專利名稱:樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種在基體金屬和磨粒層間具有牢固接合力的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪及其制造方法。
背景技術(shù):
在樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪中,作為基體和磨粒層的接合方法,以前一直采用使原料粉末與銅制基體金屬密接且在金屬模內(nèi)部壓縮成形的方法作為制造方法的一種手法。
作為采用該方法的理由,認(rèn)為這種制造方法中樹脂和銅的接合強(qiáng)度比較高、且粘接強(qiáng)度的穩(wěn)定性也高。特別是聚酰亞胺樹脂和銅的接合強(qiáng)度明顯高,主要應(yīng)用于半導(dǎo)體基板的制造。
聚酰亞胺樹脂和銅的接合機(jī)構(gòu),按照一般說(shuō)法是利用粘固效果和分子間力,不過(guò),特別是作為聚酰亞胺樹脂和銅牢固接合的理由,最近發(fā)現(xiàn)是基于金屬和聚酰亞胺樹脂間的化學(xué)反應(yīng)。另外,一般來(lái)說(shuō),金屬表面很難維持徹底的清潔表面,只要不在真空中等特殊的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行處理,就會(huì)在金屬表面形成羥基等。與鐵系材料等相比,銅盡管氧化速度慢,但是在表面存在羥基方面是同樣的。
在作為樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的結(jié)合材料而使用的聚酰亞胺樹脂中,也有一部分完全結(jié)束了氨化反應(yīng)的在市場(chǎng)上銷售,不過(guò),多數(shù)是沒(méi)有完全進(jìn)行氨化反應(yīng)的狀態(tài)而含有前驅(qū)體。認(rèn)為前驅(qū)體中存在羧基,它與金屬表面的羥基結(jié)合從而產(chǎn)生接合力。所以,認(rèn)為使用銅制的基體金屬,在金屬模內(nèi)將以聚酰亞胺樹脂作為結(jié)合材料的磨粒層的原料粉末相互密接且進(jìn)行加熱壓縮成形,則能夠達(dá)到非常牢固的接合。
不過(guò),由于銅的屈服點(diǎn)低,因而發(fā)生在壓縮成形工序中銅制的基體金屬變形的問(wèn)題。如果基體金屬發(fā)生變形,那么后面工序的形狀精加工就會(huì)困難,從而,不可避免地限制了可制造的形狀。另外,即使變形恢復(fù)到很小,但是由于銅為延展性材料,因而除去加工也是非常困難的,不是一種高效的制造方法。而且,銅的熱膨脹系數(shù)為16×10-6/K~18×10-6/K,高于鐵和鋼的10×10-6/K~12×10-6/K,磨粒層的熱膨脹系數(shù)為10×10-6/K以下,低于鐵和鋼。從而,當(dāng)加熱成形后進(jìn)行冷卻之際,在粘接層作為殘留應(yīng)力產(chǎn)生拉伸應(yīng)力,特別是基體金屬為銅時(shí)殘余應(yīng)力比采用鐵和鋼的情況下高。殘余應(yīng)力變高會(huì)成為造成粘接強(qiáng)度下降的要因之一。
另一方面,目前已經(jīng)提出在剛性高的鐵系材料的基體金屬上實(shí)施鍍銅的方法。根據(jù)該方法,與采用銅的基體金屬同樣,能夠在銅和磨粒層樹脂之間獲得高的接合力。
(例如,參照特開(kāi)平5-293763號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1))另外,由于基體金屬的屈服點(diǎn)高,因而既不會(huì)產(chǎn)生變形,消除加工也容易。從而,砂輪的基體金屬形狀和砂輪大小的制約,與銅制基體金屬的情況相比非常少。
作為能夠在基體金屬中使用高屈服點(diǎn)材料的方法,除了上述以外,還提出一種方法是在金屬的基體金屬上厚厚地噴鍍銅等軟質(zhì)金屬,形成多孔質(zhì)的應(yīng)力緩和層,制造金屬結(jié)合劑砂輪。為了利用噴鍍獲得多孔質(zhì)層,必須維持噴射的各個(gè)原料粒子只是表面熔融、內(nèi)部沒(méi)有熔融的狀態(tài)。能夠滿足上述要求的是粉末火焰噴鍍法。
(例如,參照特開(kāi)平2-256466號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2))如上所述,在樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪中,作為在鐵系材料等屈服點(diǎn)比較高的金屬制基體金屬和磨粒層的界面中夾雜銅層而使其牢固接合的方法,考慮的是通過(guò)鍍敷形成銅層的方法。不過(guò),采用鍍敷的方法,在沒(méi)有凹凸的平整面上能夠獲得均勻的銅層,而當(dāng)用于加工的磨具面為具有凸部和凹部的形狀時(shí),鍍敷厚度發(fā)生不均勻的可能性高,膜厚很難控制。另一方面,在金屬結(jié)合劑砂輪中,考慮的是利用粉末火焰噴鍍法形成的方法,不過(guò),將噴鍍適用于樹脂結(jié)合劑砂輪的發(fā)明,訖今為止還不存在。而且,粉末火焰噴鍍法,在獲得厚的多孔質(zhì)層時(shí)有優(yōu)勢(shì),不過(guò),即便是采用機(jī)器手精密地控制噴嘴位置及角度,也很難以均勻厚度獲得薄層,從而,無(wú)法實(shí)現(xiàn)提高樹脂結(jié)合劑砂輪中基體金屬和磨粒層的接合強(qiáng)度的目的。