用金属涂覆超级磨料的方法技术

一种用金属涂覆金刚石超级磨料颗粒的方法，该方法是在形成涂层的金属化合物粉末存在条件下，在惰性气氛中加热超级磨料颗粒。该金属化合物可被起还原剂作用的超级磨料物质热还原生成金属。此过程在外面的金属层和超级磨料颗粒基材的界面上形成化学结合。涂覆有金属的超级磨料颗粒可以原位进行氢处理，并通过过筛容易地分离掉过量的形成涂层的粉末。此种产物颗粒可以理想地应用于各种结合金属的切割、切削、修饰和其它磨具中，尤其是金刚石膜镶入式工具和单层金刚石的工具中。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。具体而言，本专利技术涉及制造涂覆有薄层金属的金刚石磨料，所述薄层金属是化学结合到其下面的磨料颗粒的，这种涂覆的磨料对制造金属结合的超级磨料的研磨和切割工具或金属化的金刚石制品尤其有用。本申请是于2000年6月30日提出的美国专利专利申请09/609,453的后续申请。金刚石超级磨料具有极大的硬度，可以用来研磨其它很硬的材料。例如，经常使用超级磨料的磨具制造、修饰和或磨锐其它的磨具。因此，使用含超级磨料研磨部分的研磨和切割工具在工业上非常重要。简短地说，超级磨料的磨具基本上包括超级磨料物体、工具品质的结构金属芯、将超级磨料固定在复合结构中或将单层超级磨料固定到芯上的结合金属。上述超级磨料物体可以是不规则颗粒，有时称作粗砂、磨粒或颗粒，或者可以是预定精确形状如金刚石膜和成形的多晶复合物的制品。成形的金刚石镶装工具也可用来切削硬质磨料如金属基质的复合物和铸铝合金。所谓的单层颗粒磨具是在芯体上结合一层磨料层，该层的厚度是仅为单层磨料颗粒的标称厚度。有许多方法能制造金属结合的超级磨料磨具。诸如硬钎焊或软钎焊的许多方法，是将磨料颗粒通过结合组合物接触置于芯上，加热此整个组合件直到结合组合物液化，然后冷却使该结合组合物固结。最好是金属结合组合物能牢固地固定在芯体金属上，并将磨料颗粒粘合到芯体上。这种方法的一个主要缺点是许多优选使用的金属结合组合物并不能牢固地粘合到超级磨料上。附着弱就不能提供足够的结合强度，这又会导致磨料颗粒在操作期间从磨具上脱落。这对单层磨料颗粒的磨具尤其成为问题，磨具中，最好颗粒周围的结合物质尽可能少，以便露出尽可能大的切割表面。如果增加结合厚度来提高附着性，此时磨料颗粒埋入结合物质中，对被加工部件能呈现的切割表面就小。而且，使用期间厚的结合物质磨耗以后，留下不足量的低强度结合物质来保持颗粒，结果颗粒又容易从磨具上脱落。提高超级磨料与金属结合物体的粘合性的已知方法要求使用与超级磨料有反应活性的结合组合物，使得在制造磨具时，该结合组合物粘合到磨料颗粒表面上。然而，许多用于超级磨料结合的粉末状金属结合组合物是属于非反应活性的，即它们不能与超级磨料化学结合。缺乏与超级磨料的化学结合就会使超级磨料过早脱落。提高附着性的更好方法是在结合组合物前体中加入反应活性金属组分。这种组分的特点是直接与超级磨料反应形成在金属部分和磨料颗粒之间强的化学结合的能力。这些所谓“活性金属”结合组合物中因此既有非反应活性组分，也有反应活性组分。非反应活性组分一般构成结合组合物的大部分。非反应活性组分合金形成粘合到芯的牢固耐久的结合。反应活性组分则通过化学结合坚固地固定于超级磨料，并与非反应化学合金内聚在一起。例如，美国专利4,968,326(Wiand)公开了一种制造金刚石切割和研磨工具的方法，该方法包括将一种形成碳化物的物质与钎焊合金和临时粘合剂混合，将该混合物施加到磨具基材上，再在其上施加用金刚石，进行加热，先在金刚石上形成碳化物涂层。然后，将涂覆了碳化物的金刚石钎焊到磨具基材上。尽管采用活性金属的方法对早期方法有了这些改进，但是仍存在确保活性金属组分存在于需要形成化学结合的超级磨料颗粒表面上的问题。在这种方法一个主要方面，将活性金属组分以颗粒形式与金属结合组合物的其它组分混合。该混合物然后以糊料或干的形式施加。仅是靠近超级磨料颗粒的活性金属组分部分直接与磨料结合。在结合组合物其余部位的活性金属组分是多余的，最差时甚至对结合整体性能不利。因此，重要的是提供粒度尽可能细的活性金属组分，并将活性金属组分均匀混入在混合物中，以达到在形成结合时超级磨料与该组分最大程度的接触。提出解决这一问题的一种方法，是先用活性金属组分涂覆超级磨料细粒，然后再与其它结合组分混合。