專利名稱：：金屬粘結(jié)劑砂輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過金屬粘結(jié)劑將金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒結(jié)合而構(gòu)成的金屬粘結(jié)劑砂輪及其制造方法。
背景技術(shù)：
：金屬粘結(jié)劑砂輪一直用于玻璃的表面或端面的磨削和/或研磨、陶瓷材料等脆性材料的磨削和/或研磨(以下提到這些用途時，統(tǒng)一用“玻璃磨削”記述)。作為用于構(gòu)成玻璃磨削用的金屬粘結(jié)劑砂輪的金屬粘結(jié)劑的組成，已公開了Cu-Sn系(專利文獻1～3)、Fe-Cu-Sn系(專利文獻1)。此外，還公開了Co-Cu-Sn系(專利文獻1及3)和Ni-Cu-Sn系(專利文獻4)的金屬粘結(jié)劑。專利文獻1特開昭58-217271號公報專利文獻2特開平2-76680號公報專利文獻3特開2001-246566號公報專利文獻4特開平10-230464號公報用于玻璃磨削的金屬粘結(jié)劑砂輪所要求的性質(zhì)涉及多方面，包括切割性好(即磨削時的燒焦或磨削斷裂的產(chǎn)生頻率小，加工效率高)，長壽命，不生銹等，具有加壓時變形小的高強度(即彎曲強度等高)等。充分滿足了這些要求的金屬粘結(jié)劑砂輪是理想的砂輪。但是，對于所述以往的金屬粘結(jié)劑砂輪，如以下所提到的那樣，不能充分滿足這些要求。對于Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑，如果Cu成分多，則切割性差，如果Sn成分多，則切割性得到改善，但粘結(jié)劑的強度降低，其結(jié)果是壽命縮短。結(jié)果Cu-Sn系的粘結(jié)劑一般是短壽命的。Fe-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑，隨著Fe的添加量的增加，Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪的壽命延長，但在玻璃磨削中進行通常的濕式磨削時，磨削后容易在砂輪的粘結(jié)劑面生銹。如果粘結(jié)劑面存在銹成分，則在下次磨削開始后其轉(zhuǎn)移到被磨削材料上，產(chǎn)生污濁，該問題是一直被指出的。Co-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑不生銹，但隨著Co的添加量的增加，通常成為硬粘結(jié)劑，產(chǎn)生切割性降低的不利之處。對此，Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑由于使用Ni，因此可以使粘結(jié)增強，從而延長砂輪的壽命。從該觀點出發(fā)，優(yōu)選將Ni量設(shè)定得較高。此外，為了制造硬且壽命長的金屬粘結(jié)劑砂輪，必須能夠制造成為高密度的加壓成型體。但是，隨著Ni的量設(shè)定得高，則要求高燒結(jié)(燒制)溫度，因此在Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪的制造中，一般是使用不產(chǎn)生加熱變形的碳制燒結(jié)用模具。在該制造法方面的制約已成為了在不增大生產(chǎn)成本的情況下，提供硬且壽命長的金屬粘結(jié)劑砂輪的阻礙。即，在Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪的制造工序中，為了得到高密度的加壓燒結(jié)體，施加高壓則碳模具的磨耗顯著，需要頻繁更換新的模具，因此生產(chǎn)成本增大，另一方面，由于適合高壓燒結(jié)且模具交換頻率小的耐熱合金或耐熱鋼材所允許的燒結(jié)溫度具有上限，因此不得不對所使用的Ni量進行限制，存在著相反的要求。在本發(fā)明者所研究的制造例中，如果Ni成分低于40wt％，則無法獲得砂輪壽命的改善效果，相反，如果Ni成分為40wt％以上，則一般需要800℃以上的燒結(jié)溫度。本發(fā)明為了解決上述問題等而提出，其目的在于提供切割性好，硬且壽命長，沒有銹產(chǎn)生，而且加壓時無變形且強度高的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪及其制造方法。