GRANOS ABRASIVOS, PROCEDIMIENTO PARA SU PRODUCCION, ASI COMO SU USO PARA LA PRODUCCION DE MATERIALES ABRASIVOS.

Granos abrasivos del grupo de corindón, corindón fundido, corindón sinterizado,

corindón de zirconio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de boro cúbico, diamante y/o mezclas de los mismos con un revestimiento que comprende un aglutinante y un polvo inorgánico finísimamente dividido, caracterizado porque la base del aglutinante comprende

- un aluminosilicato con una relación cuantitativa molar de Al2O3 a SiO2 de 1:2 a 1:20,

- vidrio soluble y

- agua

Granos abrasivos, procedimiento para su producción, así como su uso para la producción de materiales abrasivos.

La presente invención se refiere a granos abrasivos del grupo de los granos abrasivos convencionales tales como, por ejemplo, corindón, corindón fundido, corindón sinterizado, corindón de zirconio, carburo de silicio y carburo de boro, así como del grupo de los superabrasivos tales como, por ejemplo, nitruro de boro cúbico y diamante, y/o mezclas de los mismos, que están revestidos con un aglutinante inorgánico y un polvo inorgánico finisimamente dividido. La presente invención se refiere también a un procedimiento para la producción de granos abrasivos de este tipo, así como a su uso en materiales abrasivos.

Los granos abrasivos se emplean en los tamaños de grano más diversos en forma aglomerada y suelta para los más diversos procesos de amolado con los que se pueden mecanizar todos los materiales conocidos. En el caso de utilizar granos abrasivos en forma aglomerada, se diferencia entre los denominados abrasivos aglomerados, entre los que se entienden muelas abrasivas, piedras amoladoras o también muelas de vástago, en los cuales los granos abrasivos son conformados con una masa cerámica o una resina sintética para formar el correspondiente cuerpo abrasivo y, a continuación, se consolidan mediante un tratamiento térmico, así como abrasivos sobre una base, o materiales abrasivos flexibles, en los cuales los granos abrasivos son fijados con ayuda de un aglutinante (resina sintética) sobre una base (papel o lienzo).

La capacidad de rendimiento de los diferentes abrasivos depende no sólo del grano abrasivo empleado, sino, en gran medida, también de la integración del grano abrasivo en el material abrasivo. En este caso, se le otorga una particular importancia a la superficie límite entre el grano abrasivo y la fase de aglutinante, dado que dicha superficie determina la fuerza necesaria para desprender a un grano abrasivo de una unión. Cuanto más duro y resistente sea un grano abrasivo, tanto mayores serán también los requisitos a la unión y las fuerzas de adherencia en las superficies límites. La mayoría de las granulaciones abrasivas, en especial las que se producen mediante un proceso de fusión, poseen una superficie relativamente lisa, lo cual se manifiesta desventajoso para la integración. Así, no constituyen ninguna rareza operaciones de amolado en las cuales más del 50% del grano abrasivo se pierde al desprenderlo de la unión y, con ello, en ningún caso se produce la aplicación de amolado propiamente dicha.

Por lo tanto, en el pasado ya se propuso y acometió un gran número de medidas para la asperización o el aumento de la superficie del grano abrasivo y, con ello, para mejorar su incorporación. La mayor parte de estas medidas se basan en aplicar sobre la superficie del grano abrasivo pigmentos o polvos finísimamente divididos y ligar a éstos firmemente con el grano abrasivo. Para ello, la superficie del grano abrasivo se humedece, por norma general, con un agente humectante y, a continuación, se mezcla con un pigmento o polvo inorgánico, de manera que la superficie del grano esté revestida, a ser posible uniforme y homogéneamente, con una capa de partículas muy finas. A continuación, los granos abrasivos, tratados de esta forma, se someten a un tratamiento térmico en el que se consolida la unión entre las partículas del grano fino y el grano abrasivo.

Como aglutinantes se emplean, a menudo, aglutinantes silicáticos tales como, por ejemplo, vidrio soluble o ácido silícico coloidal. Un inconveniente de este tratamiento reside en que son necesarias temperaturas relativamente altas con el fin de alcanzar una consolidación del aglutinante, de modo que para tratamientos de este tipo no sólo se consume relativamente mucha energía, sino que también granos abrasivos sensibles a la temperatura están excluidos de un revestimiento de este tipo.

