专利名称：具有曲折表面形貌之覆层的磨料颗粒的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型的具有曲折表面形貌的涂敷磨料颗粒，生产这种涂敷磨料颗粒的方法，以及包括这种涂敷磨料颗粒的产品。
背景技术：
磨料和超硬材料，即超级磨料，例如天然和人工金刚石和立方氮化硼，显示出可用于机加工金属和非金属材料的杰出能力。这些材料被频繁地应用在锯片和磨削工具(grindingtools)中作为切削、磨削、抛光各种硬的和磨蚀性(abrasive)的材料的刀口。当磨料或超级磨料颗粒加强的金属或陶瓷复合材料或基于聚合物的复合材料被用来进行一项工作，例如切削或磨削或抛光高度磨蚀性的工件时，在复合材料中的颗粒由于其较高的杨氏模量而承受所施加力的大部分。沿着颗粒和基质之间的界面累积的剪切力和张应力可能是非常显著的。由于弱的界面结合(bonding)，超级磨料颗粒经常从基质中脱落。由于大多数的磨料/超级磨料具有相对光滑的表面并且对于大多数的化学物质呈现惰性，在颗粒和基质之间很少有机械或化学的结合。
部分使用的磨料颗粒(砂粒(grit))的过早总脱落(gross put-out)是在树脂、玻璃质或金属结合剂(bond)中的磨削轮磨损的主要因素。金刚石颗粒在基质(例如金属、陶瓷、和聚合物)中的保持力是不足的。作为一个实例，金刚石锯片在一次切削应用期间可能损失基质中高达40％的磨料颗粒。
用于提高磨料和超级磨料对树脂，玻璃质，或金属结合剂的附着力的途径可以采用对磨料颗粒具有反应性的结合剂组合物，使得在工具制造过程中，该结合剂组合物附着于磨料颗粒的表面。例如，美国专利号5,190,796和5,232,469(两者都并入作为参考)教导了通过向金刚石颗粒提供/涂敷多个金属层来改进金刚石在研磨工具中的保持力的方法，所述的金属例如为钼、钛、铌、铬、锆、铜和镍。作为另一个实例，美国专利申请序列号09/901,159(在此并入作为参考)公开了在金属涂敷超级磨料颗粒和树脂结合剂基质的混合物中并入硅烷偶联剂来增强覆层和树脂基质之间的结合。
另一种增加或提高基质中砂粒的保持力的途径中，金刚石颗粒的表面被改性。例如，美国专利号3,650,714(在此并入作为参考)提议在涂敷用铜或镍涂敷金刚石期间加入陶瓷晶须，并且还通过在真空下加热海绵铁和黄铜的混合物涂敷的金刚石来获得粗糙性。作为另一个实例，美国专利号4,435,189(在此并入作为参考)公开了具有受控的、粗糙纹理表面的金属涂敷磨料，用来提高树脂类材料的附着力。这种受控的、粗糙纹理表面是这样来制备的，即通过间断无电镀涂敷过程来钝化金刚石表面，然后每次用催化剂来再活化该钝化表面以控制“更粗糙的”砂的金属沉积率。
仍然需要一种改进方法，来提高涂敷磨料/超级磨料颗粒和基质之间的结合强度以及磨料/超级磨料晶体和其金属覆层之间的结合强度。已经找到了一种新颖的并且具有创造性的途径，这种途径通过界面设计提高了基质中涂敷磨料颗粒的保持力。
发明概述本发明的一个实施方案涉及具有抗磨性覆层(coating)的涂敷磨料颗粒，所述的覆层包括选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，和其混合物组成的组中的一种或多种材料。在一个实施方案中，涂敷磨料颗粒可以具有一个或多个附加覆层，所述附加覆层包括金属，金属合金，或其他合适的覆层材料。任选地，所述的涂敷磨料颗粒具有外层表面形貌，其特征在于每个磨料颗粒具有大约5个长钉(spike)以及约1.1的曲折度(tortuosity)T。本发明的另一个实施方案是包括在基质中的多个涂敷磨料颗粒的复合材料。
本发明的另一个实施方案还涉及在复合材料基质中改进颗粒保持力的方法，所述的复合材料基质包括用于在磨削、切削或抛光领域中改进的性能的涂敷磨料颗粒。所述的方法包括提供具有覆层的研磨颗粒，所述的覆层包括选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，和其混合物组成的组中的一种或多种材料。所述的涂敷磨料颗粒可以被一个或多个覆层所涂敷。任选地，所述的涂敷的磨料颗粒具有外层表面形貌，其特征在于每个磨料颗粒具有大约5个尖峰(peak)以及约1.1的曲折度T。这种涂敷的颗粒可以被分散在基质材料中。
