/20, 18/00, 2003.

Claims (3)

1. Связующее, образованное при обработке углеводородного газа в условиях пиролиза в порах заготовки абразивного изделия, отличающееся тем, что связующее имеет следующий состав, мас.%:1. The binder formed during the processing of hydrocarbon gas in the conditions of pyrolysis in the pores of the workpiece of an abrasive product, characterized in that the binder has the following composition, wt.%: Технический углеродCarbon black 0,01-30.01-3 ПироуглеродPyrocarbon остальноеrest
2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что углеводородный газ дополнительно содержит 0,15 об.% ацитилена.2. The binder according to claim 1, characterized in that the hydrocarbon gas additionally contains 0.15 vol.% Acythylene. 3. Связующее, образованное при обработке углеводородного газа в условиях пиролиза в порах заготовки абразивного изделия, отличающееся тем, что связующее имеет следующий состав, мас.%:3. A binder formed during the processing of hydrocarbon gas under conditions of pyrolysis in the pores of an abrasive product blank, characterized in that the binder has the following composition, wt.%: Технический углеродCarbon black 0,01-30.01-3 Пироуглерод и волокнистый углеродPyrocarbon and Fibrous Carbon остальноеrest
RU2005128242/04A 2005-09-05 2005-09-05 Binder for producing abrasive parts and tools (variants) RU2307859C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005128242/04A RU2307859C2 (en) 2005-09-05 2005-09-05 Binder for producing abrasive parts and tools (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005128242/04A RU2307859C2 (en) 2005-09-05 2005-09-05 Binder for producing abrasive parts and tools (variants)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005128242A RU2005128242A (en) 2007-03-10
RU2307859C2 true RU2307859C2 (en) 2007-10-10

Family

ID=37992333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005128242/04A RU2307859C2 (en) 2005-09-05 2005-09-05 Binder for producing abrasive parts and tools (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2307859C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005128242A (en) 2007-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190126861A (en) Sintered Polycrystalline Cubic Boron Nitride Materials
JP2004160637A (en) Sintered compact used for machining chemically reactive material
HUT62831A (en) Method for producing covered cubed leather-nitride abrasive grain, abrasive grain and grinding tool by using the same
JP2021073158A (en) Friable ceramic-bonded diamond composite particle, and method of producing the same
US20170121230A1 (en) Tungsten carbide-cubic boron nitride composite material and preparation method thereof
US4381271A (en) Use of fired fibrous graphite in fabricating polycrystalline diamond and/or cubic boron nitride/silicon carbide/silicon composite bodies
CN110625123A (en) High-performance polycrystalline diamond compact and preparation method thereof
KR20140108243A (en) Diamond composite and a method of making a diamond composite
CA1237876A (en) Method for manufacturing high-strength sintered silicon carbide articles
JPH0782031A (en) Cubic boron nitride-containing sintered compact and its production
RU2307859C2 (en) Binder for producing abrasive parts and tools (variants)
JP2010524839A (en) Materials based on boron suboxide
WO2004069399A1 (en) Cubic boron nitride, catalyst for synthesizing cubic boron nitride, and process for producing cubic boron nitride
GB2058840A (en) Production of polycrystalline cubic boron nitride
RU2424889C1 (en) Mass for production of diamond abrasive wheel
JP4714453B2 (en) Diamond or cBN tool and manufacturing method thereof
JP3553496B2 (en) Titanium carbide based alloys of hard materials, their preparation and use
RU2151814C1 (en) Method of preparing diamond-containing material and material prepared by this method
RU2166425C1 (en) Binder for manufacture of abrasive members and tools (versions) and binder manufacture method
JPH0421568A (en) Fine crystalline sintered compact with high hardness and production thereof
JPS62108716A (en) Production of cubic boron nitride
JP7302123B2 (en) Fibrous boron carbide and method for producing the same
RU2147509C1 (en) Method for making abrasive article and abrasive article made by such method
JPH0252675B2 (en)
RU2732258C1 (en) Method of producing composite material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090906