BE833497A - Corps abrasifs compacts - Google Patents

Description

  Corps abrasifs compacts 

  
La présente invention est relative à des corps abrasifs et, en particulier; à des corps abrasifs compacts.

  
Les corps abrasifs compacts sont connus dans la technique et ils consistent en une masse de particules abrasives, en particulier, en particules de diamant ou de nitrure de bore cubique, liées en conglomérats durs de préférence au moyen d'une matrice de liaison appropriée, habituellement un métal. La teneurs en particules abrasives de corps compacts est d'au moins 50 %

  
 <EMI ID=1.1> 

  
Des matrices de liaison qui conviennent sont, par exemple, le cobalt, le fer, le nickel, le platine, le titane, le chrome, le tantale et des alliages contenant un ou plusieurs de ces métaux.

  
Lorsque les particules abrasives des corps compacts sont faites de diamant ou de nitrure de bore cubique, le corps compact est fabriqué dans des conditions de température et de pression auxquelles les particules sont cristallographiquement stables. De telles conditions sont bien connues dans la technique. On préfère que la matrice, lorsqu'il en est utilisé une, soit capable de dissoudre les particules abrasives au moins dans une mesure limitée. Avec de telles matrices, il

  
se produit une certaine proportion d'intercroissance entre les particules durant la fabrication du corps compact. 

  
Les corps abrasifs compacts sont liés à un

  
 <EMI ID=2.1> 

  
de tungstène cémenté et ils sont ensuite utilisés pour des opérations de coupe, de meulage et d'abrasion analogues. La liaison du corps abrasif compact sur un support peut être réalisée au moyen d'une brasure à basse température. Cependant, une telle brasure n'est pas très efficace. Une autre proposition consiste à utiliser un procédé à l'hydrure de titane/soudure, mais les conditions de ce procédé conduisent inévitablement à la détérioration des particules abrasives du corps compact.

  
Comme autre variante vis-à-vis de la brasure,

  
il a été proposé de produire une liaison in situ entre un corps compact à base de diamant ou de nitrure de bore cubique et un support de carbure de tungstène cémenté durant la fabrication du corps compact par infiltration du métal de liaison provenant du support de carbure de tungstène dans la couche de diamant ou de nitrure de bore cubique.

  
Suivant la présente invention, un corps abrasif compact comprenant des particules de diamant ou de nitrure de bore cubique ou un de leurs mélanges, présentes en pro-

  
 <EMI ID=3.1> 

  
dur, et présentant une couche de métal liée à au moins une de leurs surfaces, se caractérise en ce que ce métal est un métal de brasure à haute température apte à mouiller le corps abrasif compact, ce dernier étant sensiblement exempt de particules abrasives détériorées. 

  
Le corps abrasif compact peut aisément être lié à un support par liaison de la couche du métal de brasure à haute température au support au moyen d'une brasure appropriée à basse température, comme un bronze.

  
Le résultat est une liaison très efficace entre le corps compact et le support, cette liaison présentant une ré-

  
 <EMI ID=4.1> 

  
l'utilisation d'une brasure à basse température seule.

  
Les corps compacts peuvent présenter diverses formes et la couche de métal de brasure à haute température est liée à la surface du corps compact qui doit être fixé sur le support. Les corps compacts se présentent fréquemment sous la forme d'un segment de cercle et, dans ce cas, il est courant de fixer la couche de métal de brasure à haute température sur une des surfaces planes principales du segment. A titre d'exemple, la figure 1 des dessins annexés illustre un tel segment. Dans la figure 1, le corps compact est représenté en 10 et la couche de métal de brasure à haute température en 12.

  
Le métal de brasure à haute température comprend aussi bien des métaux purs que des alliages. En vue de réaliser une liaison efficace entre la couche

  
et le corps compact, le métal est choisi de façon qu'il soit apte à mouiller le corps abrasif compact, c'est-àdire, apte à mouiller les particules abrasives du corps compact ou à mouiller ou à former un alliage avec la matrice de liaison du corps compact, lorsqu'une telle matrice est présente. 

  
Des métaux de brasure à haute température qui conviennent comprennent un métal de transition comme le titane, le nickel, le cobalt, le fer, le chrome, le manganèse, le vanadium, le molybdène, le tantale ou le platine ou un alliage contenant un ou plusieurs de ces métaux de transition. Des métaux particulièrement préférés sont le titane et des alliages de titane comme des alliages cuivre/titane et cuivre/étain/titane.

  
L'épaisseur de la couche peut varier d'après le procédé par lequel la couche est appliquée sur le corps compact. Cependant, la couche a généralement une épaisseur inférieure à 0,5 mm.

  
Comme mentionné plus haut, le corps compact de l'invention se caractérise également par le fait qu'il est sensiblement exempt de particules abrasives détériorées. Ceci signifie que le corps compact est sensiblement exempt de graphite;. résultant de la détérioration du diamant, et de nitrure de bore hexagonal résultant de la détérioration du nitrure de bore cubique. Lorsqu'on réalise la liaison entre le métal de brasure

  
à haute température et le corps compact, il est important de s'assurer que la détérioration du corps compact suivant cette voie est inhibée.

