專利名稱：硼涂覆磨料的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及硼涂覆磨料，它們的生產(chǎn)方法以及鋸條段、砂輪和其它含磨料工具中使用的硼涂覆磨料。
磨粒如金剛石和立方氮化硼通常使用在切割、磨擦、鉆、鋸和拋光中。在這些應(yīng)用中，磨粒與金屬粉末混合物混合，然后在高溫下燒結(jié)以形成粘結(jié)的切割部件。一般的粘結(jié)基體含有鐵、鈷、銅、鎳和/或它們的合金。
應(yīng)用中通常的問題是顆粒在粘結(jié)基體中的保持，在燒結(jié)和隨后應(yīng)用中的抗氧化性。這些問題通常由用與顆?；瘜W(xué)鍵合的金屬或合金以及與基體粘結(jié)的合金涂覆磨料顆粒造成。通常使用化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD濺射涂膜)技術(shù)。CVD技術(shù)的缺點是通常需要使用高毒性化合物。作為一種低溫技術(shù)，PVD技術(shù)的缺點是金屬涂層與磨料顆粒不形成化學(xué)鍵。
US6,524,357公開了用金屬涂覆超磨料的方法，通過在惰性氣氛中加熱超磨料和涂料形成粉末。該方法要求涂料粉末含有金屬化合物，金屬被超磨料熱還原。
JP 9142 932公開了為了提高緊密體的強度以使用在切割和鉆削中，在金剛石粉末中加入氧化硼和/或硼酸以生產(chǎn)燒結(jié)金剛石緊密體。相似地，EP 0 352 811描述了使用金屬涂覆超磨料在高壓高溫下生產(chǎn)超磨料切割部件和緊密體。
US4,902,652公開了使用涂覆金剛石顆粒在高溫高壓下(如金剛石穩(wěn)定的溫區(qū))生產(chǎn)金剛石緊密體的方法。盡管硼作為一種涂料被提到，僅離子濺射和離子電鍍傳統(tǒng)方法被公開。

發(fā)明內(nèi)容
生產(chǎn)硼涂覆磨料的方法包括以下步驟將被涂覆的磨料與硼源相接觸，惰性氣氛中涂覆溫度約800～1200℃，接觸足夠的時間以充分涂覆磨料的至少一部分。
磨料可以任一合適的形式，包括磨料顆粒如粗砂或細粒，如大的磨料體如片或磨料膜，甚至磨料工具自身，如切割、磨擦或拋光工具。
本發(fā)明優(yōu)選實施例中，磨料顆粒被硼涂覆，通過混合磨料顆粒和硼源，在涂覆溫度下惰性氣氛中加熱混合物一定時間以充分涂覆磨料顆粒至少一部分。
硼源較適合包括硼粉末，尤其與硼酸相結(jié)合的。硼粉末與硼酸的重量比通常為1∶0～1∶1，較適合約為1∶0.7，這樣優(yōu)化可用的硼涂覆磨料顆粒。
最終的硼涂層可是硼、碳化硼、氧化硼或它們的結(jié)合物。
方法過程較適合在約800～1150℃進行，尤其在約1100～1150℃。
較適合方法過程包括預(yù)熱步驟，包括加熱磨料和硼源，這種情況下磨料顆粒和硼源混合物，逐漸加熱到約250～500℃，較適合為300℃，將它們保持在該溫度下約15～45分鐘，較適合約30分鐘，以便軟化和熔融硼源。
磨料和硼源較適合逐漸加熱到涂覆溫度，通常以5℃/min～15℃/min升溫，尤其約10℃/min，到涂覆溫度至少800℃，較適合1150℃。
磨料和硼源較適合在涂覆溫度下加熱至少30分鐘，尤其3小時，最合適至少6小時。
基于磨料顆粒，磨料與硼源的重量比，較適合約1∶0.2～1∶20，尤其約1∶2，磨料較適合是金剛石或立方氮化硼。
發(fā)明延伸到硼涂覆磨料，尤其本發(fā)明方法生產(chǎn)的硼涂覆磨料顆粒。
發(fā)明還延伸到工具，尤其切割、磨擦或拋光工具，它們被硼涂覆或在合適的粘結(jié)基體中包含硼涂覆磨料顆粒。
最佳實施方式本發(fā)明指形成硼涂覆磨料，尤其硼涂覆磨料顆粒，它可使用在鋸條段，砂輪和其它含磨粒工具中。
在本發(fā)明優(yōu)化方案中，磨料以顆粒形式提供。盡管如此，可以理解本方面涂覆方法可應(yīng)用于磨、切或拋光工具中使用的任一磨料，或這些工具自身。對于磨料顆粒，它們與硼和硼酸粉末以適當?shù)谋壤旌?，?00～1200℃惰性氣氛中燒結(jié)足以涂覆顆粒的時間。冷卻后，用任一傳統(tǒng)的方法，如篩分、浮選或淘選，將涂覆磨料顆粒從粉末中分離。清洗涂覆顆粒以除去粘著的粉末顆粒。
惰性氣氛是指不含干擾方法雜質(zhì)的氣氛。通過使惰性氣體通過反應(yīng)導(dǎo)管或使反應(yīng)導(dǎo)管在真空中來獲得惰性氣氛。
硼(非金屬)為磨料涂層提供重要的優(yōu)點。硼取代金剛石晶格中的碳，因此提高了在鋸片生產(chǎn)中金剛石的抗氧化性和化學(xué)侵蝕性。硼還與鈷合金，擴散入鐵鍵合中以改善合金材料的機械性能，如蠕變強度。
盡管這里描述的方法簡單粗砂與硼和硼酸粉末混合，加熱到800～1200℃，在惰性氣氛中一定時間，但非常有效。不使用有毒化學(xué)物質(zhì)。還發(fā)現(xiàn)當涂覆溫度設(shè)定在1150℃得到的涂層最好，對進行發(fā)明方法這是一個優(yōu)化溫度。
磨料的形式太大不能與硼源形成混合物的情況下，任一其它的使磨料與硼源接觸的方法可使用。例如，對于磨料工具，可被浸入硼源中以提供接觸。或者，硼源以分離的支持體或容器被提供，一旦達到合適的涂覆溫度，硼源氣化，可與磨料接觸以合適的行為涂覆它。
現(xiàn)在以下列非限定性例子說明本發(fā)明。