此外，本發(fā)明的目的還在于提供在上述組成的金屬粘結(jié)劑中金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒良好地結(jié)合并保持的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪及其制造方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明者為了解決上述課題進行了銳意研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過在Ni量40wt％以上的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪中含有所定量的Ag，可以有效地生產(chǎn)適于玻璃磨削用途的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪，此外，發(fā)現(xiàn)在該金屬粘結(jié)劑組成中使用鈦包覆的金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒將進一步產(chǎn)生有利之處，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供了通過金屬粘結(jié)劑將金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒結(jié)合而構(gòu)成的金屬粘結(jié)劑砂輪，其特征在于，所述金屬粘結(jié)劑的化學組成為Ni40～70wt％，Sn19～30wt％，Ag1～7wt％，及作為剩余部分至少為5wt％的Cu。優(yōu)選上述金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒被鈦包覆。此外，根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的金屬粘結(jié)劑砂輪，其特征在于所述金屬粘結(jié)劑砂輪用于玻璃的磨削和/或研磨。此外，本發(fā)明提供了金屬粘結(jié)劑砂輪的制造方法，其用金屬粘結(jié)劑將金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒結(jié)合，包括(a)為了得到Ni為40～70wt％，Sn為19～30wt％，Ag為1～7wt％，及剩余部分至少為5wt％的Cu的組成的金屬粘結(jié)劑，以所需量制備這些金屬的粉末混合物，將該金屬粉末與金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒混合；及(b)使用模具，在溫度650～850℃下對所述金屬粉末和研磨顆粒的混合物燒結(jié)，其中，所述模具使用了耐熱合金或耐熱鋼材。在上述制造方法中，優(yōu)選使用鈦包覆的金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒。發(fā)明的實施方案以下，對本發(fā)明的實施方案進行詳細的說明。本發(fā)明的金屬粘結(jié)劑砂輪由具有下述化學組成的Ni-Cu-Sn-Ag系金屬粘結(jié)劑構(gòu)成。在金屬粘結(jié)劑組成中，含有40～70wt％范圍的Ni元素。如果低于40wt％，則砂輪壽命縮短，如果超過70wt％，則燒結(jié)溫度過分升高，無法有效的生產(chǎn)。Ni元素的量特別優(yōu)選為50～70wt％。在金屬粘結(jié)劑組成中，含有19～30wt％范圍的Sn元素。在Cu-Sn系中，Sn元素具有幫助粘結(jié)劑熔融的作用。如果比19wt％少，則燒結(jié)溫度過分升高，無法有效的生產(chǎn)。如果比30wt％多，由于強度降低，則砂輪的壽命縮短。Sn元素的量特別優(yōu)選19～25wt％。在本發(fā)明中使用Ag將賦予所得到的金屬粘結(jié)劑良好的物性。即，具有燒結(jié)促進效果。進而，Ag的使用，如果是將Ag加入Cu-Sn系的金屬中，由于其熔融時低溫液層范圍增大，因此即使其加入量較少，粘結(jié)劑的熔點也會降低。因此，以往需要超過800℃高溫燒結(jié)的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑，可以用比其低的溫度對其燒結(jié)。即，在Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪的制造中，由于Ag的使用使650～850℃的燒結(jié)條件成為可能，因此可以在這樣較低溫度范圍中使用具有耐用性的耐熱合金或耐熱鋼材的模具，在燒結(jié)時給予高壓力，這樣便可以將金屬粘結(jié)劑砂輪制造成高密度的燒結(jié)體。并且，由于耐熱合金或耐熱鋼材的模具即使加高壓也不用頻繁地更換模具，因此不會導致成本上升，如上所述可以提供硬且壽命長、良好的金屬粘結(jié)劑砂輪。為了獲得上述效果，在金屬粘結(jié)劑組成中，必需的Ag的量為1～7wt％的范圍。如果比1wt％少，則無法得到上述熔點降低，如果超過7wt％，則發(fā)現(xiàn)銀偏析的傾向，而且即使超過7wt％，Ag所產(chǎn)生的燒結(jié)促進效果也小。