Así, en el documento US 2.527.044 A se describe un grano abrasivo de óxido de aluminio o carburo de silicio fundido que, para mejorar la incorporación, en particular en materiales abrasivos ligados a resinas sintéticas, está recubierto con un revestimiento a base de partículas de óxidos de metales de grano fino, por ejemplo óxido de hierro (III) u óxido de molibdeno. Como aglutinante se emplea, en este caso, una frita de vidrio de bajo punto de fusión, y la temperatura del tratamiento térmico oxidante se encuentra entre 1350º y 1500ºF, lo cual corresponde a una temperatura de 732ºC a 1222ºC. Para granos abrasivos sensibles a la temperatura y/o sensibles a la oxidación tales como, por ejemplo, corindón de zirconio eutéctico, nitruro de boro cúbico o diamante, no es adecuado un tratamiento de este tipo.

En el documento EP 0 014 236 A1 se describe el tratamiento de grano abrasivo a base de óxido de aluminio, en el que sobre el grano abrasivo se funde o sinteriza una capa a base de una masa cerámica tal como, por ejemplo, arcillas, caolín o fritas de vidrio. Al mismo tiempo, con la sinterización o fusión del revestimiento debe tener lugar una transformación del óxido de titanio contenido en el corindón desde la etapa de oxidación trivalente a la tetravalente. Este procedimiento de revestimiento es adecuado, por consiguiente, exclusivamente para granos abrasivos que, junto a óxido de aluminio, presenten porciones de óxido de titanio. A esto se añade que el tratamiento térmico debe realizarse a una temperatura de 1250ºC a 1350ºC y tiene lugar bajo condiciones oxidantes, de manera que este tratamiento se descarta asimismo para granos abrasivos sensibles a la oxidación y la temperatura.

Temperaturas más bajas para el tratamiento térmico se pueden realizar con aglutinantes de fosfato o aglutinantes orgánicos tales como, por ejemplo, resina sintética. Sin embargo, estos aglutinantes tienen el inconveniente de que disponen de una fuerza de adherencia al grano abrasivo relativamente pequeña y, por consiguiente, la firmeza del revestimiento sobre la superficie es deficiente.

En el documento DE 102 57 554 A1 se describen granos abrasivos del grupo de los granos abrasivos convencionales, en particular corindones fundidos o sinterizados, corindones de zirconio, carburo de silicio y carburo de boro, para su empleo en materiales abrasivos ligados a resinas sintéticas, que están provistos superficialmente de un revestimiento acuoso a base de silicato y un compuesto oxídico de grano fino. En el caso del compuesto oxídico de grano fino se trata de un compuesto complejo de la fórmula general AxByOz, con un elemento A del grupo de los metales y un elemento B del grupo de los elementos anfóteros, así como oxígeno en una relación estequiométrica a A y B.

Para el tratamiento térmico se prevé un intervalo de temperaturas entre 100º y 900ºC y, tras un tratamiento térmico del grano abrasivo revestido a 400ºC, pueden conseguirse claros aumentos en el rendimiento con respecto a un grano abrasivo no tratado. Investigaciones más precisas de granos abrasivos tratados de esta manera, en particular la determinación de la fuerza de unión con ayuda de cavitación acústica, han dado como resultado que la unión del compuesto oxídico en la superficie es relativamente débil y que estos aumentos en el rendimiento se consiguieron a pesar de que es débil la unión del revestimiento en la superficie del grano abrasivo y que, posiblemente, los aumentos en el rendimiento se han de atribuir a la estructura cristalina del pigmento (retículo de rutilo) y a la composición del pigmento con un elemento anfótero el cual, posiblemente, sustenta el proceso de amolado en calidad de coadyuvante abrasivo.

Por consiguiente, sigue existiendo el problema de encontrar un sistema de aglutinante para el revestimiento de granos abrasivos que no presente los inconvenientes del estado conocido de la técnica y constituya, ya a bajas temperaturas, una unión sólida con la superficie del grano abrasivo. Con un sistema de aglutinante de este tipo pueden conseguirse otras mejoras de los rendimientos abrasivos, en especial en el caso de granos abrasivos térmicamente inestables. En el centro de interés se encuentra, en este caso, en particular el tratamiento de corindón de zirconio eutéctico, cuya descomposición térmica comienza a temperaturas por encima de 400ºC mediante transformaciones de modificación del óxido de zirconio y de variaciones del volumen ligadas con ello.