  
Les particules abrasives présentes dans le corps compact sont constituées de diamant, de nitrure de bore cubique ou d'un de leurs mélanges. Il est préférable que la matrice de liaison, lorsqu'elle est utilisée, soit une matrice agissant comme solvant des particules abra-sives. Avec une telle matrice de liaison, il peut se produire une intercroissance entre les particules si des conditions de température et de pression auxquelles les particules sont cristallographiquement stables sont employées durant la fabrication du corps compact. Les solvants du diamant sont bien connus dans la technique et ils comprennent le cobalt, le nickel et le fer, et des alliages contenant un ou plusieurs de ces métaux.

  
Les solvants du nitrure de bore cubique sont également bien connus dans la technique et ils comprennent l'aluminium, le plomb, l'étain, le magnésium et le lithium et des alliages contenant un ou plusieurs de ces métaux.

  
Les corps abrasifs compacts de l'invention peuvent être fabriqués par formation d'un mélange des particules abrasives et d'une matrice de liaison en poudre, en plaçant le mélange en contact avec une couche de métal de brasure à haute température et en soumettant le mélange et la couche à des conditions de température et de pression élevées du domaine cristallographiquement stable des particules abrasives convenant pour la formation d'un corps compact à partir de ce mélange. Ce procédé constitue une autre forme de réalisation de l'invention. Comme mentionné plus haut, les conditions de stabilité cristallographique du diamant et du nitrure de bore cubique sont bien connues dans la technique et la figure 3 des dessins annexés illustre ces conditions.

   La région stable du diamant est au-dessus de la ligne A et la région stable du nitrure de bore cubique est au-dessus de la ligne B.

  
Le métal de brasure à haute température peut se présenter sous la forme de poudre ou sous la forme d'une feuille mince. L'épaisseur de la couche de poudre ou de la feuille est généralement inférieure à 0,5 mm. Ce procédé permet de former simultanément le corps compact et la liai'son entre la couche de métal de brasure et une surface du corps compact. Une liaison très efficace entre le métal de brasure et le corps compact est obtenue.

  
Un autre procédé de formation du corps compact de l'invention, procédé qui constitue une autre forme de réalisation de l'invention, comprend le dépôt d'une couche de métal de brasure à haute température sur une surface d'un corps abrasif compact comprenant des particules de diamant ou de nitrure de bore cubique ou un de leurs

  
 <EMI ID=5.1> 

  
volume, liées en conglomérat dur et soumises à la totalité du traitement thermique dans des conditions auxquelles la détérioration des particules abrasives est inhibée pour réaliser la liaison de la couche avec le corps compact. La détérioration des particules abrasives peut être inhibée en procédant au traitement thermique à une température non supérieure à 800[deg.]C, en atmosphère inerte. L'atmosphère inerte peut être constituée d'un gaz inerte tel que l'argon ou le néon, ou on peut établir un vide

  
 <EMI ID=6.1> 

  
une variante, on peut procéder au traitement thermique sous une pression convenant pour réaliser les conditions de la région cristallographiquement stable des particules abrasives.

  
On peut procéder au dépôt de la couche de métal de brasure sur la surface du corps abrasif compact en utilisant des techniques connues, de préférence, de dépôt sous vide. Dans le cas du dépôt sous vide, l'épaisseur de la couche se situe généralement entre des limites de 0,1 à 0,5 micron.

  
Le corps abrasif compact de l'invention peut être lié à un support tel qu'une barre pour former un outil ou il peut être lié à un support qui convient comme un support de carbure de tungstène cémenté. La liaison peut être réalisée en fixant la couche de métal de brasure à haute température sur le support par l'emploi d' un métal de brasure à basse température.

  
Dans le cas de supports tels que des supports de carbure de tungstène cémenté, ceux-ci peuvent être fixés in situ aux corps abrasifs compacts par le premier procédé décrit plus haut,, en plaçant le support formé ou un mélange en poudre apte à produire le support en contact avec le métal de brasure et en soumettant l'ensemble aux conditions de température et de pressicn décrites plus haut. La figure 2 des dessins annexés illustre un corps compact de l'invention lié à un support de carbure de tungstène. Dans cette figure, le corps compact est représenté en 14, la couche de métal de brasure à haute température en 16 et le support de carbure de tungstène en 18. En général, le support de carbure de tungstène est d'un volume considérablement plus important que celui du corps compact.

  
Les exemples non limitatifs qui suivent illustrent l'invention.

  
EXEMPLE 1

  
Un corps compact à base de diamant, consistant en 80 % en volume de particules de diamant et 20 % en volume de cobalt comme liant, est préparé en utilisant des techniques classiques. Le corps compact se présente sous la forme d'un segment de cercle, comme illustré à la figure 1. Une couche mince (épaisse d'environ 0,5 &#65533;) de titane est déposée sur une des surfaces planes principales du corps compact par des techniques classiques de dépôt sous vide. Le corps compact, avec la couche de titane, est ensuite traité à chaud à une température d' environ 500[deg.]C pendant 15 minutes sous un vide de 10-4 mm de mercure. Le corps compact est ensuite fixé à un support de carbure de tungstène en fixant la couche de titane au support par l'utilisation d'une brasure à basse température du commerce. On obtient une très bonne liaison entre le support et le corps compact.

