AGLUTINANTE PARA HERRAMIENTA DE ABRASIÓN.

Una composición de aglutinante separable para unir material abrasivo a una herramienta abrasiva que presenta un núcleo predominantemente de hierro,

que consiste esencialmente en:

(i) alrededor de 50-80% en peso de cobre;

(ii) alrededor de 15-25% en peso de estao;

(iii) alrededor de 5-15% en peso de titanio; y

(iv) alrededor de 2-150 pbw de plata por 100 pbw del total de (i)-(iii),

en la que los porcentajes en peso se basan en el total de (i)-(iii).

Aglutinante para herramienta de abrasión.

Campo de la invención Esta invención se refiere a un aglutinante para unir material abrasivo al núcleo de una herramienta abrasiva. Más específicamente, se refiere a un aglutinante que puede ser fácilmente eliminado para facilitar la reutilización del núcleo.

Antecedentes y sumario de la invención Frecuentemente, las herramientas de abrasión industriales incluyen granos abrasivos de una sustancia dura fijada a un núcleo rígido. El núcleo se puede adaptar para ser accionado manual o eléctricamente en contacto móvil con una pieza de trabajo, para moler, cortar, pulir o de otro modo erosionar la pieza de trabajo hasta una forma deseada. Los granos abrasivos están usualmente unidos al núcleo mediante un material denominado a menudo aglutinante.

La capacidad de corte de las herramientas abrasivas generalmente disminuye con el uso continuado. En última instancia, una herramienta se desgasta tanto que llega a ser inefectiva para uso posterior, y debe ser reemplazada por otra nueva. Frecuentemente, el desgaste causante de la reducción de la capacidad de corte es debido a razones tales como un excesivo embotado y la pérdida del material abrasivo. El material abrasivo se puede perder cuando el aglutinante se erosiona o se fractura mediante contacto con la pieza de trabajo. En muchos casos, sólo el abrasivo y el aglutinante están afectados por el desgaste, y el núcleo permanece sensiblemente intacto.

La necesidad de reemplazar herramientas abrasivas desgastadas es importante en ciertas aplicaciones de corte agresivo, tales como en material de construcción y molienda industrial. Estas aplicaciones implican típicamente moler materiales tales como metales, piedra natural, granito, hormigón, materiales compuestos orgánicos, y cerámica, y mezclas de los mismos. Estos materiales difíciles de cortar tienden rápidamente a desgastar incluso a las herramientas abrasivas más duraderas, que incorporan materiales superabrasivos tales como diamante y nitruro de boro cúbico ("CBN") . Adicionalmente, las herramientas abrasivas para la molienda en la construcción son frecuentemente bastante grandes. Las ruedas abrasivas de hasta varios pies de diámetro para el corte de hormigón y otros materiales para calzada no son inusuales. El coste de reemplazar tales herramientas puede ser bastante elevado.

Para reducir el coste del recambio, usualmente es posible reacondicionar el núcleo recubierto de una herramienta desgastada. Esto generalmente se consigue retirando cualquier aglutinante y material abrasivo residual en el núcleo, reparando defectos estructurales en el núcleo, y aplicando una nueva superficie de corte de material abrasivo y aglutinante. La retirada del aglutinante y material abrasivo de herramientas abrasivas recubiertas se conoce a menudo como separación. La separación es especialmente importante para la recuperación de herramientas de molienda industrial, debido a que los proyectos industriales demandan en su mayoría una molienda para afinar tolerancias. El material aglutinante residual debería ser eliminado completamente de un núcleo usado, para obtener una precisión dimensional adecuada para la molienda industrial. Por supuesto, la separación también es importante en la molienda para la construcción.

Muchas técnicas, tales como el derrubio y calentamiento, pueden ser usadas para separación núcleos recubiertos. Las herramientas abrasivas que emplean un aglutinante metálico se separan usualmente mediante una combinación de procesos químicos y electroquímicos. Es decir, la herramienta puede ser sumergida en un baño químico que es selectivamente corrosivo para la composición del aglutinante. Un circuito eléctrico adecuado puede ser aplicado de manera que además separe el aglutinante del núcleo mediante electrodeposición inversa.

