Productos abrasivos revestidos que contienen agregados.

Un producto abrasivo revestido, que comprende:

un sustrato;

y material en partículas ligado al sustrato, comprendiendo el material en partículas agregados abrasivos sin tratar y no cocidos, con una forma generalmente esferoidal o toroidal, estando los agregados formados a partir de una composición compuesta que comprende partículas de gránulos abrasivos con un tamaño medio de partículas entre aproximadamente 0, 1 micras y aproximadamente 50 micras contenidos dentro de un aglutinante de nanopartículas, en donde el aglutinante de nanopartículas comprende partículas que tienen un tamaño medio de partícula menor que aproximadamente 100 nm.

Productos abrasivos revestidos que contienen agregados.

CAMPO TÉCNICO

La presente descripción se dirige, en general, a material en partículas abrasivo, a productos abrasivos que incorporan material en partículas abrasivo y a métodos para mecanizar piezas de trabajo.

TÉCNICA DE ANTECEDENTES

En general, los productos abrasivos contienen o se forman a partir de material en partículas abrasivo. Un material en partículas abrasivo de este tipo se puede utilizar como un abrasivo libre tal como en forma de una suspensión, o de un abrasivo fijado, típicamente un abrasivo revestido o un artículo abrasivo ligado. Productos abrasivos se utilizan en diversas industrias para mecanizar piezas de trabajo tales como mediante recubrimiento, molienda o pulido. La mecanización utilizando artículos abrasivos abarca un amplio campo industrial desde industrias ópticas, industrias de reparación de pintura de automóviles, aplicaciones dentales a industrias para la fabricación de metales. La mecanización tal como a mano o con el uso de herramientas comúnmente disponibles tales como pulidoras orbitales (tanto de eje aleatorio como fijo) y lijadoras de cinta y vibratorias, se realiza también habitualmente por parte de los consumidores en aplicaciones domésticas. En cada uno de estos ejemplos se utilizan abrasivos para eliminar el material a granel y/o para influir sobre las características de la superficie de productos (p. ej. planitud, aspereza de la superficie) .

Características de la superficie incluyen brillo, textura y uniformidad. Por ejemplo, los fabricantes de componentes metálicos utilizan artículos abrasivos para el pulido fino de superficies y, a menudo, desean una superficie uniformemente lisa. De manera similar, los fabricantes ópticos desean artículos abrasivos que produzcan superficies libres de defectos para prevenir la difracción y dispersión de la luz. Por consiguiente, la superficie abrasiva del artículo abrasivo influye generalmente sobre la calidad de la superficie.

La formación de partículas abrasivas tal como a través de vías de síntesis químicas o a través de vías de procesamiento del material a granel (p. ej. fusión y trituración) se considera un sector de la técnica bastante bien desarrollado y maduro. Por consiguiente, se han dedicado notables recursos evolutivos para el desarrollo de macroestructuras tal como el desarrollo de productos abrasivos tratados mediante ingeniería dentro del contexto de abrasivos revestidos y estructuras tridimensionales particulares y formulaciones en el contexto de abrasivos ligados. A pesar de continuos desarrollos, continúa existiendo la necesidad en la técnica de un material en partículas mejorado.

Materiales en partículas incluyen, en esencia, materiales inorgánicos de una sola fase tales como alúmina, carburo de silicio, sílice, ceria y granos super-abrasivos más duros y de alto rendimiento tales como nitruro de boro cúbico y diamante. A través del desarrollo de materiales en partículas compuestos se han conseguido propiedades del abrasivo reforzadas e incluso más sofisticadas. Materiales de este tipo incluyen la formación de agregados que se pueden formar a través de vías de procesamiento en suspensión que incluyen la separación del soporte líquido a través de volatilización o evaporación, dejando atrás aglomerados sin tratar, seguido de tratamiento a elevada temperatura (por ejemplo cocción) para formar aglomerados cocidos utilizables.