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平5-293763號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)平2-256466號(hào)公報(bào)對(duì)于銅層而言,若過(guò)厚則接合部的強(qiáng)度依賴于銅的破壞強(qiáng)度,導(dǎo)致接合強(qiáng)度下降。為此必須控制厚度,以使不會(huì)產(chǎn)生厚度超出必要的部位??墒牵绻谛纬傻你~層的厚度上產(chǎn)生不均勻,那么,若以最大厚度為基準(zhǔn)設(shè)定銅層的形成條件,則不僅產(chǎn)生厚度非常薄的部位,而且還存在產(chǎn)生沒(méi)有形成銅層的部位的危險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題在于,使作為基體金屬和磨粒層的接合強(qiáng)度的關(guān)鍵的銅層厚度相同,提高基體金屬和磨粒層的接合強(qiáng)度。
本發(fā)明的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的第一特征在于,在基體金屬的表面設(shè)置利用噴鍍處理形成的金屬薄膜,在金屬薄膜的表面接合超硬磨粒層,這種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,金屬薄膜為銅。如此形成的銅層的表面粗糙度不依賴于基體金屬的表面粗糙度,表面粗糙度達(dá)到1μmRa以上。而且,通過(guò)適當(dāng)設(shè)定條件,能夠形成均勻厚度且相同表面粗糙度的薄膜。本發(fā)明在利用噴鍍形成銅層這一點(diǎn)上與專利文獻(xiàn)1提出的方法不同。另外,本案是關(guān)于樹脂結(jié)合劑砂輪的發(fā)明,銅層的功能和接合機(jī)構(gòu)均與專利文獻(xiàn)2關(guān)于金屬結(jié)合劑的技術(shù)完全不同。
第2特征在于,采用電弧噴鍍,設(shè)定基體金屬的轉(zhuǎn)速為20/min以上、600/min以內(nèi),噴嘴的進(jìn)給速度為300mm/min以上、1000mm/min以內(nèi),噴鍍距離為80mm以上、150mm以下,金屬絲進(jìn)給速度為0.8m/min以上、2.4mm以內(nèi),金屬絲直徑為1.0mm以上、1.6mm以下,金屬絲間的電壓為30V以上、50V以下,電流為40A以上、80A以下。銅層的組織相比于多孔質(zhì)致密為好。為此,作為噴鍍的方法,不采用粉末火焰噴鍍法,而應(yīng)采用電弧噴鍍法。電弧噴鍍法是在向金屬面的涂裝中也使用的方法,由于直到噴射的原料粒子內(nèi)部都處于熔融,因此,能夠獲得膜組織致密、不會(huì)加厚膜厚、均勻的銅層?;w金屬的轉(zhuǎn)速為20/min以上、550/min以內(nèi)更好,最好是在50/min以上、550/min以內(nèi)。噴嘴的進(jìn)給速度為350mm/min以上、1000mm/min以內(nèi)更好,最好是在350mm/min以上、950mm/min以內(nèi)。噴鍍距離為90mm以上、150mm以下更好,最好是在90mm以上、140mm以下。金屬絲進(jìn)給速度為0.9m/min以上、2.4m/min以下更好,最好是在0.9m/min以上、2.2r/min以下。金屬絲直徑為1.1mm以上、1.6mm以下更好,最好是在1.1mm以上、1.5mm以下。金屬絲間的電壓為35V以上、50V以下更好。電流為40A以上、70A以下更好。
第3特征在于,金屬薄膜的厚度為5μm以上、1mm以內(nèi)。這是用以獲得作為接合部的強(qiáng)度的條件。若銅層的膜厚超過(guò)1mm,則由于銅的材料強(qiáng)度低,從而不僅存在接合部發(fā)生塑性變形使砂輪外周精度降低的危險(xiǎn),而且還存在銅層發(fā)生破壞、磨粒層剝離的危險(xiǎn)。另一方面,若在5μm以下,則由于噴鍍條件中無(wú)法徹底抑制的膜厚不均勻,存在產(chǎn)生沒(méi)有噴鍍的部位的危險(xiǎn)。優(yōu)選為5μm~550μm,更優(yōu)選為10μm~100μm。
第4特征在于,超硬磨粒層的結(jié)合材料為聚酰亞胺樹脂。如果使用含有前驅(qū)體的聚酰亞胺樹脂,則銅層無(wú)須為非氧化表面,不如利用噴鍍形成氧化狀態(tài)的銅層為好。不含前驅(qū)體時(shí),在還原氣氛中進(jìn)行處理即可。
第5特征在于,基體金屬的材質(zhì)為鐵系材料、鈦合金、硬鋁。鐵系材料和鈦合金、硬鋁屈服點(diǎn)高,能夠在高壓下成形磨粒層。從材料的屈服點(diǎn)和楊氏模量的觀點(diǎn)而言,優(yōu)選采用鐵系材料、鈦合金。另外,從噴鍍的材料和基體金屬的接合性的觀點(diǎn)而言,采用鐵系材料更好。但是,在對(duì)鈦合金進(jìn)行噴鍍時(shí),應(yīng)預(yù)先在基體金屬表面設(shè)置鎳層,在鎳表面上進(jìn)行銅的噴鍍。