所述的涂敷超级磨料颗粒的实施方案可以被用于机加工应用中，例如被用于锯片，抛光工具，磨削工具，以及切削工具中，并且，它们还可以被用于涂敷应用中。本发明所述的涂敷磨料和超级磨料颗粒的实施方案还可以用于这些应用中，例如一些复合材料和一些制品中，其中颗粒和基质材料之间增加的结合强度是有益的。
本发明的另一个实施方案涉及用三个金属层来涂敷超级磨料/磨料颗粒的方法。在这个实施方案中，所述的颗粒被用至少三种不同的覆层来涂敷外层，扩散层和化学形成层。施加于所述颗粒的第一层是化学形成层，其中，在所述的颗粒和所述的化学形成层之间形成了化学键。第二层是扩散层，在所述的化学层和所述的外层之间形成结合的一个中间层。外层被施加于所述的扩散层，所述的扩散层随后将所述的涂敷颗粒结合到所述的基质。
为了更完整地理解本发明的特征和优点，应当参考下面的详细说明和附图，附图中图1是说明本发明实施方案的涂敷颗粒表面曲折形貌的示意图。
图2是显示本发明实施方案的涂敷颗粒覆层设计的示意图。
发明的详细说明在描述本发明的组合物和方法之前，应当理解，本发明不局限于所描述的特定过程、组合物、或方法，因为这些可以变化。同样可以理解，在描述中所使用的术语仅仅是出于描述特定的形式或实施方案的目的，不是要限制本发明的范围，而本发明的范围将仅仅由所附的权利要求书来限定。
必须注意，正如在本文和所附的权利要求书中所使用的那样，单数形式的“a，”，“an”以及“the”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。因此，例如，提及“颗粒”(a“particle”)是指一个或更多的颗粒及其本领域技术人员所知的等同物，等等。除非另有定义，本文所使用的所用技术和科学术语具有与本领域普通技术人员的一般理解相同的含义。虽然任何与本文描述的内容类似或等同的方法和材料可以被用于本发明的实施方案的实施和试验中，但是，现在描述的是优选的方法、设备和材料。所有提及的出版物在此被结合进入本文作为参考。由于发明在先，本文没有内容可以被解释为承认本发明不具有比这样的公开更早的发明日期。
尽管本发明将参考切削和磨削工具来进行描述，但是，本文所描述的涂敷颗粒可以针对各种不同的复合材料和制品来被使用。
本发明的实施方法涉及具有在覆层的外表面上具有曲折形貌的涂覆磨料颗粒。本申请人惊奇地发现，提供具有曲折表面的涂敷颗粒改变了相对于沿着所述涂敷磨料颗粒和基质的界面的整体剪应力(global shear stress)方向的界面取向。其结果是，来自于增大的摩擦力的机械互锁(interlock)力增强了界面的结合，并抵制界面运动，以获得延长的磨料产品寿命、增强的磨料产品性能，以及在所述基质材料中提高的颗粒保持力。
正如这里所使用的，“一种磨料”或“磨料”指的是常规的磨料，超级磨料或其组合。常规磨料包括，但不限于氧化铝，碳化硅，氧化锆-氧化铝，石榴石，金刚砂，和燧石(flint)。超级磨料包括，但不限于天然或人造金刚石，立方氮化硼(CBN)，和低氧化硼(boronsuboxide)。磨料材料的各种组合物和混合物也是被预期的，例如，举例而言，氧化铝和氧化锆的混合物，或者金刚石和CBN的混合物。合适磨料的另一个实施例是来自于溶胶-凝胶的磨料。这些实施例是溶胶-凝胶氧化铝研磨用砂粒(abrasive grit)，它们可以是加晶种(seeded)的或未加晶种的(unseeded)。同样地，任何这些磨料材料也适合于本发明的实施方案。
用于本发明的磨料粒子(grain)(有时把它叫做“砂粒(grit)”)的平均粒径可以通过各种因素来确定，例如所利用的特殊磨料，以及最终的应用。通常，适合于超级磨料和磨料的平均粒径约在0.5到约5000微米的范围内。在另一个实施方案中，磨料颗粒可以在约2到约200微米的范围内。其他粒径也是可能的。
本发明的磨料粒子可以以一层或多层金属或金属合金覆层来涂敷，其中，所述的覆层包括Al，Ag，Au，B，C，Co，Cu，Cr，Mg，Mn，P，Pd，Pt，Mo，Ni，Si，Sn，Ti，Zn，W，Sn，Y，Zn，Zr，它们的合金，和它们的混合物中的一种或多种。这些粒子可以被一层或多层相同或不同类型的金属所涂敷，也即，靠近磨料颗粒表面的内层是一种类型的覆层，而具有曲折表面形貌的外部是另一种类型的材料。在几个实施方案中，所述的曲折涂敷层可以是单层覆层，例如硼化镍(NiB)，钨，铜或锡覆层，双层覆层，例如钨/铬(W/Cr)或钨/硼化镍(W/NiB)覆层，或者，甚至是三层覆层，例如硼化镍/钨/铬(NiB/W/Cr)覆层。
