熔融钎焊涂层超磨料颗粒和有关方法技术

本发明专利技术公开和说明了一种超磨料颗粒，所述超磨料颗粒涂覆有化学结合到该超磨料颗粒上的熔融钎焊合金固化涂层。根据一方面，活性金属合金可以化学结合到超磨料颗粒的至少约８０％的外表面上。此外还公开和说明了用于制造和使用这种涂层超磨料颗粒的各种方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含超硬磨料材料的装置和用于生产与使用该超磨料材料的方法。因此，本专利技术涉及化学、物理学和材料科学等领域。
技术介绍
多种磨料和超磨料工具在上一世纪就已经研究出来，以用于实施除去工件中材料的一般功能。如锯、钻孔、抛光、清洁、雕刻和研磨等工艺全都是已成为多种工业的基础的材料清除操作的示例。许多特殊的材料清除应用都要求使用超磨料工具。在这些情况下，由于工件的性质，或者操作的周围环境，使用常规的磨料工具可能不可行。例如，对于切割石头、瓦、水泥等活动，当试图使用一常规的金属锯条时，如果不是不可能完成，也常常成本昂贵。此外，当使用超磨料工具时，由于它们耐久性较好，所以可以提高其它材料去除活动的经济性和性能。将超磨料材料加到工具中的一常用方法是作为超磨料颗粒。在这种情况下，最平常的是将超磨料颗粒埋入一基体如金属基体中，并通过直接包围颗粒的这部分基体所产生的机械力保持在适当位置。多种固结技术例如电镀、烧结或热压围绕超磨料颗粒一基体是已知的，然而，由于包围超磨料颗粒的基体比超磨料颗粒软，所以它在使用期间较快地磨损，并留下过多暴露和无支承的金刚石颗粒。因此，金刚石颗粒被过早移除，并缩短了工具的使用寿命。已经作了许多尝试来克服上述缺点。最值得注意的是，已经应用了若干试图将超磨料颗粒化学结合到基体或其它基底材料上的技术。这些技术的主要焦点是用一活性元素涂覆或用其它方法接触超磨料颗粒，该活性元素能在超磨料颗粒和金属基体如钛、铬、钨等之间形成碳化物结合。具体操作的示例包括结合于此作为参考的美国专利Nos.3,650,714、4,943,488、5,024,680和5,030,276中所公开的内容。然而，这些操作由于各种原因包括大多数超磨料颗粒高惰性性质和大多数活性材料的高熔点而实施困难和成本高。另外，大多数活性金属材料的熔点都高出大多数超磨料的稳定性阈温度很多。为此，可以将活性材料施加到超磨料上的方法一般限于在足够低的温度下进行的固态反应或气态反应，以免损坏金刚石。这些操作只能得到一单涂层，并且不能得到合金涂层。尽管用这些技术所得到的碳化物结合的强度一般仅仅在机械结合方面改善了颗粒保持力，但它们仍能使超磨料颗粒被过早移除。形成碳化物结合的另一种方法是通过使用含有一活性元素的钎焊合金。该钎焊合金通过烧结而围绕超磨料颗粒固结。这种类型的具体操作的一示例在结合于此作为参考的美国专利No.6,238,280中可以找到。尽管这些操作可以产出一种比没有超磨料颗粒化学结合的工具有更大的砂粒保持力的工具，但作为一般问题，钎焊合金的固态烧结只使基体材料固结，而不能达到获得像固态和气态沉积技术那样多的化学结合。此外，使用常规的钎焊可能受限制，因为它一般也用作工具主体的基体材料。由于在使用期间对这些元素中的每种元素都要求特殊的特性，大多数钎焊合金难以配置成起结合介质作用并且同时起基体材料作用。例如，为了获得较好的碳化物结合，一些超磨料颗粒可能需要太软以用于预定的工具应用的合金。用太软的材料制成的基体可能磨损太快并且使超磨料颗粒被过早移除。这样，一直在通过正在进行的研究开发努力来寻求显示改善的超磨料颗粒保持力和磨损特性的超磨料工具和其生产方法。
技术实现思路