在形成结合的适当时间置入反应活性金属组分。例如，美国专利5,855,314(Shiue等人)提出一种涂覆方法，是将活性金属组分颗粒机械结合到超级磨料颗粒表面上。该方法为混合活性金属组分粉末与液体粘合剂形成粘合糊料，混合该糊料与磨料颗粒，对颗粒进行润湿，最后干燥该混合物，从而将活性组分粘合到颗粒上。重要的还有尽可能大地降低活性金属组分的粒度，以达到其均匀覆盖磨料颗粒的目的。即使活性金属组分以细颗粒提供，仍以宏观大的量存在于磨料颗粒表面上，因此，通常超过了需要将活性金属组分接合到超级磨料上所需的量。因为活性金属组分和超级磨料常常是不规则形状的颗粒，确保涂层既完整又均匀地在超级磨料表面上是困难的。已知有其它一些方法用来在基材上施加很薄的金属层。这些方法包括物理气相沉积和化学气相沉积(CVD)。前一种方法是向金属靶输入电能或热能，使其原子化，令产生的热金属原子冷凝到较冷的基材上。这种方法不能在沉积的金属和基材之间形成化学结合。CVD法是将气态金属化合物通入装有需涂覆的基材的加热CVD室。热量使气态金属化合物(如六氟化钨)分解成金属原子涂覆在基材上，同时除去通常有的分解副产物。CVD法有时胜于仅用金属物理涂覆基材的方法，它能提供金属-基材的化学结合。这是非常吸引人的特点，因为这可以使磨具制造厂家采用简单的助焊剂用钎焊或者空气中感应炉法，将预结合了涂覆金属的超级磨料结合到磨具芯上。如果金属涂层不能预先化学结合到超级磨料上，就必须以复杂得多且成本高得多的方法制造磨具，如在惰性气体或真空下的受控气氛中进行钎焊。不幸的是，CVD法仅在一些金属/超级磨料体系和施加极大热量条件下才能形成金属-基材的结合。而气态副产物又对基材不利。这种现象由Chen等人在美国专利5,224,969中提出，此专利涉及了采用CVD法用钨涂覆覆有铬的金刚石颗粒的方法。此专利说明了使用六氟化钨的CVD法会释放含氟气体，而这种气体与铬发生有害反应。因此，Chen等人提出一种可操作但很复杂的三层涂层法，在该方法中使用CVD法来施加第三层。而且，与该CVD涂覆法有关的气态试剂和副产物对人体都是毒性很强的。迫切要求制造具有超薄的反应活性或非反应活性金属涂层的超级磨料，而没有上述方法的困难或复杂问题。另外，要求能在超级磨料表面上容易地直接形成活性金属涂层，而不需要插入掩模金属层。还需要在超级磨料上形成化学结合金属涂层的快速方法。这就能提供例如适合于制造长寿命和有效的磨具或切割工具用的涂覆有金属的超级磨料来源，该工具采用常规方法例如用焊剂/钎焊或感应炉在空气中能固定到工具架子上。这类工具的特点是超级磨料和强度很高的芯之间的金属结合，低的结合物质量和超级磨料颗粒暴露于被加工工件的部分很大。还需要在超级磨料颗粒上形成活性金属涂层，该活性金属涂层均匀覆盖在颗粒整个表面上。因此，本专利技术提供，该方法包括下列步骤在惰性气氛中加热超级磨料和包含金属化合物的形成涂层的粉末至超过室温的温度，这种金属化合物能被超级磨料热还原生成金属，超级磨料和形成涂层的粉末保持在超过室温的该温度应足够长的时间以便还原出金属，从而形成有化学结合在至少超级磨料一部分表面上的金属化的超级磨料，最后将形成涂层的粉末和金属化的超级磨料进行分离。这种新颖的方法使用固态的涂层前体，并且不需要加热到极高温度，不需要象在CVD反应器中那样提供和处理气态金属化合物，也不需要如常规PVD和CVD方法那样，对于单位质量产物输入大量的能量。这种方法能够在整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用金属涂覆超级磨料的方法，该方法包括下列步骤：（ａ）在惰性气氛中，加热超级磨料和形成涂层的粉末至超过室温的温度，所述形成涂层的粉末包含可被超级磨料热还原的金属化合物；（ｂ）保持所述粉末和超级磨料在该超过室温的温度一段时间，该时间 足以还原出金属，从而形成具有化学结合在超级磨料至少部分表面的金属层的金属化超级磨料；（ｃ）将形成涂层的粉末与金属化超级磨料分离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JG巴尔多尼，RM安德鲁斯，EG小吉尔里，DH肖，
申请(专利权)人：圣戈本磨料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]