在一个实施方案中，所述的曲折形貌覆层包括具有一个或多个厚度为约2μm到100μm的层。在第二实施方案中，具有曲折形貌的涂敷颗粒所具有的平均覆层厚度为约4μm到50μm。其他厚度也是可能的。
具有曲折表面形貌的涂敷颗粒。为了在本发明复合材料中的良好的颗粒保持力，涂敷磨料颗粒的外层可以与所述的基质材料具有强的结合。所述强结合的特征可以在于在所述涂敷磨料的外表面上的高度曲折表面形貌，允许产生机械互锁结合。所述的强颗粒保持力也可以通过在外层和基质之间的扩散结合来产生。
磨料颗粒的形貌可以在外观/结构上有所不同，从非均匀的到基本上均匀的以及从不连续的到连续的，其外观是包括手征性(chiral)，尖顶状(spire-like)，长钉状(spike-like)，螺旋形，杆状，板状(plate-like)，针尖状，球状，椭圆体，盘状，不规则形状，板状，针状，盘绕状，罗提尼(rotini)，和蜂窝状的各种形状的任意组合。磨料颗粒的形貌允许产生提高的表面接触以及机械互锁，以在复合材料基质中较好地保持所述的磨料。
涂敷表面的特征可以在于具有按不同角度排列的界面，包括排列在任何长钉(spike)、尖峰、脊、突起(bump)、隆起(mound)、或任何合适形状上的具有突出体、不规则体或不完整体的任何涂敷表面。表面也可以为起皱褶的构造。在这里，术语“长钉(spike)”指的是在所述覆层表面上的任何这种突出体或不完整体。由于这种曲折表面界面，长钉状或起皱褶的构造也有助于在磨料表面的界面处的降低的局部应力状态。
在本发明的一个实施方案中，在涂敷超级磨料颗粒中，每个圆周(即，2πRA)的“长钉”平均个数为5或更多。在本发明的另一个实施方案中，长钉或皱褶峰(corrugated peaks)的平均个数为7或更多。在本发明的再一个实施方案中，长钉或峰的平均个数为10或更多。其他个数的长钉也是可能的。
所述的涂敷超级磨料颗粒包括一个或多个长钉。这些长钉可以被至少两个尺度所定义从颗粒中心到所述长钉最远峰的长度以及从颗粒中心到所述长钉底部的长度。这两个长度中的每一个都可以针对涂敷表面上存在的所有长钉而被确定。正如这里所使用的，涂敷磨料颗粒的曲折度(T)被定义为从颗粒中心到长钉最远峰的平均长度(RP)除以从颗粒中心到所述长钉底部的平均长度(RA)的比率。如图1所示，所述的涂敷磨料颗粒10被覆层60所涂敷，所述覆层的表面包括一个或多个长钉20。曲折度T被定义为平均最远峰长度50(RP)除以平均底部长度40(RA)。
在本发明的一个实施方案中，涂敷磨料颗粒的T在约1.05到约1.70的范围内。在优选的实施方案中，所述的T值在约1.10到约1.70的范围内。在更优选的实施方案中，所述的T值大于约1.10。在更加优选的实施方案中，所述的T值大于约1.15。其他T值也是可能的。
具有曲折形貌的涂敷颗粒的制备工艺。本发明的涂敷颗粒能够按照本领域已知的常规涂敷方法来制备。这些方法包括，例如，无电镀(electroless plating)、化学还原、溅射化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体辅助的化学气相沉积、后面有烧结工艺的流化床工艺，或者它们的结合用于单层或多层覆层，可选择地是继之以反应热处理、热灼烧(thermalpyrosis)、电镀、或溶胶-凝胶工艺。
所述的涂敷工艺可以在这样的条件下进行，使得所述的金属涂敷层的沉积/镀覆/溅射被控制，以形成具有曲折/皱褶性能的改性涂敷表面。尽管不受到理论的束缚，据信在高温下的增强的无电镀沉积率，也即，所述的沉积变得不太均匀，有助于提高曲折度T并且提供具有多个长钉构造的涂敷表面。
所述的磨料颗粒可以通过任何适合的方法被一个或多个涂敷层所涂敷。例如，美国专利号3,779,873(在此引入作为参考)公开了电解金属镀金刚石颗粒的方法。美国专利号5,024,680(在此引入作为参考)公开了使用铬、钛、或锆碳化物形成层作为在金刚石颗粒上的多层覆层的一部分。美国专利号5,232,469(在此引入作为参考)公开了在研磨工具中具有改进的磨损性能的多层涂敷金刚石磨料颗粒，其中的覆层包括单一均质的、碳化物形成金属初生层，优选为铬，以及至少一个通过无电镀沉积施加的非碳化物形成次生层，优选包括镍/磷或钴/磷。
