专利名称：：金属粘结剂砂轮的制作方法
技术领域：
：本发明涉及通过金属粘结剂将金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒结合而构成的金属粘结剂砂轮及其制造方法。
背景技术：
：金属粘结剂砂轮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(以下提到这些用途时，统一用“玻璃磨削”记述)。作为用于构成玻璃磨削用的金属粘结剂砂轮的金属粘结剂的组成，已公开了Cu-Sn系(专利文献1～3)、Fe-Cu-Sn系(专利文献1)。此外，还公开了Co-Cu-Sn系(专利文献1及3)和Ni-Cu-Sn系(专利文献4)的金属粘结剂。专利文献1特开昭58-217271号公报专利文献2特开平2-76680号公报专利文献3特开2001-246566号公报专利文献4特开平10-230464号公报用于玻璃磨削的金属粘结剂砂轮所要求的性质涉及多方面，包括切割性好(即磨削时的烧焦或磨削断裂的产生频率小，加工效率高)，长寿命，不生锈等，具有加压时变形小的高强度(即弯曲强度等高)等。充分满足了这些要求的金属粘结剂砂轮是理想的砂轮。但是，对于所述以往的金属粘结剂砂轮，如以下所提到的那样，不能充分满足这些要求。对于Cu-Sn系金属粘结剂，如果Cu成分多，则切割性差，如果Sn成分多，则切割性得到改善，但粘结剂的强度降低，其结果是寿命缩短。结果Cu-Sn系的粘结剂一般是短寿命的。Fe-Cu-Sn系金属粘结剂，随着Fe的添加量的增加，Cu-Sn系金属粘结剂砂轮的寿命延长，但在玻璃磨削中进行通常的湿式磨削时，磨削后容易在砂轮的粘结剂面生锈。如果粘结剂面存在锈成分，则在下次磨削开始后其转移到被磨削材料上，产生污浊，该问题是一直被指出的。Co-Cu-Sn系金属粘结剂不生锈，但随着Co的添加量的增加，通常成为硬粘结剂，产生切割性降低的不利之处。对此，Ni-Cu-Sn系金属粘结剂由于使用Ni，因此可以使粘结增强，从而延长砂轮的寿命。从该观点出发，优选将Ni量设定得较高。此外，为了制造硬且寿命长的金属粘结剂砂轮，必须能够制造成为高密度的加压成型体。但是，随着Ni的量设定得高，则要求高烧结(烧制)温度，因此在Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮的制造中，一般是使用不产生加热变形的碳制烧结用模具。在该制造法方面的制约已成为了在不增大生产成本的情况下，提供硬且寿命长的金属粘结剂砂轮的阻碍。即，在Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮的制造工序中，为了得到高密度的加压烧结体，施加高压则碳模具的磨耗显著，需要频繁更换新的模具，因此生产成本增大，另一方面，由于适合高压烧结且模具交换频率小的耐热合金或耐热钢材所允许的烧结温度具有上限，因此不得不对所使用的Ni量进行限制，存在着相反的要求。在本发明者所研究的制造例中，如果Ni成分低于40wt％，则无法获得砂轮寿命的改善效果，相反，如果Ni成分为40wt％以上，则一般需要800℃以上的烧结温度。本发明为了解决上述问题等而提出，其目的在于提供切割性好，硬且寿命长，没有锈产生，而且加压时无变形且强度高的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮及其制造方法。此外，本发明的目的还在于提供在上述组成的金属粘结剂中金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒良好地结合并保持的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮及其制造方法。