根據(jù)該發(fā)明的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,具備基體金屬;在基體金屬的表面利用噴鍍處理形成的金屬薄膜;設(shè)置在金屬薄膜表面、含有樹脂結(jié)合劑和超硬磨粒的超硬磨粒層,金屬薄膜含有銅及氧化銅。
如此構(gòu)成的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪中,由于利用噴鍍處理形成金屬薄膜,從而即使在基體表面存在凹凸,也能夠形成表面平滑的金屬薄膜。
優(yōu)選樹脂結(jié)合劑含有聚酰亞胺樹脂。
優(yōu)選基體金屬含有超硬合金。
優(yōu)選構(gòu)成樹脂結(jié)合劑的聚酰亞胺樹脂,例如以醚鍵那樣可進(jìn)行配位結(jié)合的氧為構(gòu)成要素。
優(yōu)選氧化銅的(111)面的X射線衍射強(qiáng)度Cu2O(111)和銅的(111)面的X射線衍射強(qiáng)度的比率Cu2O(111)/{Cu(111)+Cu2O(111)}為0.15以上、0.25以下。
根據(jù)該發(fā)明一個(gè)方面的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,包括在基體金屬的表面利用噴鍍處理形成具有表面的金屬薄膜的工序;在金屬薄膜表面形成含有樹脂結(jié)合劑和超硬磨粒的超硬磨粒層的工序。
優(yōu)選形成金屬薄膜的工序,包括在惰性氣體中利用噴鍍處理形成金屬薄膜的情況。樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,優(yōu)選還包括在形成金屬薄膜之后、形成超硬磨粒層之前,對(duì)金屬薄膜實(shí)施熱處理的工序。
優(yōu)選基體金屬含有超硬合金。
優(yōu)選基體金屬的厚度為1mm以下。
根據(jù)該發(fā)明另一個(gè)方面的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,包括用夾具覆蓋圓盤形狀且具有上表面、下表面及外周面的基體金屬的上表面及下表面,露出外周面并在該露出的外周面上利用噴鍍處理形成含有銅和氧化銅的金屬薄膜的工序;與金屬薄膜接觸地形成含有樹脂結(jié)合劑和超硬磨粒的超硬磨粒層的工序。
圖1是根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的含有局部截面的立體圖。
圖2是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的接合部截面的圖。
圖3是用以說(shuō)明根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第1工序的立體圖。
圖4是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第2工序的立體圖。
圖5是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第3工序的立體圖。
圖6是用以說(shuō)明根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第4工序而表示的含有局部截面的立體圖。
圖7是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第5工序的立體圖。
圖8是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式2的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第1工序的立體圖。
圖9是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式2的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第2工序的立體圖。
圖10是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式2的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第3工序的立體圖。
圖11是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式2的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第4工序的立體圖。
圖12是表示根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式2的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第5工序的立體圖。
圖13是表示圖12中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖14是表示根據(jù)比較例的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第1工序的立體圖。
圖15是表示根據(jù)比較例的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第2工序的立體圖。