Por ejemplo, el documento US 4 918 874 A describe un método para preparar un artículo abrasivo ligado. Un artículo sin tratar abrasivo se forma mezclando gránulos abrasivos y una fase ligada (que incluye partículas de sílice y alúmina, un fundente y agua) para formar un suspensión, secar por pulverización la suspensión y compactar el polvo precursor resultante. El artículo sin tratar abrasivo se densifica, p. ej. mediante sinterización, para formar el artículo abrasivo ligado. Las partículas de los granos abrasivos tienen un tamaño medio 1, 5 a 400 !m, las partículas de sílice y/o alúmina en la fase ligada tienen un diámetro medio de 3 a 100 nm. El documento US 2002/090891 A1 describe aglomerados, estando los aglomerados compuestos por una pluralidad de partículas abrasivas ligadas entre sí mediante una matriz de aglutinante. El documento US 2002/090891 A1 enseña que los aglomerados se pueden ligar a un respaldo para formar un abrasivo revestido. Los aglomerados se fabrican formando una mezcla que comprende partículas abrasivas con un secado por pulverización de la solución y cocción en un horno.

Aglomerados compuestos de este tipo han encontrado uso comercial en diversos usos para productos abrasivos. Sin embargo, la industria continúa demandando materiales en partículas incluso adicionalmente mejorados y, en particular, agregados compuestos que puedan ofrecer un rendimiento en la mecanización potenciado.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con una realización, un producto abrasivo revestido incluye un sustrato y material en partículas ligado al mismo, conteniendo el material en partículas agregados de abrasivos sin tratar, no cocidos, con una forma generalmente esferoidal o toroidal, formándose los agregados a partir de una composición que comprende partículas de gránulos abrasivos con un tamaño medio de partícula entre aproximadamente 0, 1 micras y aproximadamente 50 micras, contenidas dentro de un aglutinante de nanopartículas, en donde el aglutinante de nanopartículas comprende partículas con un tamaño medio de partícula menor que aproximadamente 100 nm.

De acuerdo con un ejemplo útil para la comprensión de la invención, una suspensión abrasiva incluye agregados de abrasivos sin tratar, no cocidos, provistos en suspensión, teniendo los agregados una forma generalmente esferoidal o toroidal, comprendiendo los agregados partículas de gránulos abrasivos y un aglutinante de nanopartículas.

De acuerdo con otro ejemplo, un abrasivo fijado en forma de un abrasivo ligado incluye agregados abrasivos sin tratar, no cocidos, que tiene una posición fija uno con respecto a otro con un aglutinante entre agregados, teniendo los agregados una forma generalmente esferoidal o toroidal, y comprendiendo los agregados partículas de gránulos abrasivos y un aglutinante de nanopartículas.

De acuerdo con otra realización, un método para formar material en partículas abrasivo incluye formar una suspensión que comprende un vehículo líquido, partículas de gránulos abrasivos y un aglutinante de nanopartículas, en donde el aglutinante de nanopartículas comprende partículas que tienen un tamaño medio de partícula menor que aproximadamente 100 nm; y secar por pulverización la suspensión para formar agregados sin tratar, no cocidos, que contienen las partículas de gránulos abrasivos y que están contenidos dentro del aglutinante de nanopartículas, en donde el aglutinante de nanopartículas constituye entre aproximadamente 50% y aproximadamente 75% del agregado sobre una base en peso seco. Además, los agregados se clasifican para uso en un producto abrasivo.

De acuerdo con otro ejemplo, un método para mecanizar una pieza de trabajo incluye proporcionar una pieza de trabajo que tenga una aspereza de la superficie inicial Rai, que corroe la pieza de trabajo con un único producto abrasivo para separar material de la pieza de trabajo, con lo que la pieza de trabajo tiene una aspereza de la superficie final Raf, y Raf no es mayor que 0, 2 Rai.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente descripción se puede comprender mejor, y sus numerosos rasgos y ventajas se pueden evidenciar para los expertos en la técnica haciendo referencia a los dibujos que se acompañan.