Ag的量更優(yōu)選為2～5wt％。Cu元素構(gòu)成上述金屬粘結(jié)劑組成的剩余部分。該Cu的量至少為5wt％，優(yōu)選Ni和Cu的合計重量為60wt％以上。本發(fā)明的金屬粘結(jié)劑砂輪是通過將上述金屬粘結(jié)劑材料和金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒(以下也稱為超研磨顆粒)混合，通過加壓燒結(jié)而制造。特別優(yōu)選的研磨顆粒為鈦包覆的金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒。作為上述超研磨顆粒，如果使用所述鈦包覆的金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒，則可以提高金屬粘結(jié)劑和這些研磨顆粒之間的結(jié)合力，可以提供更硬、更長壽命的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪。根據(jù)本發(fā)明者的理解，上述效果被認為是源于在燒結(jié)時升溫中生成的Cu-Sn-Ag系的液層內(nèi)溶入了成為金屬粘結(jié)劑主成分的Ni元素，這樣生成的Cu-Sn-Ag-Ni液層對于包覆這些超研磨顆粒的Ti金屬或TiC的浸潤性良好。能夠用于本發(fā)明金屬粘結(jié)劑砂輪的鈦包覆金剛石研磨顆?；蜮伆睠BN研磨顆粒為該行業(yè)的人所知，可以使用市售品，也可以制造使用。其制造方法可以例舉例如采用CVD法的包覆法。本發(fā)明的金屬粘結(jié)劑砂輪如下所述制造。即，作為金屬粘結(jié)劑材料，準備與上述各金屬的組成相對應量的各金屬粉末，將它們與所定量的超研磨顆粒均一混合。金屬粘結(jié)劑材料與超研磨顆粒的配合比，通常體積比為5∶95～25∶75。在溫度650～850℃下，至少30MPa的最終加壓力下對該材料混合物加壓燒結(jié)約1小時。以下，對本發(fā)明的實施例和比較例進行說明，它們只是本發(fā)明的實施可能性及有用性的例證，對本發(fā)明的構(gòu)成無任何限定。實施例[實施例1]粘結(jié)劑物性的測試考察向含有Ni、Cu、Sn的金屬粘結(jié)劑中添加Ag時物性的變化，對Ag添加的效果進行確認。按下述所定量計量各原料粉末，用攪拌擂潰機混合20分鐘，作成金屬粘結(jié)劑。測試粘結(jié)劑Ni/Cu/Sn/Ag＝45/31/19/5(wt％)對照粘結(jié)劑Ni/Cu/Sn/Ag＝45/36/19/0(wt％)然后，將制得的金屬粘結(jié)劑均勻地填充到50×5mm的耐熱鋼模具中，加熱進行燒結(jié)。這里，測試粘結(jié)劑及對照粘結(jié)劑雙方的最終壓力均為98MPa，最終加熱溫度使用400℃、500℃、600℃、650℃、700℃或750℃。燒結(jié)體在冷卻后從模具中取出，對各邊進行精加工，最終作成50×5×5mm的方形測試片。粘結(jié)劑的物性測試對于上述那樣得到的各測試片，測試洛氏硬度(HRA)及彎曲強度。各測定方法如下所述。用于評價金屬粘結(jié)劑物性的洛氏硬度按照JIS規(guī)格(洛氏硬度試驗B7726、1998)進行，從施加基準荷重10kgf，然后加一定的試驗荷重再返回時，求得前后兩次基準荷重下壓頭的侵入深度h。本測試中使用金剛石壓頭，用試驗荷重為60kgf、100～500h的算出式求得。金剛石壓頭的性能如下。a)前端為圓錐部與球面部光滑連接的曲面。b)前端的圓錐角度為120°±30’。c)前端的圓錐部的母線與插入部的承受載荷面的角度為30°±20’。d)前端的球面部的曲率半徑為0.2±0.02mm。按照JIS規(guī)格(精細陶瓷的彎度強度試驗方法R1601、1986)，在各測試研磨石的跨度間距為30mm、荷重降下速度為3mm/min下進行3點彎曲強度測試。對各測試片取3個的平均值。測試結(jié)果洛氏硬度的測定結(jié)果示于表1，彎曲強度的測定結(jié)果示于表2。表1洛氏硬度表2彎曲強度(MPa)從上述表1的結(jié)果可以看到，測試粘結(jié)劑的硬度比對照粘結(jié)劑的硬度高。從上述表2可以看到，含有5wt％Ag的測試粘結(jié)劑，高溫燒結(jié)時燒結(jié)體的硬度上升，彎曲強度略有降低。對照粘結(jié)劑的彎曲強度在700～750℃以上時為最大值，而測試粘結(jié)劑在650～700℃時就基本上達到了最大值。低溫度500～600℃的彎曲強度值的差特別顯著。從以上的結(jié)果可以看到，Ag的添加顯示出燒結(jié)促進效果。因此，得到的結(jié)論是如果使用添加Ag的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑，可以提供切割性好，硬且壽命長的砂輪。