涂敷的磨料颗粒可以按任何方法加入到基质材料中。例如，美国专利号6,156,390(在此引入作为参考)描述了一种这样的方法。提供了一种通过氟化碳和金刚石材料与无电镀金属共沉积来进行金属镀敷制品的方法，其中，金刚石材料的形式是人造金刚石。电镀覆层的一个实施例是复合材料覆层，所述的复合材料覆层包括加入到所述层中的具有耐磨颗粒的无电镀镍层。所述的颗粒可以是碳化硅或金刚石，这些颗粒在镍层形成于基体材料之上的同时被共沉积。
在本发明的一个实施方案中，通过选择基于所述基质类型的适当外层合金，获得了高度曲折的表面形貌，其中，所述的涂敷颗粒将被包括在所述的基质中。
用具有曲折形貌的三个涂敷层涂敷的涂敷颗粒。在另一个实施方案中，所述的覆层包括三个不同的层，以进一步优化在图2所示的复合材料中所述颗粒的保持性(retentionproperties)。图2示出了根据本发明的一个实施方案的涂敷颗粒10。磨料颗粒30被化学形成层100、扩散层90、以及外层80所涂敷。所述外层80的曲折表面形貌70导致了在所述涂敷颗粒和所述基质之间提高的结合强度。
所述的第一层是化学形成层100，所述的化学形成层100可以是碳化物或碳化物氧化物形成层，它形成了磨料颗粒30和化学形成层100之间的化学键。用于涂敷如图2所示的三个层中的任何一个覆层的方法可以是化学气相沉积(CVD)，物理气相沉积(PVD)，和等离子体辅助的化学汽相沉积，热灼烧(thermal pyrosis)，或溶胶-凝胶方法，继之以反应热处理。如图2所示的每个层的厚度可以在约0.1μm到约10μm的范围内。
所述的第二层是扩散层90，扩散层90可以是金属合金，例如Co基合金，Ni基合金，Cu基合金和其混合物。在本发明的一个实施方案中，所述合金的工作温度在约600-1150℃的范围内。所述合金元素可以是Al，Ag，Au，B，C，Co，Cu，Cr，Mg，Mn，P，Pd，Pt，Mo，Ni，Si，Sn，Ti，Zn，W，Sn，Y，Zn，Zr和其混合物。所述的扩散覆层90是一个在化学形成层100和外层80之间的中间层。在一个实施方案中，通过在烧结之前或在烧结过程中借助于热处理的扩散工艺，所述的扩散层90提供在所述化学层100和外层80之间的中间结合。所述的中间结合可以形成扩散结合，例如Cr/Cu/Ni，Ti/Cu/Ni，Sn/Pd/Ni，Zn/Ni，Cr/Ni，Cr/Pd/Ni，Cr/P/Ni，Ti/Ni，Ti/Pd/Ni，Ti/P/Ni，或其他Ni或Co基合金，或中间结合，例如AlxNiy，TixCuy，NixTiy，和NixSny。在一个实施方案中，所述扩散层90的平均厚度在约0.05μm到10μm的范围内。在另一个实施方案中，所述的扩散层90的平均厚度在约0.1μm到5μm的范围内。由此，所述的扩散层90起到了将颗粒30结合到所述外层80的作用。
所述的第三层是外层100，由于所述的中间结合，该外层能够将所述的颗粒30与所述的基质材料牢固结合。在一个实施方案中，所述的外层包括Ni，Co，Cu基合金和其混合物。其合金元素可以是Al，Ag，Au，B，C，Co，Cu，Cr，Mg，Mn，P，Pd，Pt，Mo，Ni，Si，Sn，Ti，Zn，W，Sn，Y，Zn，和Zr基合金。
包括本发明所述的涂敷磨料的复合材料和制品。本发明具有曲折形貌的涂敷颗粒可以用于磨料复合材料，例如，金属/金属合金基质复合材料，陶瓷/玻璃基质复合材料，基于聚合物基质的复合材料和其混合物。在一个实施方案中，所述的涂敷磨料颗粒以总复合材料体积的约10％到约100％(体积)的浓度来使用。
在一个实施方案中，所述的涂敷磨料被包围在金属基质中，所述的金属为，例如，Ni，Cu，Fe，Co，Sn，W，Ti，它们的合金或它们的混合物。在另一个实施方案中，基于聚合物基质的复合材料是合适的，并且所述的磨料被用于包括树脂(例如苯酚甲醛)的复合材料中。另外的树脂或有机聚合物也可以使用，例如，三聚氰胺，脲醛树脂，环氧树脂，聚酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚(二苯硫醚)聚苯并噁唑，聚碳酸酯，聚环氧化物，聚邻苯二甲酸-fide(polyplithalan-fide)，聚酮，和它们的混合物。在另一个实施方案中，所述的复合材料基质包括选自SiO2，Al2O3，ZrO，MgO，和它们的混合物的氧化物。