Aunque importante para muchos tipos de herramientas abrasivas, la capacidad para separar el núcleo es particularmente importante en el desarrollo de aglutinantes para las denominadas herramientas de tipo "aglutinante metálico de una sola capa" ("SLMB") . Las herramientas de SLMB se fabrican básicamente mediante la aplicación de material abrasivo y una fina capa de material aglutinante a la superficie de corte del núcleo. Finalmente, un aglutinante entre el material abrasivo y el núcleo se suelda mediante tratamiento térmico del conjunto.

El níquel es un componente en aglutinantes tradicionales que puede ser fácilmente separado del núcleo. Sin embargo, los materiales aglutinantes que contienen níquel usualmente se sueldan a temperatura muy elevada, típicamente muy por encima de 1000ºC, causando efectos adversos. En este intervalo de temperaturas, las partículas de diamante se convierten en grafito, y a menudo incluso el núcleo metálico se distorsiona. Alternativamente, los aglutinantes de níquel pueden obtenerse mediante electrodeposición. Este proceso presenta el inconveniente de que los baños de electrodeposición utilizan grandes volúmenes de material abrasivo dispersado en el líquido de deposición. Si el material abrasivo es diamante o CBN, el baño de deposición llega a ser excesivamente caro de mantener. Los aglutinantes electrodepositados tampoco se comportan tan bien como los llamados aglutinantes "activos", descritos más abajo, es decir, los aglutinantes no son tan resistentes, y los granos se remueven de la herramienta más fácilmente. Se entiende que este pobre comportamiento proviene de la falta de interacción química entre la composición del aglutinante electrodepositado y el material de grano abrasivo.

Las aleaciones de aglutinante activo, que incluyen componentes químicamente activos tales como titanio, han ganado popularidad en el campo de los aglutinantes para herramientas de SLMB. Wesgo, Inc. de Belmont, California ofrece un aglutinante basado en cobre-plata eutéctica con 4, 5% en peso de titanio bajo el nombre comercial Ticusil. Aunque este producto proporciona un aglutinante de fácil separación, es relativamente caro debido al contenido de plata, y su comportamiento en servicio es moderado.

La patente US nº 5.102.621 describe una aleación de soldadura ternaria que consiste esencialmente en 0, 5-10% en peso de titanio, 10-50% en peso de estaño, siendo el resto cobre. La aleación de soldadura está dirigida a formar una junta soldada entre un cuerpo de grafito o carbono y un miembro metálico, principalmente en la industria electrónica para soldar electrodos de grafito a conductores de cobre. La aleación de soldadura se preparó mezclando cantidades apropiadas de cobre, estaño y titanio, y calentando la mezcla en un crisol. Esta referencia indica que la aleación de soldadura se humedece y forma buenas uniones al grafito.

Una aleación de aglutinante de SLMB preferida presenta la composición 70 Cu/21 Sn/9 Ti (% en peso) . Los tres polvos metálicos pueden ser mezclados con un aglutinante líquido para obtener una pasta. Un aglutinante formado aplicando la pasta a un núcleo de metal, depositando partículas abrasivas en la pasta, y soldando la aleación a elevada temperatura, es resistente pero, desafortunadamente, no es fácilmente separable mediante procedimientos químicos y electromecánicos. Se piensa que tales composiciones de aglutinante que contienen Cu/Sn/Ti se separan mal porque (a) las fases intermetálicas que poseen estaño en el aglutinante son resistentes a la corrosión mediante compuestos químicos disgregantes, y (b) se forma una fase intermetálica de Ti/Fe/Cu/Sn que adhiere fuertemente el aglutinante al núcleo. El estaño y el titanio son depresores del punto de fusión para la aleación, y el titanio reacciona con carbono, lo que provoca beneficiosamente que el aglutinante fundido humedezca el material abrasivo de diamante durante el proceso de soldadura. Por lo tanto, reducir simplemente la cantidad de estaño y titanio en la composición para mejorar la capacidad de separación es indeseable.