金屬粘結(jié)劑砂輪制造例1使用鈦包覆金剛石研磨顆粒#500(從GE公司購入，商品名MBM30/40Ti)，制作金屬粘結(jié)劑砂輪的測試片。研磨顆粒1000重量份金屬粉末4200重量份[金屬粘結(jié)劑的組成]Ni/Cu/Sn/Ag＝45/28/25/2(wt％)計量上述各原材料，用攪拌擂潰機混合20分鐘，調(diào)制材料混合物，均勻地填充到50×5mm的耐熱鋼模具中。加壓燒結(jié)是在相同的條件下對多個調(diào)制的材料混合物分別使用不同的最終加熱溫度650℃、700℃或750℃。最終壓力均為100MPa。制得的燒結(jié)體在冷卻后從模具中取出，對各邊進行精加工，最終作成50×5×5mm的方形測試片。金屬粘結(jié)劑砂輪制造例2除了使用沒有包覆鈦的金剛石研磨顆粒#500外，其余與上述實施例2同樣制作測試片。實施例2及3的測試片的物性測試對于上述那樣制作的實施例2及3的各測試片，測定洛氏硬度(HRB)及彎曲強度。各自的測試方法如下所述。用于評價金屬粘結(jié)劑物性的洛氏硬度按照JIS規(guī)格(洛氏硬度試驗B7726、1998)進行，從施加基準荷重98.07N(10kgf)，然后加一定的試驗荷重再返回時，求得前后兩次基準荷重下壓頭的侵入深度h。本測試中使用直徑1.5875mm(1/16英寸)的鋼球，用試驗荷重為980.7N(100kgf)、130～500h的算出式求得。按照JIS規(guī)格(精細陶瓷的彎度強度試驗方法R1601、1986)，在各測試研磨石的跨度間距為30mm、荷重降下速度為3mm/min下進行3點彎曲強度測試。對各測試片取3個的平均值。洛氏硬度的測定結(jié)果示于表3，彎曲強度(MPa)的測定結(jié)果示于表4。表3洛氏硬度表4彎曲強度(MPa)從上述的結(jié)果可以看到，在實施例2及3兩者中，采用了Ni量超過40wt％的金屬粘結(jié)劑組成，雖在較低的溫度下進行燒結(jié)，但硬度及強度的物性值都達到了優(yōu)選的高水平。這表示實施例2及3兩者都能制造優(yōu)異的磨削砂輪。此外，通過對實施例2和實施例3的比較可以看到，在上述金屬粘結(jié)劑組成中使用鈦包覆的金剛石研磨顆粒顯示出優(yōu)點。即，對于洛氏硬度及彎曲強度的任何一方，實施例2的結(jié)果都有意義地提高了實施例3的結(jié)果，從這點可以確認，在含有超過40wt％的多量的Ni且含有少量的Ag的該金屬粘結(jié)劑組成中，與鈦包覆的金剛石研磨顆粒的結(jié)合力，即該研磨的保持力提高的效果。使用鈦包覆的金剛石研磨顆粒#500，制作實施例4及5的玻璃磨削用金屬粘結(jié)劑砂輪。作為比較例，使用特開昭58-217271號公報中記載的Fe-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑制備砂輪。各砂輪的具體情況如下所述。研磨顆粒1000重量份金屬粉末4200重量份[金屬粘結(jié)劑的組成]實施例4Ni/Cu/Sn/Ag＝45/28/25/2(wt％)實施例5Ni/Cu/Sn/Ag＝65/8/25/2(wt％)比較例Fe/Cu/Sn＝60/28/12(wt％)計量上述各原材料，用攪拌擂潰機混合20分鐘，調(diào)制金屬粘結(jié)劑砂輪用材料混合物。金屬平臺使用鋼制金屬平臺，在該金屬平臺上準備用于成型外周203mm、高12.5mm、砂輪層厚3.5mm的圓形砂輪外形的耐熱合金摸具。將所述金屬粘結(jié)劑砂輪用材料混合物均勻地填充到該耐熱合金模具中，最終壓力均為100MPa，最終加熱溫度均為750℃，進行加壓燒結(jié)。制得的燒結(jié)體在冷卻后從模具中取出，進行精加工，最終作成外周202mm、厚12mm、孔徑50.8mm的1A1的砂輪。此外，在各砂輪的外周使用面(磨削面)上形成5個溝槽，從而制成各測試用砂輪。在下述磨削測試中，各砂輪均使用中央的溝槽部。磨削測試在磨削測試中，在下述條件下對玻璃端面部分進行磨削。砂輪尺寸外周202mm、厚12mm、孔徑50.8mm外周使用面上有5個溝槽被磨削材料材質(zhì)液晶用玻璃基板尺寸長150mm高100mm厚0.7mm研削0.7mm的厚部。磨削盤種類岡本工作橫軸平面磨削盤型式CNC-52B(7.5kw)磨削液種類水系磨削液流量30升/分dress條件stickWA#800G砂輪周速度25m/sdress切入1mm×1次dress輸送500m/mindress方向上切式dressing磨削條件濕式插入(plunge)磨削砂輪周速度30m/s工作臺(table)速度6m/min切入0.2mm/pass磨削方向只為上切式磨削替換40mm/每1片×20片磨削長度600m作為評價項目，對用于磨削測試的各砂輪考察砂輪半徑損耗(mmR)、磨削動力、表面粗糙度(Raμm)、砂輪使用面的銹產(chǎn)生狀態(tài)。各測定方法如下所述。使用石墨復制(carbonreplica)法對使用前后的形狀進行比較。