示例性应用。本发明的涂敷磨料颗粒和包括本发明涂敷磨料颗粒的复合材料可在任何合适的应用中使用，这些应用包括切削工具坯，拉丝模(wire die)，钻头坯(drill blank)，涂敷应用或诸如此类。所述的切削工具坯可以用于整修或切削工具，用于机加工和木加工工具，例如磨削轮，锯片，线状锯(wire saws)，钻头，镗磨头，或作为轴承元件(bearingelement)，和诸如此类。
实施例。下面的实施例仅仅代表了对于现有技术的教导所作出的贡献，本发明不应当被下面的实施例所限制。
具有曲折形貌的涂敷金刚石颗粒。颗粒目径范围在30/40，40/50，50/60，70/80，和170/200的金刚石颗粒(可以从俄亥俄州沃辛顿的戴蒙得创新股份有限公司商购)被涂敷成具有曲折表面形貌。金刚石颗粒被置于20加仑大小的电镀容器中，其中有无电镀镍镀覆溶液。搅拌由气动叶轮(air driven impeller)提供。颗粒物质被均匀地分散到所述得镀覆溶液中。
包含次磷酸钠的还原剂以约0.5ml/秒到约4ml/秒的速度被加入到镀覆溶液中。所述的加入导致镀覆反应开始并且镀覆在约145°F到约170°F的操作温度下持续约几个小时，直至几乎所有的镍从所述的镀覆溶液中耗尽。所述的涂敷金刚石颗粒被从容器中移出，并且在炉中干燥。在一个实施方案中，所述的曲折度是通过提高温度到或超过约145°F来调节的。在一个实施方案中，上述操作被重复多次以得到所需的曲折度。
复合材料弯曲实例。将用按照本发明的一个实施方案的涂敷金刚石(曲折度T为约1.1)制备的复合材料与包括未涂敷金刚石的复合材料进行比较。各种试验展现出包括所述涂敷金刚石的复合材料显示出比对照物高出至少25％的强度。此外，断裂表面分析指示本发明的涂敷金刚石颗粒和粘结基质之间的结合强于未涂敷金刚石颗粒在相同粘结基质中的结合。
锯片实施例。目径为40/50的金刚石颗粒(MBS 945，可以从戴蒙得创新股份有限公司商购)被涂敷成使其曲折度为约1.1，用来制造锯片，所得到的锯片与用未涂敷的金刚石颗粒(商品名为MBS 970，可以从戴蒙得创新股份有限公司商购)制造的锯片进行比较。所售的MBS 970是比MBS 945更高等级的金刚石。试验结果指示与未涂敷的更高等级金刚石刀片相比，包括涂敷金刚石颗粒的刀片显示使用寿命延长至少50％。此外，与使用未涂敷的磨料颗粒相比，对于相同量的切削工作，使用了本发明涂敷颗粒的刀片显示更好的切削能力并使用了更少的能量(比未涂敷的研磨颗粒少20％能量)。
刀片试验进一步说明，包括涂敷颗粒的锯片具有与包括未涂敷颗粒的锯片相同的切削能力，尽管事实上未涂敷颗粒的锯片其颗粒浓度要比涂敷颗粒的锯片高18％。
磨削轮实施例。对目径为80/100的金刚石颗粒(商品名为MBG 660，可以从戴蒙得创新股份有限公司商购)进行涂敷，使其曲折度(T)达到约1.05和约1.15，由所得到的金刚石颗粒制造磨削轮。将这些具有曲折涂敷颗粒的磨削轮与用相同粒径的未涂敷金刚石颗粒(MBG 660)制造的磨削轮进行比较。由研磨陶瓷氧化物的试验所得到的结果是，与用未涂敷金刚石的磨削轮相比，用T＝1.05的金刚石颗粒脱落要少23％，与用未涂敷金刚石的磨削轮相比，用T＝1.15的金刚石颗粒脱落要少81％。
已经在本说明书中提供的一些优选的实施方案仅是为了说明的目的。然而，前面的说明不能被认为是对本发明范围的限制。相应地，对于本领域的技术人员而言，可以作出各种更改、改装、和变化而不会偏离本发明所要求的发明概念的精神和范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种涂敷磨料颗粒，包括具有至少一层抗磨性覆层的磨料颗粒，所述的至少一层选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，其混合物组成的组；其中，所述的涂敷磨料颗粒具有包括至少5个长钉的外层表面形貌和至少为约1.1的曲折度T，其中，所述的曲折度是从所述颗粒中心到每一个所述长钉最远峰的平均长度(RP)除以从所述颗粒中心到每一个所述长钉底部的平均长度(RA)。
2.在基质中包括多个如权利要求1所述的涂敷磨料颗粒的复合材料。
3.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括选自由三聚氰胺树脂，脲醛树脂，环氧树脂，聚酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚(二苯硫醚)聚苯并噁唑，聚碳酸酯，聚环氧化物，聚邻苯二甲酸-fide，聚酮，和它们的混合物组成的组的聚合物。