Los aglutinantes de Cu/Sn/Ti para soldadura se han fabricado tradicionalmente mezclando juntos polvos de los tres componentes individuales para obtener una mezcla uniformemente concentrada. Este procedimiento proporcionó ventajosamente al fabricante un excelente control sobre la composición de aglutinante final, porque la cantidad de cada uno de los componentes se podía ajustar por separado. Se ha descubierto que el aglutinante fabricado mediante un método de dos etapas, que implica combinar primero los componentes de cobre y estaño en una aleación de bronce y después mezclar un polvo del bronce con una cantidad apropiada de polvo de hidruro de titanio, es altamente efectivo para aglutinantes de... [Seguir leyendo]

1. Una composición de aglutinante separable para unir material abrasivo a una herramienta abrasiva que presenta un núcleo predominantemente de hierro, que consiste esencialmente en:

(i) alrededor d.

5. 80% en peso de cobre;

(ii) alrededor de 15-25% en peso de estaño;

(iii) alrededor de 5-15% en peso de titanio; y (iv) alrededor de 2-150 pbw de plata por 100 pbw del total de (i) - (iii) , en la que los porcentajes en peso se basan en el total de (i) - (iii) .

2. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 1, en la que el componente de titanio es hidruro de titanio.

3. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 2, en la que la composición de aglutinante consiste además esencialmente en un aglutinante efímero, mezclado homogéneamente con los componentes del polvo en una cantidad efectiva para formar una pasta.

4. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 2, en la que la composición de aglutinante es una mezcla de polvos de cobre, estaño, hidruro de titanio y plata.

5. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 3, en la que la composición de aglutinante comprende al menos dos de cobre, estaño, titanio y plata como un polvo pre-aleado.

6. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 5, en la que la composición de aglutinante comprende cobre y estaño como un polvo pre-aleado.

7. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 5, en la que la composición de aglutinante comprende cobre, estaño y plata como un polvo pre-aleado.

8. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 5, en la que la composición de aglutinante comprende cobre y plata como un polvo pre-aleado.

9. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 5, en la que la composición de aglutinante comprende cobre, estaño, titanio y plata como un polvo pre-aleado.

10. La composición de aglutinante separable de la reivindicación 2, en la que el componente (i) es alrededor de 6575% en peso, el componente (ii) alrededor de 18-22% en peso, y el componente (iv) es alrededor de 5-135 pbw por 100 pbw del total de (i) - (iii) .

11. Un método para unir un material abrasivo a una herramienta que tiene un núcleo predominantemente de hierro, que comprende las etapas de:

(1) mezclar hasta una mezcla uniforme una composición de aglutinante que consiste esencialmente en

5. 80% en peso de cobre; (ii) alrededor de 15-25% en peso de estaño; (iii) alrededor de 5-15% en peso de titanio; y (iv) alrededor de 2-150 pbw de plata por 100 pbw del total de (i) - (iii) ,

en la que los porcentajes en peso se basan en el total de (i) - (iii) ; y

(2) colocar los granos abrasivos y la composición de aglutinante en una superficie de corte del núcleo; y

(3) calentar la composición de aglutinante hasta una temperatura de soldadura de como máximo alrededor de 870ºC en una atmósfera sustancialmente libre de oxígeno durante un tiempo efectivo para licuar una fracción principal de la composición.

12. El método de la reivindicación 11, en el que la etapa de colocación incluye mezclar una cantidad efectiva de aglutinante líquido efímero en la composición aglutinante para formar una pasta; revestir la superficie de corte con una capa de la pasta; y depositar granos abrasivos en la pasta; y que comprende además la etapa de hacer que el aglutinante efímero abandone la pasta antes de licuar completamente la composición de aglutinante.