將砂輪軸發(fā)動機的消費電力記為W，按612×W/周速度(60/100)求得。此外，使用所述砂輪周速度作為周速度。中心線平均粗糙度(Ra)是指從粗糙度曲線中沿其中心線方向抽取測定長度l的部分，將該抽取部分的中心線作為X軸，縱倍率的方向作為Y軸，用粗糙度曲線y＝f(x)表示時，用微米(μm)表示的用下式求得的值。Ra=11∫01|f(x)|dx]]>[砂輪使用面的銹產(chǎn)生狀態(tài)]磨削完了放置一夜后，目視觀察砂輪使用面的銹產(chǎn)生狀態(tài)。上述磨削測試結(jié)果示于表5。表5從上述測試結(jié)果可以顯示以下情況。對于砂輪半徑損耗，顯示出的結(jié)果是實施例4及實施例5兩者的砂輪損耗都比比較例少。對于磨削動力，實施例4及實施例5兩者均顯示出比比較例低的值。這意味著砂輪的切割性好，表示使作為被磨削材料的玻璃的磨削燒焦及磨削斷裂產(chǎn)生的頻率減少。對于表面粗糙度，實施例4、實施例5、比較例均顯示出相同的值。這表示這些實施例的制品作為磨削用砂輪具有與以往制品同等的品質(zhì)。對于銹的產(chǎn)生情況，確認實施例4及實施例5均沒有生銹，只有比較例中生了銹。這說明比較例的金屬粘結(jié)劑中所含有的Fe是原因。因此，根據(jù)本實施例的砂輪，被磨削材料不會被銹污染，被磨削材料的生產(chǎn)效率提高。如以上詳細說明的那樣，本發(fā)明提供了切割性好，磨削時焦燒或磨削斷裂的產(chǎn)生頻率少，硬且壽命長，沒有銹產(chǎn)生，而且加壓時無變形且強度高的Ni-Cu-Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪及其制造方法，特別是本發(fā)明提供了在Ni量高的組成的金屬粘結(jié)劑中能夠使金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒良好地結(jié)合并保持的金屬粘結(jié)劑砂輪及其制造方法。權(quán)利要求1.金屬粘結(jié)劑砂輪，其特征在于，所述金屬粘結(jié)劑砂輪通過用金屬粘結(jié)劑將金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒結(jié)合而構(gòu)成，所述金屬粘結(jié)劑的化學組成為Ni40～70wt％，Sn19～30wt％，Ag1～7wt％，和作為剩余部分至少為5wt％的Cu。2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的金屬粘結(jié)劑砂輪，其特征在于，所述金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒用鈦包覆。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的金屬粘結(jié)劑砂輪，其特征在于，所述金屬粘結(jié)劑砂輪用于玻璃的磨削和/或研磨。4.金屬粘結(jié)劑砂輪的制造方法，其用金屬粘結(jié)劑將金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒結(jié)合，包括(a)為了得到Ni為40～70wt％，Sn為19～30wt％，Ag為1～7wt％，及剩余部分至少為5wt％的Cu的組成的金屬粘結(jié)劑，以所需量制備這些金屬的粉末混合物，將該金屬粉末與金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆?；旌希患?b)使用模具，在溫度650～850℃下對所述金屬粉末和研磨顆粒的混合物燒結(jié)，其中，所述模具使用了耐熱合金或耐熱鋼材。5.根據(jù)權(quán)利要求4記載的制造方法，其特征在于，使用鈦包覆的金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒。全文摘要本發(fā)明提供了Ni－Cu－Sn系金屬粘結(jié)劑砂輪及其制造方法，其具有良好的切割性，硬且壽命長，不生銹，且加壓時的變形小而且具有高強度。本發(fā)明涉及通過金屬粘結(jié)劑將金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒結(jié)合而構(gòu)成的金屬粘結(jié)劑砂輪，所述金屬粘結(jié)劑的化學組成為Ni40～70wt％，Sn19～30wt％，Ag1～7wt％，及作為剩余部分至少為5wt％的Cu。特別優(yōu)選所述金剛石研磨顆粒和/或CBN研磨顆粒被鈦包覆。文檔編號B24D3/06GK1541808SQ20041003128公開日2004年11月3日申請日期2004年3月26日優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日發(fā)明者青木清之,茶山達志,志申請人:吳諾頓株式會社