4.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括选自由Ni，Cu，Fe，Co，Sn，W，Ti，它们的合金或它们的混合物组成的组的金属。
5.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括选自由SiO2，Al2O3，ZrO和MgO组成的组的氧化物。
6.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的磨料颗粒选自由金刚石，立方氮化硼，低氧化硼，氧化铝，碳化硅，氧化锆-氧化铝，石榴石，金刚砂，燧石，和其混合物组成的组。
7.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的磨料颗粒被选自由NiB，钨，铜，锡，铬，和其混合物组成的组的金属所涂敷。
8.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的磨料颗粒的粒径为约2μm到约200μm。
9.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的颗粒被厚度为约2μm到约100μm的层所涂敷。
10.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的涂敷磨料颗粒以占所述复合材料体积约10％到约100％的浓度存在。
11.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括工作温度的范围在约600-1150℃的合金。
12.一种包括如权利要求2所述的复合材料的制品。
13.如权利要求12所述的制品，其中，所述的制品选自由工具坯，拉丝模，钻头坯，磨削轮，锯片，线状锯，钻头，镗磨头，和轴承元件组成的组。
14.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的磨料颗粒被至少三个涂敷层所涂敷，其中，所述的第一层是化学形成层，其中，所述的第二层是包括金属合金的扩散层，所述的扩散层结合所述的化学形成层，其中，所述的第三层是包括金属或金属合金的外层，所述的外层结合所述的扩散层。
15.如权利要求14所述的复合材料，其中，所述三个层中的一个或多个层为约1μm到约10μm厚。
16.如权利要求14所述的复合材料，其中，所述的第一层是包括选自由钛，铬，钨，钼，锌，和其混合物组成的组的至少一种材料的化学形成层。
17.如权利要求14所述的复合材料，其中，所述扩散层包括基于选自由Al，Ag，Au，B，C，Co，Cu，Cr，Mg，Mn，P，Pd，Pt，Mo，Ni，Si，Sn，Ti，Zn，W，Sn，Y，Zn和Zr组成的组的金属的合金。
18.如权利要求14所述的复合材料，其中，所述扩散层还结合所述的外层。
19.如权利要求14所述的复合材料，其中，所述的外层包括选自由Al，Ag，Au，B，C，Co，Cu，Cr，Mg，Mn，P，Pd，Pt，Mo，Ni，Si，Sn，Ti，Zn，W，Sn，Y，Zn和Zr组成的组的金属的合金。
20.一种形成复合材料的方法，包括通过采用选自由CVD，热喷射，电镀，无电镀覆盖，和HVOF技术组成的组的工艺涂敷磨料颗粒，其中，所述涂敷颗粒的外层表面形貌包括约5个长钉，并且，其中，所述涂敷颗粒的曲折度T至少为约1.1，其中，所述的曲折度是从所述颗粒中心到所述长钉最远峰的平均长度(RP)除以从所述颗粒中心到每一个所述长钉底部的平均长度(RA)；将所述的涂敷磨料颗粒分散在基质材料中。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述的涂敷磨料颗粒被包括一种或多种选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，其混合物组成的组的材料的覆层所涂敷。
22.如权利要求20所述的方法，其中，所述基质材料包括选自由金属，金属合金，陶瓷，玻璃，聚合物，和其混合物组成的组的材料。
23.如权利要求20所述的方法，其中，所述的磨料颗粒选自由金刚石，立方氮化硼，低氧化硼，氧化铝，碳化硅，氧化锆-氧化铝，石榴石，金刚砂，燧石，和其混合物组成的组。
24.如权利要求20所述的方法，其中，所述的覆层是在大于约145°F的温度下经由无电镀而被沉积的。