圖16是表示根據(jù)比較例的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法的第3工序的立體圖。
圖17是表示本發(fā)明件及比較件的X射線衍射圖形的曲線。
圖18是表示根據(jù)該發(fā)明的金屬薄膜中的氧化銅的濃度的曲線。
圖19是表示超硬磨粒層的構(gòu)成的剖視圖。
圖中,1-超硬磨粒層,2-金屬薄膜,3-基體金屬,31-上表面,32-下表面,33-外周面,38-貫通孔,100-樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪。
具體實(shí)施例方式
以上,參照附圖,關(guān)于該發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。還有,在以下的實(shí)施方式中關(guān)于相同部分或相當(dāng)?shù)牟糠指揭韵嗤膮⒄辗?hào),關(guān)于其說(shuō)明不作重復(fù)。另外,還可以將各實(shí)施方式進(jìn)行組合。
(實(shí)施方式1)圖1是根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的含有局部截面的立體圖。參照?qǐng)D1,圓盤形狀的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪100,包括圓盤形狀且中心部形成貫通孔38的基體金屬3、在基體多金屬3的外周面33形成的金屬薄膜2、在金屬薄膜2的表面形成的超硬磨粒層1。基體金屬可以由例如含有鐵的合金構(gòu)成。再有,基體金屬3也可以由以碳化鎢為主成分的超硬合金等構(gòu)成。采用超硬合金時(shí),能夠?qū)⑹褂煤蟮臉渲Y(jié)合劑超硬磨粒砂輪100進(jìn)行再利用。
金屬薄膜2利用噴鍍處理設(shè)置在基體金屬3的外周面33上。金屬薄膜2含有銅作為主成分,還含有該銅的一部分氧化了的氧化銅。還有,金屬薄膜2也可以不含有氧化銅,而為純銅。另外,由于金屬薄膜2是接合內(nèi)周側(cè)的基體金屬3和外周側(cè)的超硬磨粒層1的構(gòu)件,從而,只要是超硬磨粒層1和基體金屬3密接性好的材料,任意材料均可以包含在構(gòu)成金屬薄膜2的銅中。
超硬磨粒層1具有由樹脂結(jié)合劑保持超硬磨粒的構(gòu)成。作為超硬磨粒,能夠采用金剛石或立方氮化硼(cBN)。在金屬薄膜2的外周面21設(shè)置超硬磨粒層1。基體金屬3的厚度(從上表面31到下表面32的距離)t1沒(méi)有特別限制,也可以為1mm以下。
接下來(lái),關(guān)于圖1及圖2所示的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖3~圖7是用以說(shuō)明根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式1的超硬磨粒砂輪的制造方法的圖。參照?qǐng)D3,首先準(zhǔn)備基體金屬3?;w金屬3為圓盤形狀,形成在其中心部設(shè)置貫通孔38的形狀。
參照?qǐng)D4,在基體金屬3的上表面和下表面安裝夾具51、52。利用夾具51、52覆蓋上表面和下表面。夾具51、52的面積等于上表面及下表面的面積。作為側(cè)面的外周面露出。
參照?qǐng)D5,在貫通孔38中插入軸53,使軸53向箭頭R所示方向旋轉(zhuǎn)。從而,與軸53卡合的基體金屬3及夾具51、52也向箭頭R所示方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí),從噴嘴54向外周面33噴射銅。經(jīng)由該噴鍍處理在外周面33形成金屬薄膜。
參照?qǐng)D6,形成金屬薄膜2后,用金屬模61、62、63、64固定基體金屬3。在該狀態(tài)下,與金屬薄膜2的外周面21接觸地配置超硬磨粒和樹脂結(jié)合劑,用金屬模65對(duì)其施加壓力從而形成超硬磨粒層1。
參照?qǐng)D7,拆掉金屬模61~65,從而完成外周部設(shè)有超硬磨粒層1的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪100。
(實(shí)施方式2)利用圖8~圖13,關(guān)于根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施方式2的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D8,根據(jù)實(shí)施方式2的基體金屬3具有法蘭部35。法蘭部35是外徑比其他部分大的部分,在法蘭部35的外周面33形成金屬薄膜。
參照?qǐng)D9,將基體金屬3與夾具51、52及軸53相互嵌合。使基體金屬3的法蘭部35的外周面33露出于外部。在該狀態(tài)一邊旋轉(zhuǎn)基體金屬3一邊從噴嘴54向外周面33噴鍍金屬。
參照?qǐng)D10,噴鍍處理的結(jié)果,在外周面33表面形成金屬薄膜2。
參照?qǐng)D11,將形成了金屬薄膜2的基體金屬3固定在金屬模61、62、64、65內(nèi)。