13. El método de la reivindicación 11, en el que la etapa de colocación incluye depositar granos revestidos con adhesivo sobre la superficie de corte, cubriendo después los granos con la composición de aglutinante.

14. El método de la reivindicación 11, en el que el titanio está presente en la composición de aglutinante como hidruro de titanio, y en el que después de la etapa de colocación, el método comprende además la etapa de calentar la composición de aglutinante hasta una temperatura elevada, por debajo de la temperatura de soldadura, efectiva para hacer que el hidruro de titanio se disocie a titanio elemental.

15. El método de la reivindicación 14, en el que la composición de aglutinante es una mezcla de polvos de cobre, estaño, hidruro de titanio y plata.

16. El método de la reivindicación 14, en el que la composición de aglutinante comprende al menos dos de cobre, estaño, titanio y plata como un polvo pre-aleado.

17. El método de la reivindicación 16, en el que la composición de aglutinante comprende cobre y estaño como un polvo pre-aleado.

18. El método de la reivindicación 16, en el que la composición de aglutinante comprende cobre, estaño y plata como un polvo pre-aleado.

19. El método de la reivindicación 16, en el que la composición de aglutinante comprende plata y cobre como un polvo pre-aleado.

20. El método de la reivindicación 16, en el que la composición de aglutinante comprende cobre, estaño, titanio y plata como polvo pre-aleado.

21. El método de la reivindicación 11, en el que la temperatura de soldadura está en el intervalo de alrededor d.

82. 865ºC.

22. El método de la reivindicación 11, en el que los granos abrasivos son un superabrasivo seleccionado del grupo que consiste en diamante, nitruro de boro cúbico, y una mezcla de los mismos.

23. El método de la reivindicación 22, en el que el componente (i) es alrededor d.

6. 75% en peso, el componente

(ii) alrededor de 18-22% en peso, y el componente (iv) es alrededor de 5-135 pbw por 100 pbw del total de (i) - (iii) .

24. Una herramienta unida metálica de una sola capa, que comprende

(a) un núcleo predominantemente de hierro; y

(b) material abrasivo unido al núcleo mediante una composición de aglutinante soldado que consiste esencialmente en (i) alrededor d.

5. 80% en peso de cobre; (ii) alrededor de 15-25% en peso de estaño; (iii) alrededor de 5-15% en peso de titanio; y (iv) alrededor de 2-150 pbw de plata por 100 pbw del total de (i) - (iii) ,

en la que los porcentajes en peso se basan en el total de (i) - (iii) .

25. La herramienta unida metálica de una sola capa de la reivindicación 24, en la que la composición de aglutinante consiste esencialmente en una mezcla de polvos de cobre, estaño, hidruro de titanio y plata.

26. La herramienta unida metálica de una sola capa de la reivindicación 24, en la que la composición de aglutinante comprende al menos dos de cobre, estaño, titanio y plata como un polvo pre-aleado.

27. La herramienta unida metálica de una sola capa de la reivindicación 24, en la que la composición de aglutinante comprende cobre y estaño como un polvo pre-aleado.

28. La herramienta unida metálica de una sola capa de la reivindicación 24, en la que la composición de aglutinante comprende cobre, estaño y plata como un polvo pre-aleado.

29. La herramienta unida metálica de una sola capa de la reivindicación 24, en la que la composición de aglutinante comprende cobre y plata como un polvo pre-aleado.

30. La herramienta unida metálica de una sola capa de la reivindicación 24, en la que la composición de aglutinante comprende cobre, estaño, titanio y plata como polvo pre-aleado.

31. La herramienta unida metálica de una sola capa de la reivindicación 24, en la que el componente (i) es alrededor d.

6. 75% en peso, el componente (ii) alrededor de 18-22% en peso, y el componente (iv) es alrededor de 5-135 pbw por 100 pbw del total de (i) - (iii) .