25.如权利要求20所述的方法，其中，所述的涂敷磨料颗粒被包括至少三个层的覆层所涂敷，其中，中间层结合外层和化学形成层，并且，其中，所述的化学形成层结合所述的磨料颗粒。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述的三个层通过无电镀工艺被依顺序地沉积在所述的颗粒上。
权利要求
1.一种涂敷磨料颗粒，包括涂敷有至少一层包括一种或多种选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，其混合物组成的组的材料的抗磨性覆层；包括至少5个长钉的外层表面形貌；以及至少为约1.1的曲折度T。
2.一种复合材料，包括在基质中的多个涂敷磨料颗粒，其中，所述的涂敷磨料颗粒被包括一种或多种选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，其混合物组成的组的材料的覆层所涂敷；其中，所述的涂敷磨料颗粒具有包括约5个长钉的外层表面形貌；以及其中，所述的涂敷颗粒具有至少为约1.1的曲折度T。
3.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括选自由三聚氰胺树脂，脲醛树脂，环氧树脂，聚酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚(二苯硫醚)聚苯并噁唑，聚碳酸酯，聚环氧化物，聚邻苯二甲酸-fide，聚酮，和它们的混合物组成的组的聚合物。
4.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括选自由Ni，Cu，Fe，Co，Sn，W，Ti，它们的合金或它们的混合物组成的组的金属。
5.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括选自由SiO2，Al2O3，ZrO和MgO组成的组的氧化物。
6.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的磨料颗粒选自由金刚石，立方氮化硼，低氧化硼，氧化铝，碳化硅，氧化锆-氧化铝，石榴石，金刚砂，燧石，和其混合物组成的组。
7.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的磨料颗粒被选自由NiB，钨，铜，锡，铬，和其混合物组成的组的金属所涂敷。
8.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的磨料颗粒的粒径为约2μm到约200μm。
9.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的颗粒被厚度为约2μm到约100μm的层所涂敷。
10.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的涂敷磨料颗粒以占所述复合材料体积约10％到约100％的浓度存在。
11.如权利要求2所述的复合材料，其中，所述的基质包括工作温度的范围在约600-1150℃的合金。
12.一种形成复合材料的方法，包括向基质材料提供涂敷磨料颗粒；其中，所述的涂敷磨料颗粒被分散在所述的基质材料中；其中，所述涂敷颗粒的外层表面形貌包括约5个长钉；以及其中，所述涂敷颗粒的曲折度T至少为约1.1。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述的磨料颗粒被包括一种或多种选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，其混合物组成的组的材料的覆层所涂敷。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述基质材料包括选自由金属，金属合金，陶瓷，玻璃，聚合物，和其混合物组成的组的材料。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述的磨料颗粒选自由金刚石，立方氮化硼，低氧化硼，氧化铝，碳化硅，氧化锆-氧化铝，石榴石，金刚砂，燧石，和其混合物组成的组。