參照?qǐng)D12及圖13,在金屬模內(nèi)部填充超硬磨粒和樹脂結(jié)合劑,將它們粘固從而形成超硬磨粒層1。即,根據(jù)實(shí)施方式1及2的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪100,包括具有外周面33的基體金屬3;在基體金屬3的外周面33利用噴鍍處理形成的具有外周面21的金屬薄膜2;設(shè)置在金屬薄膜2的外周面21、含有樹脂結(jié)合劑和超硬磨粒的超硬磨粒層1。金屬薄膜2含有銅及氧化銅。
樹脂結(jié)合劑可以含有聚酰亞胺樹脂。氧化銅可以在金屬薄膜2和超硬磨粒層1的界面附近偏向存在。基體金屬3可以含有超硬合金。構(gòu)成樹脂結(jié)合劑的分子可以含有氧作為構(gòu)成要素。
根據(jù)該發(fā)明的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪100的制造方法,包括在基體金屬3的外周面33利用噴鍍處理形成具有外周面21的金屬薄膜2的工序;在金屬薄膜2的外周面21形成含有樹脂結(jié)合劑和超硬磨粒的超硬磨粒層1的工序。形成金屬薄膜2的工序,可以包括在氮和氬等惰性氣體中利用噴鍍處理形成金屬薄膜2的情況,所述樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法還可以包括在形成金屬薄膜2之后、形成超硬磨粒層1之前,對(duì)金屬薄膜2實(shí)施熱處理、氧化金屬薄膜2表面的工序。優(yōu)選基體金屬3的厚度為1mm以下。
樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,包括用夾具51、52覆蓋圓盤形狀且具有上表面31、下表面32及外周面33的基體金屬3的上表面31及下表面32,露出外周面33并在該露出的外周面33上利用噴鍍處理形成含有銅和氧化銅的金屬薄膜2的工序;與金屬薄膜2接觸地形成含有樹脂結(jié)合劑和超硬磨粒的超硬磨粒層1的工序。
由于利用噴鍍形成金屬薄膜2,所以能夠只在必要的部位形成金屬薄膜2。因而,能夠在使用基體金屬3之后清洗外周面33而進(jìn)行再使用,從而能夠提高基體金屬的壽命。
(比較例)參照?qǐng)D14~16,關(guān)于根據(jù)比較例的超硬磨粒砂輪的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。比較例中,如圖14及圖15所示,在上表面31及下表面32形成掩模112。
參照?qǐng)D16,將形成了掩模112的基體金屬3浸在鍍敷液113中,利用軸114旋轉(zhuǎn)基體金屬3。從而,在基體金屬3上形成金屬薄膜。
在這種使用了鍍敷的金屬薄膜的形成中,存在掩模112的形成耗時(shí)的問(wèn)題。
實(shí)施例1采用直徑140mm的機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳素鋼的基體金屬,在其外周面利用電弧噴鍍形成了厚20~30μm的銅層。此時(shí)的銅層的表面粗糙度,用東京精密制的表面粗糙度計(jì)surfcom1400進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果為4.3μmRa~4.7μmRa。作為結(jié)合材料使用了聚酰亞胺樹脂的粉末原料,制作出了樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪。噴鍍條件如表1所示。將基體金屬裝入金屬模的底板上,在基體金屬上放上與基體金屬大致相同直徑的型芯,在外框和型芯的間隙中填充磨粒層的原料粉末,放上沖頭從其上面以低壓進(jìn)行加壓。其后,一邊從沖頭上方施加規(guī)定的壓力、維持其壓力,一邊在約30分鐘內(nèi)從室溫加熱到400℃,其后,緩慢冷卻。
實(shí)施例2利用與實(shí)施例1相同的方法制作了樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪。
其中,測(cè)定基體金屬的表面粗糙度的結(jié)果是6μmRa~7μmRa。
實(shí)施例3
利用與實(shí)施例1相同的方法制作了樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪。
其中,測(cè)定基體金屬的表面粗糙度的結(jié)果是1.3μmRa~1.6μmRa。
比較例1采用銅制基體金屬,利用與實(shí)施例1相同的方法制作了樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪。
其中,不形成基于電弧噴鍍的銅層,而是在基體金屬上直接接合了磨粒層。
比較例2對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳素鋼的基體金屬實(shí)施厚度10μm的鍍銅,利用與實(shí)施例1相同的方法制作了樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪。
比較例3在實(shí)施例1的樹脂結(jié)合劑砂輪的制作方法中,不將基體金屬裝入金屬模內(nèi),而只成形環(huán)形狀的磨粒層,采用一直以來(lái)使用的環(huán)氧樹脂系粘接劑與其他途徑制作的鋁制基體金屬進(jìn)行了接合。