发明内容本发明者为了解决上述课题进行了锐意研究，其结果发现通过在Ni量40wt％以上的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮中含有所定量的Ag，可以有效地生产适于玻璃磨削用途的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮，此外，发现在该金属粘结剂组成中使用钛包覆的金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒将进一步产生有利之处，从而完成了本发明。即，本发明提供了通过金属粘结剂将金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒结合而构成的金属粘结剂砂轮，其特征在于，所述金属粘结剂的化学组成为Ni40～70wt％，Sn19～30wt％，Ag1～7wt％，及作为剩余部分至少为5wt％的Cu。优选上述金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒被钛包覆。此外，根据权利要求1或2记载的金属粘结剂砂轮，其特征在于所述金属粘结剂砂轮用于玻璃的磨削和/或研磨。此外，本发明提供了金属粘结剂砂轮的制造方法，其用金属粘结剂将金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒结合，包括(a)为了得到Ni为40～70wt％，Sn为19～30wt％，Ag为1～7wt％，及剩余部分至少为5wt％的Cu的组成的金属粘结剂，以所需量制备这些金属的粉末混合物，将该金属粉末与金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒混合；及(b)使用模具，在温度650～850℃下对所述金属粉末和研磨颗粒的混合物烧结，其中，所述模具使用了耐热合金或耐热钢材。在上述制造方法中，优选使用钛包覆的金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒。发明的实施方案以下，对本发明的实施方案进行详细的说明。本发明的金属粘结剂砂轮由具有下述化学组成的Ni-Cu-Sn-Ag系金属粘结剂构成。在金属粘结剂组成中，含有40～70wt％范围的Ni元素。如果低于40wt％，则砂轮寿命缩短，如果超过70wt％，则烧结温度过分升高，无法有效的生产。Ni元素的量特别优选为50～70wt％。在金属粘结剂组成中，含有19～30wt％范围的Sn元素。在Cu-Sn系中，Sn元素具有帮助粘结剂熔融的作用。如果比19wt％少，则烧结温度过分升高，无法有效的生产。如果比30wt％多，由于强度降低，则砂轮的寿命缩短。Sn元素的量特别优选19～25wt％。在本发明中使用Ag将赋予所得到的金属粘结剂良好的物性。即，具有烧结促进效果。进而，Ag的使用，如果是将Ag加入Cu-Sn系的金属中，由于其熔融时低温液层范围增大，因此即使其加入量较少，粘结剂的熔点也会降低。因此，以往需要超过800℃高温烧结的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂，可以用比其低的温度对其烧结。即，在Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮的制造中，由于Ag的使用使650～850℃的烧结条件成为可能，因此可以在这样较低温度范围中使用具有耐用性的耐热合金或耐热钢材的模具，在烧结时给予高压力，这样便可以将金属粘结剂砂轮制造成高密度的烧结体。并且，由于耐热合金或耐热钢材的模具即使加高压也不用频繁地更换模具，因此不会导致成本上升，如上所述可以提供硬且寿命长、良好的金属粘结剂砂轮。为了获得上述效果，在金属粘结剂组成中，必需的Ag的量为1～7wt％的范围。如果比1wt％少，则无法得到上述熔点降低，如果超过7wt％，则发现银偏析的倾向，而且即使超过7wt％，Ag所产生的烧结促进效果也小。Ag的量更优选为2～5wt％。Cu元素构成上述金属粘结剂组成的剩余部分。该Cu的量至少为5wt％，优选Ni和Cu的合计重量为60wt％以上。本发明的金属粘结剂砂轮是通过将上述金属粘结剂材料和金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒(以下也称为超研磨颗粒)混合，通过加压烧结而制造。