例132g硼酸(H3BO3)加入到46g硼粉末中，在Turbula混合機(三度空間混合機)中混合1.5小時。將2g該混合物加入1g金剛石粗砂中(ex Element six，SDB1100，35/45US mesh)在密閉的塑料容器中，手搖振動3分鐘以混合。混合物放入管式爐中的鋁制船形皿中。在1小時內(nèi)將溫度升到300℃(升溫速率5℃/min)，在300℃保持0.5小時，然后在1小時20分鐘內(nèi)升到1100℃(升溫速率10℃/min)，然后1100℃保持3小時，然后自然冷卻。篩分和水洗將粉末從硼涂覆金剛石顆粒中分離。一些顆粒完全被不光滑的灰色涂層包覆，一些表面(111)沒有被完全包覆。
例2與例1相同的步驟，除了在1100℃的保持時間翻倍為6小時。在覆蓋方面，涂層表現(xiàn)出略有改進，但仍有未包覆的表面(111)和一些完全沒包覆的顆粒。
例3
與例2相同的步驟，處理保持溫度從50℃升到1150℃。得到的涂層具有非常粗糙的織構(gòu)，含有硼、氧化硼和碳化硼，由晶體、星狀結(jié)構(gòu)組成。顆粒被完全覆蓋，具有非常好的包覆，甚至在顆粒邊緣和角落。涂層厚度1～2微米。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)硼涂覆磨料的方法，包括步驟將被涂覆的磨料與硼源相接觸，在涂覆溫度約800～1200℃的惰性氣氛中，保持足以使至少部分磨料涂覆的時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中磨料為磨料顆粒、較大的磨料體或磨料工具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中硼源包括硼粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中硼粉末與硼酸結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中硼粉末與硼酸的重量比為1∶0～1∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中硼粉末與硼酸的重量比約為1∶0.7。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中方法在約800～約1150℃下進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中方法在約1100～約1150℃下進行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中方法在約1150℃下進行。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中方法包括預(yù)熱步驟，預(yù)熱步驟包括將磨料和硼源逐漸加熱到約250～約500℃，在該溫度下保持約15～約45分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中預(yù)熱步驟包括逐漸加熱磨料和硼源到約300℃，在該溫度下保持約30分鐘。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中磨料和硼源以5℃/min到約15℃/min的升溫速率逐漸加熱到涂覆溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中以10℃/min的加熱速率將磨料和硼源逐漸加熱到涂覆溫度。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中磨料和硼源在涂覆溫度下加熱至少30分鐘。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中磨料和硼源在涂覆溫度下加熱至少3小時。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，這里磨料和硼源在涂覆溫度下被加熱至少6小時。
17.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中磨料和硼源的重量比約1∶0.2～1∶20。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中磨料與硼源的重量比為約1∶2。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中磨料是金剛石或立方氮化硼。
全文摘要
形成硼涂覆磨料的方法，特別是硼涂覆磨料顆粒，它們可被應(yīng)用在鋸條段，砂輪和其它含粗砂工具中。盡管該方法尤其適合涂覆磨料顆粒，也可應(yīng)用在任一磨、切或拋光工具中使用的磨料。以合適的比例磨料顆粒與硼和硼酸粉末混合，在800～1200℃溫度下惰性氣氛中焙燒足以涂覆顆粒的時間。
文檔編號C09K3/14GK1836057SQ200480023346
公開日2006年9月20日 申請日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月15日
發(fā)明者阿寧·赫特斯·拉斯, 杰弗里·約翰·戴維斯 申請人:元素六(私人)有限公司