因此，本专利技术提供具有改善的超磨料颗粒保持力的超磨料工具和用于制造该工具的方法。作为这类工具的一基本成分，本专利技术还提供一种涂层超磨料颗粒，上述涂层超磨料颗粒在加到一种工具中时具有改善的保持性能。根据一方面，涂层超磨料颗粒可以包括一超级磨料颗粒和一化学结合到该超磨料颗粒上的熔融钎焊合金固化涂层。作为这类工具的一附加成分，本专利技术还提供用于加到一工具中的超磨料工具前体。根据一方面，这些前体可以主要由至少一个涂覆有固化熔融钎焊合金的超磨料颗粒组成。根据另一方面，这种前体可以包括多个通过钎焊合金涂层冶金结合在一起的涂层颗粒。这些前体可以包含呈随机布置或构形的超磨料颗粒，但也可以具有按照一预定图形布置和保持的超磨料颗粒。除了上述成分之外，本专利技术的超磨料工具可以包括一支承基体，所述支承基体冶金结合到涂层超磨料颗粒或一工具前体上。这种基体可以用各种材料包括固结金属粉末和固体金属基底制造。选择可以根据许多因素，包括所制造的工具的具体类型和对它们的性能要求。根据一方面，支承基体可以是多孔的。根据另一方面，可以将涂层超磨料颗粒或工具前体冶金结合到支承基体上，以使超磨料颗粒与一预定图形基本一致。在一具体实施例中，按照本专利技术的一种超磨料工具可以包括多个涂覆有一固化熔融钎焊合金并通过钎焊涂层冶金结合在一起的超磨料颗粒，并且还包括多个化学结合到该熔融钎焊合金上的间隔颗粒。这种工具可以包含以随机布置或者按照一预定图形布置这两种方式中的任一种或两种布置的超磨料颗粒。另外，该间隔颗粒可以在加到工具中之前本身涂覆有一固化熔融钎料合金或者可以不被涂覆。此外，本专利技术包括制造和使用上述超磨料前体和工具的方法。根据本专利技术的一方面，一涂层超磨料颗粒可以通过下列步骤制成用一种处于熔融液态的钎焊合金覆盖超磨料颗粒，和使液态钎焊合金围绕超磨料颗粒固化。由于合金的液态，可以润湿超磨料颗粒并分布在其表面上。由于润湿作用和合金成分，在金属和超磨料颗粒的界面处形成化学结合。这些化学结合通常提供比用电镀或烧结所得到的结合强度好到约5-10倍的结合强度。根据另一方面，用于制造工具前体的一种方法主要包括使多个超磨料颗粒冶金结合在一起，其中每个颗粒都涂覆有一固化熔融钎焊合金。根据另一方面，一种制造一种超磨料工具的方法包括提供如上所述的工具前体，并将该前体冶金结合到一支承基体上。因此已概括而非广泛地说明了本专利技术的各种特点，以使得可以较好地理解后面的详细说明和较好地认识对该
的贡献。本专利技术的其它特点在下面结合附图对本专利技术所作的详细说明中将变得较清楚，或者可以通过本专利技术的实践得以了解。附图说明图1a是按照本专利技术一实施例所述的一种涂层超磨料颗粒的侧视图。图1b是按照本专利技术一实施例所述的一种涂层超磨料颗粒的侧视图。图1c是按照本专利技术一实施例所述的一种具有较小尺寸的超磨料颗粒化学结合于其上的涂层超磨料颗粒的侧视图。图2是按照本专利技术一实施例所述的一种工具前体的侧视图。图3是按照本专利技术另一实施例所述的一种工具前体的侧视图。图4是按照本专利技术一实施例所述的一种超磨料工具的透视图，所述超磨料工具具有多个冶金结合于其上的前体，以便将所述超磨料颗粒按照一预定图形布置。图5是一种具有多个随机放置在一多孔支承基体中的涂层超磨料颗粒的超磨料工具的剖视图。图6是按照本专利技术一实施例所述的一种具有多个结合在一起的金刚石和基底层的超磨料工具的正面端视图。图7是按照本专利技术一实施例所述的一种超磨料工具的剖视图，所述超磨料工具具有多个冶金结合在一起的钎焊涂层金刚石颗粒和多个化学结合到钎焊合金上的间隔颗粒，并且在该合金中具有孔。具体实施例方式在公开和说明本专利技术之前，应该理解，本专利技术不限于本文所公开的一些特定结构、方法步骤或材料，而是扩展到如相关技术的普通技术人员所了解的它们的等同物。还应该理解，本文所应用的术语只用于说明一些特定实施例，并且不适于进行限制。必须注意，如本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一”和“该”，除非上下文清楚地另有说明，都包括一个以上对像。因此，例如，“一金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂层超磨料颗粒，包括：　　　　超磨料颗粒；和　　　　化学结合到该超磨料颗粒上的熔融钎焊合金固化涂层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋简民，
申请(专利权)人：宋简民，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]