特别优选的研磨颗粒为钛包覆的金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒。作为上述超研磨颗粒，如果使用所述钛包覆的金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒，则可以提高金属粘结剂和这些研磨颗粒之间的结合力，可以提供更硬、更长寿命的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮。根据本发明者的理解，上述效果被认为是源于在烧结时升温中生成的Cu-Sn-Ag系的液层内溶入了成为金属粘结剂主成分的Ni元素，这样生成的Cu-Sn-Ag-Ni液层对于包覆这些超研磨颗粒的Ti金属或TiC的浸润性良好。能够用于本发明金属粘结剂砂轮的钛包覆金刚石研磨颗粒或钛包覆CBN研磨颗粒为该行业的人所知，可以使用市售品，也可以制造使用。其制造方法可以例举例如采用CVD法的包覆法。本发明的金属粘结剂砂轮如下所述制造。即，作为金属粘结剂材料，准备与上述各金属的组成相对应量的各金属粉末，将它们与所定量的超研磨颗粒均一混合。金属粘结剂材料与超研磨颗粒的配合比，通常体积比为5∶95～25∶75。在温度650～850℃下，至少30MPa的最终加压力下对该材料混合物加压烧结约1小时。以下，对本发明的实施例和比较例进行说明，它们只是本发明的实施可能性及有用性的例证，对本发明的构成无任何限定。实施例[实施例1]粘结剂物性的测试考察向含有Ni、Cu、Sn的金属粘结剂中添加Ag时物性的变化，对Ag添加的效果进行确认。按下述所定量计量各原料粉末，用搅拌擂溃机混合20分钟，作成金属粘结剂。测试粘结剂Ni/Cu/Sn/Ag＝45/31/19/5(wt％)对照粘结剂Ni/Cu/Sn/Ag＝45/36/19/0(wt％)然后，将制得的金属粘结剂均匀地填充到50×5mm的耐热钢模具中，加热进行烧结。这里，测试粘结剂及对照粘结剂双方的最终压力均为98MPa，最终加热温度使用400℃、500℃、600℃、650℃、700℃或750℃。烧结体在冷却后从模具中取出，对各边进行精加工，最终作成50×5×5mm的方形测试片。粘结剂的物性测试对于上述那样得到的各测试片，测试洛氏硬度(HRA)及弯曲强度。各测定方法如下所述。用于评价金属粘结剂物性的洛氏硬度按照JIS规格(洛氏硬度试验B7726、1998)进行，从施加基准荷重10kgf，然后加一定的试验荷重再返回时，求得前后两次基准荷重下压头的侵入深度h。本测试中使用金刚石压头，用试验荷重为60kgf、100～500h的算出式求得。金刚石压头的性能如下。a)前端为圆锥部与球面部光滑连接的曲面。b)前端的圆锥角度为120°±30’。c)前端的圆锥部的母线与插入部的承受载荷面的角度为30°±20’。d)前端的球面部的曲率半径为0.2±0.02mm。按照JIS规格(精细陶瓷的弯度强度试验方法R1601、1986)，在各测试研磨石的跨度间距为30mm、荷重降下速度为3mm/min下进行3点弯曲强度测试。对各测试片取3个的平均值。测试结果洛氏硬度的测定结果示于表1，弯曲强度的测定结果示于表2。表1洛氏硬度表2弯曲强度(MPa)从上述表1的结果可以看到，测试粘结剂的硬度比对照粘结剂的硬度高。从上述表2可以看到，含有5wt％Ag的测试粘结剂，高温烧结时烧结体的硬度上升，弯曲强度略有降低。对照粘结剂的弯曲强度在700～750℃以上时为最大值，而测试粘结剂在650～700℃时就基本上达到了最大值。低温度500～600℃的弯曲强度值的差特别显著。从以上的结果可以看到，Ag的添加显示出烧结促进效果。因此，得到的结论是如果使用添加Ag的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂，可以提供切割性好，硬且寿命长的砂轮。金属粘结剂砂轮制造例1使用钛包覆金刚石研磨颗粒#500(从GE公司购入，商品名MBM30/40Ti)，制作金属粘结剂砂轮的测试片。研磨颗粒1000重量份金属粉末4200重量份[金属粘结剂的组成]Ni/Cu/Sn/Ag＝45/28/25/2(wt％)计量上述各原材料，用搅拌擂溃机混合20分钟，调制材料混合物，均匀地填充到50×5mm的耐热钢模具中。