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述的涂敷磨料颗粒被覆层通过选自由CVD，热喷射(thermal spray)，电镀，无电镀覆盖，和HVOF技术组成的组的工艺所涂敷。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述的覆层是在大于约145°F的温度下经由无电镀而被沉积的。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述的涂敷磨料颗粒被包括至少三个层的覆层所涂敷，其中，中间层结合外层和化学形成层，并且，其中，所述的化学形成层结合所述的磨料颗粒。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述的三个层通过无电镀工艺被依顺序地沉积在所述的颗粒上。
20.一种制品，包括多个在基质中的涂敷磨料颗粒；其中，所述的磨料颗粒被包括一种或多种选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，氮化物，氧化物，金属间化合物，其混合物组成的组的材料的覆层所涂敷；并且其中，所述涂敷颗粒的外层表面形貌包括约5个长钉，并且，其中，所述涂敷颗粒的曲折度T至少为约1.1。
21.如权利要求20所述的制品，其中，所述的制品选自由工具坯，拉丝模，钻头坯，磨削轮，锯片，线状锯，钻头，镗磨头，和轴承元件组成的组。
22.一种复合材料，包括多个涂敷磨料颗粒；其中，所述的磨料颗粒被至少三个涂敷层所涂敷；其中，所述的第一层是包括碳化物或氮化物氧化物的化学形成层，所述的化学形成层结合所述的磨料颗粒；其中，所述的第二层是包括金属合金的扩散层，所述的扩散层结合所述的化学形成层；其中，所述的第三层是包括金属或金属合金的外层，所述的外层结合所述的扩散层；并且所述的外层包括至少5个长钉。
23.如权利要求22所述的复合材料，其中，所述三个层中的一个或多个层通过选自由CVD，热喷射，电镀，无电镀覆盖，和HVOF技术组成的组的工艺被施加于所述的颗粒。
24.如权利要求22所述的复合材料，其中，所述三个层中的一个或多个层为约1μm到约10μm厚。
25.如权利要求22所述的复合材料，其中，所述扩散层包括基于选自由Al，Ag，Au，B，C，Co，Cu，Cr，Mg，Mn，P，Pd，Pt，Mo，Ni，Si，Sn，Ti，Zn，W，Sn，和Zn和Zr组成的组的金属的合金。
26.如权利要求22所述的复合材料，其中，所述的扩散层还结合所述的外层。
27.如权利要求22所述的复合材料，其中，所述的外层包括选自由Al，Ag，Au，B，C，Co，Cu，Cr，Mg，Mn，P，Pd，Pt，Mo，Ni，Si，Sn，Ti，Zn，W，Sn，Y，Zn和Zr组成的组的金属的合金。
28.如权利要求22所述的复合材料，其中，所述的涂敷磨料颗粒的曲折度至少为1.1。
29.一种复合材料，包括多个涂敷磨料颗粒；其中，所述的磨料颗粒被至少三个涂敷层所涂敷；其中，所述的第一层是包括选自由钛，铬，钨，钼，锌，和其混合物组成的组的至少一种材料的化学形成层；其中，所述的第二层是包括金属合金的扩散层，所述的金属合金包括选自由钛，铬，镍，钴，铜，硼，磷，钨，钼，锌，钯，硼化物，和金属间化合物，和其混合物组成的组的至少两种材料；其中，所述的第三层是外层，所述的外层包括选自由镍，钴，铁，铬，钨，钼，碳化物，磷，钛，锌，钯，硼化物，金属间化合物，和其混合物组成的组的至少一种材料；并且所述的外层包括至少5个长钉。
30.如权利要求29所述的复合材料，其中，所述涂敷磨料颗粒的曲折度T至少为约1.1。
全文摘要
本发明涉及由于其独特的覆层设计而具有改进的磨料颗粒(10)保持力的磨料复合材料。本发明描述了一种具有曲折表面形貌的涂敷磨料颗粒(10)，用于生产这种涂敷磨料颗粒的方法，以及包括这种涂敷磨料颗粒的产品。所述的涂敷磨料颗粒(10)具有包括大约5个长钉(20)的高曲折表面的外层覆层，并且具有至少约1.1的曲折度。所述的涂敷磨料颗粒(10)可以被用于复合材料中，所述复合材料包括金属/金属合金基质复合材料，陶瓷/玻璃基质复合材料，和基于聚合物基质的复合材料。
文档编号B24D18/00GK1784292SQ200480012541
公开日2006年6月7日 申请日期2004年5月10日 优先权日2003年5月9日
发明者陈铮, 理查德·约翰·勾茨 申请人:戴蒙得创新股份有限公司