在如以上制作的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的磨粒層部,等分圓周地設(shè)有16處切槽,形成了16個(gè)扇形體。對(duì)于接合強(qiáng)度而言,是從各個(gè)扇形體的側(cè)面抵接萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的壓頭,進(jìn)行了壓縮剪切試驗(yàn)。接合強(qiáng)度的值,每個(gè)砂輪算出了16處的平均值。
結(jié)果如表2所示。實(shí)施例1與比較例1及3相比,獲得了高強(qiáng)度。另外,實(shí)施例2及實(shí)施例3是銅層的表面粗糙度有一些不同時(shí)的結(jié)果,不過(guò),都獲得了具有足夠強(qiáng)度的結(jié)果。另一方面,比較例2是代替噴鍍而利用鍍敷形成了銅層的情況,得到強(qiáng)度比實(shí)施例1~3低的結(jié)果。
(實(shí)施例1及比較例2的樣品驗(yàn)證)采用X射線衍射調(diào)查了在實(shí)施例1及比較例2中制造的金屬薄膜中的銅和氧化銅的分布比例。其結(jié)果如圖17所示。
從圖17可知,在利用噴鍍處理形成的實(shí)施例1的樣品中存在Cu和Cu2O,含有氧化銅。
與之相對(duì),可知在鍍敷件(比較例2)中不含有氧化銅。
接下來(lái),關(guān)于實(shí)施例1中制造的金屬薄膜中的氧化銅的濃度進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。圖18是表示金屬薄膜2中的氧化銅的分布的曲線。參照?qǐng)D18可知,在金屬薄膜2和超硬磨粒層1的界面氧化銅的濃度上升,氧化銅偏向存在于界面。
再對(duì)超硬磨粒層1內(nèi)的構(gòu)成進(jìn)行了調(diào)查。其結(jié)果如圖19所示。如圖19所示可以確認(rèn),超硬磨粒1001由樹脂結(jié)合劑1002結(jié)合。
在樹脂結(jié)合劑1002中除了金剛石、CBN等磨粒以外,作為填料還可以含有金屬粉末、碳化物或氮化物的硬質(zhì)粒子及固體潤(rùn)滑劑粒子等。
作為金屬粉末,可舉出Cu、Ag、Sn、Ni、Au等。從成本和效果等觀點(diǎn)而言,特別優(yōu)選的是Cu、Ag或者它們的合金?;蛘咭部梢詫?種以上的金屬粉末混合添加。
作為碳化物或氮化物的硬質(zhì)粒子,可以在樹脂結(jié)合劑中含有從SiC、Si3N4、Cr2O3、Al2O3、SiO2等中選擇的1種或2種以上的硬質(zhì)粒子作為其他填料。通過(guò)含有這樣的硬質(zhì)粒子,樹脂結(jié)合劑的耐磨損性提高,獲得延長(zhǎng)超硬磨粒砂輪壽命的效果。
作為其他填料,可以在樹脂結(jié)合劑中含有固體潤(rùn)滑劑粒子。作為這種固體潤(rùn)滑劑,可舉出聚四氟乙烯等氟樹脂、hBN、氟化鈣、石墨、MoS2等。通過(guò)添加1種或2種以上這樣的固體潤(rùn)滑劑粒子,能夠獲得降低磨粒層和被磨材料的摩擦、減小研磨阻力的效果。
實(shí)施例4按照實(shí)施例1的制造方法,用電弧噴鍍制造了樣品1~8。關(guān)于樣品1~8,利用以下測(cè)定裝置及測(cè)定條件,采用X射線衍射調(diào)查了樣品中的Cu2O的(111)面和Cu的(111)面的比例。
測(cè)定裝置Rint-1500(リガク制)測(cè)定條件使用X射線Cu-Kα(搭載單色器)激發(fā)條件50kV、200mA光學(xué)系統(tǒng)集中法縫隙系統(tǒng)DS1°RS0.15mmSS1°掃描速度6°/min步幅0.02°測(cè)定模式θ-2θ法其結(jié)果如表3所示。
由表3可知,如果Cu2O(111)/{Cu(111)+Cu2O(111)}的比例為0.15以上0.25以下,則能夠獲得優(yōu)異的特性。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)如以上所說(shuō)明,本發(fā)明的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,實(shí)現(xiàn)的優(yōu)異效果與現(xiàn)有的利用鍍敷形成銅層的方法相比較,獲得穩(wěn)定的極高的接合強(qiáng)度,因此,獲得長(zhǎng)壽命且高性能的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪。特別是在使用聚酰亞胺樹脂的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪中,由于實(shí)現(xiàn)卓越的高性能、長(zhǎng)壽命,因此,可期待在研磨加工不可欠缺的產(chǎn)業(yè)界作出巨大貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪(100),其在基體金屬(3)的表面(33)設(shè)有利用噴鍍處理形成的金屬薄膜(2),在所述金屬薄膜(2)的表面(21)接合了超硬磨粒層(1),該樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的特征在于,所述金屬薄膜(2)為銅。