加压烧结是在相同的条件下对多个调制的材料混合物分别使用不同的最终加热温度650℃、700℃或750℃。最终压力均为100MPa。制得的烧结体在冷却后从模具中取出，对各边进行精加工，最终作成50×5×5mm的方形测试片。金属粘结剂砂轮制造例2除了使用没有包覆钛的金刚石研磨颗粒#500外，其余与上述实施例2同样制作测试片。实施例2及3的测试片的物性测试对于上述那样制作的实施例2及3的各测试片，测定洛氏硬度(HRB)及弯曲强度。各自的测试方法如下所述。用于评价金属粘结剂物性的洛氏硬度按照JIS规格(洛氏硬度试验B7726、1998)进行，从施加基准荷重98.07N(10kgf)，然后加一定的试验荷重再返回时，求得前后两次基准荷重下压头的侵入深度h。本测试中使用直径1.5875mm(1/16英寸)的钢球，用试验荷重为980.7N(100kgf)、130～500h的算出式求得。按照JIS规格(精细陶瓷的弯度强度试验方法R1601、1986)，在各测试研磨石的跨度间距为30mm、荷重降下速度为3mm/min下进行3点弯曲强度测试。对各测试片取3个的平均值。洛氏硬度的测定结果示于表3，弯曲强度(MPa)的测定结果示于表4。表3洛氏硬度表4弯曲强度(MPa)从上述的结果可以看到，在实施例2及3两者中，采用了Ni量超过40wt％的金属粘结剂组成，虽在较低的温度下进行烧结，但硬度及强度的物性值都达到了优选的高水平。这表示实施例2及3两者都能制造优异的磨削砂轮。此外，通过对实施例2和实施例3的比较可以看到，在上述金属粘结剂组成中使用钛包覆的金刚石研磨颗粒显示出优点。即，对于洛氏硬度及弯曲强度的任何一方，实施例2的结果都有意义地提高了实施例3的结果，从这点可以确认，在含有超过40wt％的多量的Ni且含有少量的Ag的该金属粘结剂组成中，与钛包覆的金刚石研磨颗粒的结合力，即该研磨的保持力提高的效果。使用钛包覆的金刚石研磨颗粒#500，制作实施例4及5的玻璃磨削用金属粘结剂砂轮。作为比较例，使用特开昭58-217271号公报中记载的Fe-Cu-Sn系金属粘结剂制备砂轮。各砂轮的具体情况如下所述。研磨颗粒1000重量份金属粉末4200重量份[金属粘结剂的组成]实施例4Ni/Cu/Sn/Ag＝45/28/25/2(wt％)实施例5Ni/Cu/Sn/Ag＝65/8/25/2(wt％)比较例Fe/Cu/Sn＝60/28/12(wt％)计量上述各原材料，用搅拌擂溃机混合20分钟，调制金属粘结剂砂轮用材料混合物。金属平台使用钢制金属平台，在该金属平台上准备用于成型外周203mm、高12.5mm、砂轮层厚3.5mm的圆形砂轮外形的耐热合金摸具。将所述金属粘结剂砂轮用材料混合物均匀地填充到该耐热合金模具中，最终压力均为100MPa，最终加热温度均为750℃，进行加压烧结。制得的烧结体在冷却后从模具中取出，进行精加工，最终作成外周202mm、厚12mm、孔径50.8mm的1A1的砂轮。此外，在各砂轮的外周使用面(磨削面)上形成5个沟槽，从而制成各测试用砂轮。在下述磨削测试中，各砂轮均使用中央的沟槽部。磨削测试在磨削测试中，在下述条件下对玻璃端面部分进行磨削。砂轮尺寸外周202mm、厚12mm、孔径50.8mm外周使用面上有5个沟槽被磨削材料材质液晶用玻璃基板尺寸长150mm高100mm厚0.7mm研削0.7mm的厚部。磨削盘种类冈本工作横轴平面磨削盘型式CNC-52B(7.5kw)磨削液种类水系磨削液流量30升/分dress条件stickWA#800G砂轮周速度25m/sdress切入1mm×1次dress输送500m/mindress方向上切式dressing磨削条件湿式插入(plunge)磨削砂轮周速度30m/s工作台(table)速度6m/min切入0.2mm/pass磨削方向只为上切式磨削替换40mm/每1片×20片磨削长度600m作为评价项目，对用于磨削测试的各砂轮考察砂轮半径损耗(mmR)、磨削动力、表面粗糙度(Raμm)、砂轮使用面的锈产生状态。各测定方法如下所述。