Este problema se resuelve mediante granos abrasivos revestidos con un sistema de aglutinante con las características de la reivindicación 1. Objeto de las reivindicaciones subordinadas son formas de realización preferidas.

Misión...

1. Granos abrasivos del grupo de corindón, corindón fundido, corindón sinterizado, corindón de zirconio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de boro cúbico, diamante y/o mezclas de los mismos con un revestimiento que comprende un aglutinante y un polvo inorgánico finísimamente dividido, caracterizado porque la base del aglutinante comprende

2. Granos abrasivos según la reivindicación 1, caracterizados porque el aglutinante comprende adicionalmente al menos un fluoruro de metal alcalino complejo.

3. Granos abrasivos según la reivindicación 2, caracterizados porque la composición química del aglutinante es de aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% en peso de SiO₂, aproximadamente 60 hasta aproximadamente 90% en peso de H₂O, aproximadamente 1 hasta aproximadamente 10% en peso de Al₂O₃ y aproximadamente 5 hasta aproximadamente 15% en peso de fluoruro de metal alcalino.

4. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizados porque la porción de aglutinante es de aproximadamente 0,01 hasta aproximadamente 10,0% en peso, referido al grano abrasivo no tratado.

5. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizados porque el aglutinante se compone de aproximadamente 0,005 hasta aproximadamente 4,0% en peso de vidrio soluble, aproximadamente 0,005 hasta aproximadamente 4,0% en peso de agua, aproximadamente 0,0005 hasta aproximadamente 1,0% en peso de aluminosilicato y aproximadamente 0,001 hasta aproximadamente 1,0% en peso de fluoruro de metal alcalino, en cada caso referido al gran abrasivo no tratado.

6. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizados porque el aluminosilicato se selecciona del grupo que comprende metacaolines, cenizas volantes, escorias de acerías, arenas finas y arcillas activas.

7. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizados porque el aluminosilicato comprende un producto, formado in situ en la reacción de revestimiento, a base de Al₂O₃ reactivo tal como, por ejemplo, boehmita, y SiO₂ reactivo tal como, por ejemplo, ácido silícico coloidal.

8. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizados porque el aluminosilicato es un gel, formado por policondensación a partir de Al₂O₃ y SiO₂ reactivo con una estructura tridimensional a base de tetraedros de SiO₄ y AlO₄.

9. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizados porque al menos un fluoruro de metal alcalino complejo se selecciona del grupo Na₃AlF₆, K₂NaAlF₆, Na₂SiF₆, K₂SiF₆, NaBF₄ y KBF₄.

10. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizados porque el aglutinante comprende, adicionalmente, materiales de carga y/o coadyuvantes de abrasivos, seleccionados del grupo de los sulfuros, fosfatos, carbonatos y/o halogenuros y/o compuestos complejos con contenido en sulfuros, fosfatos, carbonatos y/o halogenuros del grupo de los elementos Na, Li, K, Mg, Ca, Al, Mn, Cu, Sn, Fe, Ti, Sb y/o Zn.

11. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizados porque el polvo inorgánico finísimamente dividido es un pigmento oxídico.

12. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizados porque el revestimiento presenta aproximadamente 0,002 hasta aproximadamente 5,0% en peso de polvo inorgánico finísimamente dividido, referido al grano abrasivo no tratado.

13. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizados porque el revestimiento presenta, de preferencia, aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 2,0% en peso de polvo inorgánico finísimamente dividido, referido al grano abrasivo no tratado.

14. Granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizados porque el aglutinante se puede endurecer a una temperatura de =q 400ºC.

15. Procedimiento para la producción de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende las etapas

caracterizado porque se emplea un aglutinante a base de

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque se emplea un aglutinante que comprende, adicionalmente, al menos un fluoruro de metal alcalino complejo.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque se emplea un aglutinante con la composición química de aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% en peso de SiO₂, aproximadamente 60 hasta aproximadamente 90% en peso de H₂O, aproximadamente 1 hasta aproximadamente 10% en peso de Al₂O₃ y aproximadamente 5 hasta aproximadamente 15% en peso de fluoruro de metal alcalino.

18. Uso de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 14, para la producción de materiales abrasivos, en particular para la producción de materiales abrasivos sobre una base.