2.(補(bǔ)正后)根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述噴鍍處理為電弧噴鍍,基體金屬的轉(zhuǎn)速為20/min以上、600/min以內(nèi),噴嘴的進(jìn)給速度為300mm/min以上、1000mm/min以內(nèi),噴鍍距離為80mm以上、150mm以下,金屬絲直徑為1.0mm以上、1.6mm以下,金屬絲間的電壓為30V以上、50V以下,電流為40A以上、80A以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述金屬薄膜(2)的厚度為5μm以上、1mm以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述超硬磨粒層(1)的結(jié)合材料為聚酰亞胺樹脂。
5.(補(bǔ)正后)根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述基體金屬(3)的材質(zhì)為鐵系材料、鈦合金、或硬鋁的任一種。
6.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,包括準(zhǔn)備具有表面(33)的基體金屬(3)的工序;和在基體金屬(3)的表面(33)利用噴鍍處理形成厚度為5μm以上、1mm以內(nèi)的銅薄膜(2)的工序。
7.(刪除)8.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,具備
具有表面(33)的基體金屬(3);在所述基體金屬(3)的表面(33)利用噴鍍處理形成的具有表面(21)的金屬薄膜(2);和設(shè)置在所述金屬薄膜(2)的表面(21)、含有樹脂結(jié)合劑(1002)和超硬磨粒(1001)的超硬磨粒層(1),并且,金屬薄膜(2)含有銅及氧化銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述樹脂結(jié)合劑(1002)含有聚酰亞胺樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述基體金屬(3)含有超硬合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,構(gòu)成所述樹脂結(jié)合劑(1002)的聚酰亞胺樹脂,作為構(gòu)成要素含有氧。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述氧化銅的(111)面的X射線衍射強(qiáng)度Cu2O(111)和所述銅的(111)面的X射線衍射強(qiáng)度的比率Cu2O(111)/{Cu(111)+Cu2O(111)}為0.15以上、0.25以下。
13.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,包括在基體金屬(3)的表面(33)利用噴鍍處理形成具有表面(21)的金屬薄膜(2)的工序;和在所述金屬薄膜(2)的表面(21)形成含有樹脂結(jié)合劑(1002)和超硬磨粒(1001)的超硬磨粒層(1)的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,形成所述金屬薄膜(2)的工序,包括在惰性氣體中利用噴鍍處理形成所述金屬薄膜(2)的情況,樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法還包括在形成所述金屬薄膜(2)之后、形成所述超硬磨粒層(1)之前,對(duì)所述金屬薄膜(2)實(shí)施熱處理的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,所述基體金屬(3)含有超硬合金。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,所述基體金屬(3)的厚度為1mm以下。
17.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,包括用夾具(51、52)覆蓋圓盤形狀且具有上表面(31)、下表面(32)及外周面(33)的基體金屬(3)的上表面(31)及下表面(32),露出外周面(33)并在該露出的外周面(33)上利用噴鍍處理形成含有銅和氧化銅的金屬薄膜(2)的工序;和與所述金屬薄膜(2)接觸地形成含有樹脂結(jié)合劑(1002)和超硬磨粒(1001)的超硬磨粒層(1)的工序。
權(quán)利要求
1.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪(100),其在基體金屬(3)的表面(33)設(shè)有利用噴鍍處理形成的金屬薄膜(2),在所述金屬薄膜(2)的表面(21)接合了超硬磨粒層(1),該樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的特征在于,所述金屬薄膜(2)為銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述噴鍍處理為電弧噴鍍,基體金屬的轉(zhuǎn)速為20/min以上、600/min以內(nèi),噴嘴的進(jìn)給速度為300mm/min以上、1000mm/min以內(nèi),噴鍍距離為80mm以上、150mm以下,金屬絲進(jìn)給速度為0.8m/min以上、2.4mm以內(nèi),金屬絲直徑為1.0mm以上、1.6mm以下,金屬絲間的電壓為30V以上、50V以下,電流為40A以上、80A以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述金屬薄膜(2)的厚度為5μm以上、1mm以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述超硬磨粒層(1)的結(jié)合材料為聚酰亞胺樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述基體金屬(3)的材質(zhì)為鐵系材料、鈦合金、硬鋁。