Las Figs. 1 - 3 son fotomicrografías tomadas con un microscopio electrónico de barrido que muestran agregados abrasivos que incluyen granos de diamante combinados con nanopartículas de sílice en un revestimiento sobre un sustrato de acuerdo con una realización de la presente descripción.

Las Figs. 4 - 6 son fotomicrografías tomadas con un microscopio electrónico de barrido que muestra agregados abrasivos que incluyen gránulos de carburo de silicio combinados con nanopartículas de sílice en un revestimiento sobre un sustrato de acuerdo con otra realización de la presente descripción.

La Fig. 7 representa los resultados del análisis térmico gravimétrico (TGA - siglas en inglés) de ejemplos de acuerdo con realizaciones.

La Fig. 8 muestra la consecuencia... [Seguir leyendo]

1. Un producto abrasivo revestido, que comprende:

un sustrato; y material en partículas ligado al sustrato, comprendiendo el material en partículas agregados abrasivos sin tratar y no cocidos, con una forma generalmente esferoidal o toroidal, estando los agregados formados a partir de una composición compuesta que comprende partículas de gránulos abrasivos con un tamaño medio de partículas entre aproximadamente 0, 1 micras y aproximadamente 50 micras contenidos dentro de un aglutinante de nanopartículas, en donde el aglutinante de nanopartículas comprende partículas que tienen un tamaño medio de partícula menor que aproximadamente 100 nm.

2. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 1, en donde el aglutinante de nanopartículas forma una fase de matriz continua en la que las partículas de gránulos abrasivos están uniformemente distribuidas.

3. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 1, en donde los agregados tienen dicha forma esferoidal y son huecos.

4. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 3, en donde los agregados tienen un grosor de pared tw dentro de un intervalo de aproximadamente 0, 08 a 0, 4 veces el tamaño medio de partículas de los agregados.

5. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 1, en donde las partículas de gránulos abrasivos tienen un tamaño medio de partículas dentro de un intervalo de aproximadamente 0, 2 micras a 10 micras.

6. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 1, en donde las partículas de gránulos abrasivos comprenden un material con una dureza Mohs no menor que 5.

7. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 1, en donde las partículas de gránulos abrasivos comprenden un material seleccionado del grupo que consiste en óxidos, carburos, nitruros y materiales carbonáceos.

8. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 7, en donde dicho material se selecciona del grupo que consiste en óxido de cerio, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de zirconio, carburo de silicio, carburo de titanio, nitruro de titanio, nitruro de silicio, nitruro de boro, diamante y combinaciones de los mismos.

9. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 1, en donde el aglutinante de nanopartículas tiene un tamaño medio de partículas menor que 80 nanómetros.

10. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 9, en donde el aglutinante de nanopartículas se selecciona del grupo que consiste en óxido de cerio, óxido de silicio, óxido de aluminio y diamante.

11. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 10, en donde el aglutinante de nanopartículas comprende óxido de silicio.

12. El producto abrasivo revestido de la reivindicación 1, en donde la composición comprende, además, un plastificante.

13. Un método para formar un material en partículas abrasivo, que comprende: formar una suspensión que comprende un soporte líquido, partículas de gránulos abrasivos y un aglutinante de nanopartículas, en donde el aglutinante de nanopartículas comprende partículas con un tamaño medio de partícula menor que aproximadamente 10 nm; y secar por pulverización la suspensión para formar agregados compuestos sin tratar y no cocidos que comprenden las partículas de gránulos abrasivos contenidas dentro del aglutinante de nanopartículas, en donde el aglutinante de nanopartículas constituye entre aproximadamente 50% y aproximadamente 75% del agregado sobre una base en peso seco; y clasificar los agregados para uso en un producto abrasivo.

14. El método de la reivindicación 13, en el que la suspensión comprende, además, un plastificante.

15. El método de la reivindicación 13, en el que el secado por pulverización se lleva a cabo a una temperatura menor que 400º C.