使用石墨复制(carbonreplica)法对使用前后的形状进行比较。将砂轮轴发动机的消费电力记为W，按612×W/周速度(60/100)求得。此外，使用所述砂轮周速度作为周速度。中心线平均粗糙度(Ra)是指从粗糙度曲线中沿其中心线方向抽取测定长度l的部分，将该抽取部分的中心线作为X轴，纵倍率的方向作为Y轴，用粗糙度曲线y＝f(x)表示时，用微米(μm)表示的用下式求得的值。Ra=11∫01|f(x)|dx]]>[砂轮使用面的锈产生状态]磨削完了放置一夜后，目视观察砂轮使用面的锈产生状态。上述磨削测试结果示于表5。表5从上述测试结果可以显示以下情况。对于砂轮半径损耗，显示出的结果是实施例4及实施例5两者的砂轮损耗都比比较例少。对于磨削动力，实施例4及实施例5两者均显示出比比较例低的值。这意味着砂轮的切割性好，表示使作为被磨削材料的玻璃的磨削烧焦及磨削断裂产生的频率减少。对于表面粗糙度，实施例4、实施例5、比较例均显示出相同的值。这表示这些实施例的制品作为磨削用砂轮具有与以往制品同等的品质。对于锈的产生情况，确认实施例4及实施例5均没有生锈，只有比较例中生了锈。这说明比较例的金属粘结剂中所含有的Fe是原因。因此，根据本实施例的砂轮，被磨削材料不会被锈污染，被磨削材料的生产效率提高。如以上详细说明的那样，本发明提供了切割性好，磨削时焦烧或磨削断裂的产生频率少，硬且寿命长，没有锈产生，而且加压时无变形且强度高的Ni-Cu-Sn系金属粘结剂砂轮及其制造方法，特别是本发明提供了在Ni量高的组成的金属粘结剂中能够使金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒良好地结合并保持的金属粘结剂砂轮及其制造方法。权利要求1.金属粘结剂砂轮，其特征在于，所述金属粘结剂砂轮通过用金属粘结剂将金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒结合而构成，所述金属粘结剂的化学组成为Ni40～70wt％，Sn19～30wt％，Ag1～7wt％，和作为剩余部分至少为5wt％的Cu。2.根据权利要求1记载的金属粘结剂砂轮，其特征在于，所述金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒用钛包覆。3.根据权利要求1或2记载的金属粘结剂砂轮，其特征在于，所述金属粘结剂砂轮用于玻璃的磨削和/或研磨。4.金属粘结剂砂轮的制造方法，其用金属粘结剂将金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒结合，包括(a)为了得到Ni为40～70wt％，Sn为19～30wt％，Ag为1～7wt％，及剩余部分至少为5wt％的Cu的组成的金属粘结剂，以所需量制备这些金属的粉末混合物，将该金属粉末与金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒混合；及(b)使用模具，在温度650～850℃下对所述金属粉末和研磨颗粒的混合物烧结，其中，所述模具使用了耐热合金或耐热钢材。5.根据权利要求4记载的制造方法，其特征在于，使用钛包覆的金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒。全文摘要本发明提供了Ni－Cu－Sn系金属粘结剂砂轮及其制造方法，其具有良好的切割性，硬且寿命长，不生锈，且加压时的变形小而且具有高强度。本发明涉及通过金属粘结剂将金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒结合而构成的金属粘结剂砂轮，所述金属粘结剂的化学组成为Ni40～70wt％，Sn19～30wt％，Ag1～7wt％，及作为剩余部分至少为5wt％的Cu。特别优选所述金刚石研磨颗粒和/或CBN研磨颗粒被钛包覆。文档编号B24D3/06GK1541808SQ20041003128公开日2004年11月3日申请日期2004年3月26日优先权日2003年3月28日发明者青木清之,茶山达志,志申请人:吴诺顿株式会社