6.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,包括準(zhǔn)備具有表面(33)的基體金屬(3)的工序;和在基體金屬(3)的表面(33)利用噴鍍處理形成厚度為5μm以上、1mm以內(nèi)的銅薄膜(2)的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,采用權(quán)利要求2所述的噴鍍處理。
8.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,具備具有表面(33)的基體金屬(3);在所述基體金屬(3)的表面(33)利用噴鍍處理形成的具有表面(21)的金屬薄膜(2);和設(shè)置在所述金屬薄膜(2)的表面(21)、含有樹脂結(jié)合劑(1002)和超硬磨粒(1001)的超硬磨粒層(1),并且,金屬薄膜(2)含有銅及氧化銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述樹脂結(jié)合劑(1002)含有聚酰亞胺樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述基體金屬(3)含有超硬合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,構(gòu)成所述樹脂結(jié)合劑(1002)的聚酰亞胺樹脂,作為構(gòu)成要素含有氧。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,其特征在于,所述氧化銅的(111)面的X射線衍射強(qiáng)度Cu2O(111)和所述銅的(111)面的X射線衍射強(qiáng)度的比率Cu2O(111)/{Cu(111)+Cu2O(111)}為0.15以上、0.25以下。
13.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,包括在基體金屬(3)的表面(33)利用噴鍍處理形成具有表面(21)的金屬薄膜(2)的工序;和在所述金屬薄膜(2)的表面(21)形成含有樹脂結(jié)合劑(1002)和超硬磨粒(1001)的超硬磨粒層(1)的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,形成所述金屬薄膜(2)的工序,包括在惰性氣體中利用噴鍍處理形成所述金屬薄膜(2)的情況,樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法還包括在形成所述金屬薄膜(2)之后、形成所述超硬磨粒層(1)之前,對(duì)所述金屬薄膜(2)實(shí)施熱處理的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,所述基體金屬(3)含有超硬合金。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,所述基體金屬(3)的厚度為1mm以下。
17.一種樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪的制造方法,其特征在于,包括用夾具(51、52)覆蓋圓盤形狀且具有上表面(31)、下表面(32)及外周面(33)的基體金屬(3)的上表面(31)及下表面(32),露出外周面(33)并在該露出的外周面(33)上利用噴鍍處理形成含有銅和氧化銅的金屬薄膜(2)的工序;和與所述金屬薄膜(2)接觸地形成含有樹脂結(jié)合劑(1002)和超硬磨粒(1001)的超硬磨粒層(1)的工序。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一種基體金屬和超硬磨粒層的接合強(qiáng)度高的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪及其制造方法。在基體金屬(3)上接合超硬磨粒層(1)而形成的樹脂結(jié)合劑超硬磨粒砂輪,是將基體金屬(3)和超硬磨粒層(1)在它們的臨界面上介由銅層進(jìn)行接合的超硬磨粒砂輪,銅層是利用噴鍍處理而形成的。
文檔編號(hào)B24D3/28GK101090803SQ20068000153
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者中村暢秀, 山崎繁一, 吉本昭典, 福西利夫 申請(qǐng)人:聯(lián)合材料公司