  
EXEMPLE 2

  
On place ce qui suit dans la capsule de réaction d'un appareil classique à hautes température/pression :
un support de carbure de tungstène en contact avec une couche mince (épaisseur de 100 &#65533;) de titane métallique et un mélange de cobalt en poudre et de particules de diamant sur la couche de titane. Le cobalt en poudre  <EMI ID=7.1> 

  
en volume. La capsule est placée dans la zone de réaction d'un appareil classique à hautes température/pression et la pression est élevée à environ 55 kilobars tandis que

  
 <EMI ID=8.1> 

  
de température et de pression sont maintenues pendant une durée suffisante pour permettre la formation d'un corps compact à partir du mélange diamant/cobalt. On laisse ensuite la température et la pression revenir aux valeurs ambiantes. On récupère dans la capsule de réaction un corps abrasif consistant en un corps compact à base de diamant lié à un support de carbure de tungstène par une mince couche de titane. Le corps compact est fermement fixé au support. Le corps est un disque circulaire qui est découpé en segments du type représenté dans la figure 2 en utilisant des techniques classiques de découpage. EXEMPLE 3

  
Un corps compact cobalt/diamant est préparé de façon classique. La teneur en diamant du corps compact

  
 <EMI ID=9.1> 

  
Une couche ce nickel d'une épaisseur de 0,5 &#65533; est déposée sur une surface plane principale du corps compact en utilisant des techniques classiques de dépôt sous vide. Le corps compact portant la couche de nickel est ensuite traité à chaud pendant une durée de 2 heures à 800[deg.]C

  
 <EMI ID=10.1> 

Claims (1)

1. formation d'une liaison robuste entre le nickel et

   le corps compact.

   La couche de nickel est ensuite fixée sur une barre d'acier en utilisant une brasure du commerce ayant un point de fusion de 620[deg.]C. Ceci permet de fixer fermement le corps compact sur la barre.

   REVENDICATIONS

   1. Corps abrasif compact, comprenant des particules de diamant ou de nitrure de bore cubique ou un mélange de celles-ci, présentes en proportion d'au moins 50 % en vclume, liées en conglomérat dur, au moins une des surfaces du corps compact comprenant une couche de métal qui lui est fixée, caractérisé en ce que ce métal est un métal de brasure à haute température apte à mouiller le corps compact et en ce que le corps compact est sensiblement exempt de particules abrasives détériorées.

   2. Corps abrasif compact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de brasure à haute température est choisi parmi le titane, le chrome, le manganèse, le vanadium, le molybdène, le platine, le fer, le cobalt et le nickel, et des alliages contenant un ou plusieurs de ces métaux.

   3. Corps abrasif compact suivant la revendica- <EMI ID=11.1>

   température est le titane. 4. Corps abrasif compact suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le métal de brasure à haute température est un alliage cuivre/titane ou cuivre/étain/titane.

   5. Corps abrasif compact suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice de liaison.

   6. Corps abrasif compact suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la matrice de liaison est un solvant des particules abrasives.

   7. Corps abrasif compact suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se présentant sous la forme d'un segment de cercle, la couche de métal de brasure à haute température étant fixée à une des faces planes principales du segment.

   8. Corps abrasif compact suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa teneur en particules abrasives est d'au moins 70 % en volume.

   9. Corps abrasif compact suivant l'une quelconque des revendications précédentes, lié à un support de carbure de tungstène cémenté.

   10. Procédé de fabrication d'un corps abrasif compact suivant la revendication 1, qui comprend une matrice de liaison, caractérisé par les étapes de formation d'un mélange de particules abrasives et de matrice de liaison en poudre, de mise en contact du mélange avec une ccuche de métal de brasure à haute température et de soumission du mélange et de la couche à des conditions de température et de pression élevées dans le domaine de stabilité cristallographique des particules abrasives convenant pour former un corps compact à partir du mélange .

   11. Procédé de fabrication d'un corps abrasif compact suivant la revendication 1, caractérisé par les étapes de dépôt d'une couche de métal de brasure à haute température sur une surface d'un corps abrasif compact

   <EMI ID=12.1>

   nitrure de bore cubique ou un mélange de celles-ci, présentes en proportion d'au moins 50 % en volume, liées en conglomérat dur, et de soumission de l'ensemble à un traitement thermique dans des conditions auxquelles la détérioration des particules abrasives est inhibée pour provoquer la liaison de la couche avec le corps compact.

   12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé à une température non supérieure à 800[deg.]C et sous atmosphère inerte.

   13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'on utilise un vide en guise d'atmosphère inerte.

   14. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'on procède au traitement thermique en appliquant une pression convenant pour placer les particules abrasives dans leur région de stabilité cristallo-

   graphique.