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- Michel ZEICHER
6, rue François COURT-SAINT-ETIENNE. PROCEDE DE FABRICATION D'OUTILS ABRASIFS.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'outils abrasifs constitués de grains ou d'éclats ou de poudre d'abrasifs très durs, p.ex. de diamants, de carbure de bore, etc. et d'un ou de plusieurs métaux en grains ou en poudre comme liant. Les outils abrasifs fabriqués suivant le procédé de la présente invention possèdent une résistance à l'usure, un rendement de coupe, ainsi qu'un mordant qui dépassent de beaucoup tous les produits de ce genre connus jusqu'à ce jour.
On connait la fabrication d'outils abrasifs qui consiste à mélanger des grains ou de la poudre d'abrasifs avec des grains ou de la poudre métalliques et à consolider l'ensemble par compression et chauffage à plus ou moins haute température. Comme liant on a proposé entre autres un mélange
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,de carbure de tungstène et de cobalt, du fer pur, un mélange de cuivre de molybdène et de cobalt, un mélange de fer et de cuivre ou un mélange de cuivre et d'aluminium ou de bismuth ou de plomb, etc. Différents modes opératoires concernant la chauffe et la compression ont également été proposés. Dans les meilleurs conditions, l'abrasif coûteux incorporé dans ces outils ne peut être utilisé qu'à raison de 50 du volume présent. Les autres 50 % sont perdus avec les débris des corps subissant le travail d'abrasion.
Cette perte est encore notablement plus élevée lorsqu'on désire conférer à l'outil un bon mordant. Dans ce cas on est obligé d'utiliser comme liant un métal ou un alliage mou ou friable et, étant donné les multiples petits chocs que subissent les grains au cours du travail de l'outil, ils se déchaussent au bout de quelques pourcents de leur usure seulement. En effet, les grains ou éclats d'abrasifs durs employés dans ces outils possèdent, quelque soit leur finesse, desm formes polyidriques à facettes lisses qui constituent des plans de clivage du système cristallin en question. Lorsqu'un tel grain englobé par du liant est usé à moitié par suite de son travail, l'autre moitié n'est plus ancrée et est délogée Immédiatement. Les schémas des figures 1 et 2 illustrent ce fait.
Dans ces schémas A représente les grains d'abrasif respectivement avant usure et après usure du grain d'environ 50 %.
Suivant le procédé de la présente invention, on rend la surface des grains abrasifs conductrice d'électricité, soit en enduisant ces grains d'un film métallique par des
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moyens connus, soit, lorsqu'il s'agit de diamants, en faisant subir aux grains un traitement thermique qui graphitise une épaisseur d'une fraction de micron de leur surface extérieure. On soumet ensuite ces grains à un traitement qui produit sur chacune de leurs facettes de multiples petites cavités dans lesquelles le liant vient s'ancrer.lors de la chauffe et de la compression.de l'outil.
Le traitement en question consiste à soumettre les grains dont la surface a été rendue conductrice d'électricité à une différence de potentiel électrique suffisamment élevée ou à un courant de très haute fréquence, ce qui a pour conséquence de produire de multiples petits arcs entre les grains et de rendre ainsi leurs facettes rugueuses. On choisit comme liant un métal ou un mélange de plusieurs métaux dant un au moins peut, en s'alliant au film conducteur des grains abrasifs, donner un alliage de grande dureté. On constitue ensuite un mélange de grains abrasifs traités comme ci-dessus avec des grains ou des poudres métalliques choisis comme ci-dessus et on chauffe l'ensemble avec ou sans compression à une température inférieure au point de fusion de la majorité des grains métalliques constituant le liant.
Une fois la température convenable atteinte, on ajuste la durée de chauffe de façon à provoquer la diffusion d'un peu de liant dans le film conducteur des grains abrasifs et vice-versa, afin que l'enduit constitue un alliage de grande dureté. Cette durée doit cependant être insuffisante pour altérer le coeur des grains du liant, c.à.d. elle ne doit pas permettre une diffusion complète et l'homogénéisation de l'alliage "liant -
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,élément d'enduit". Un outil ainsi fabriqué est en conséquence composé de grains abrasifs polyédriques à facettes rugueuses, Dans les rugosités de ces facettes est solidement ancré un enduit constitué d'un alliage de grande dureté.
Cet enduit est à son tour soudé au liant constitué d'un métal ou d'un alliage mou qui englobe l'ensemble, La fig, 3 illustre ce fait. Dans cette figure A représente les grains abrasifs à facettes rugueuses, B le métal mou employé comme liant et C l'alliage métallique dur formé par réaction du film métallique du grain abrasif avec le restant du liant.
L'ancrage de l'enduit dans leurs rugosités permet aux grains abrasifs de tenir jusqu'à leur utilisation complète. L'enduit dur des grains abrasifs confère à ces outils une grande résistance à l'usure, alors que le liant mou leur donne un grand mordant.
Dans le cas où l'outil est destiné au travail de roches dures et abrasives, on peut durcir le liant en le composant de deux ou de plusieurs éléments métalliques susceptibles de former des alliages durs. Lors de la consolidation de l'outil on ajuste la température et la durée de chauffede façon à ce qu'il y ait amorce de diffusion et d'alliage entre les différents éléments métalliques et de façon à ce que l'intérieur des grains métalliques constituant le liant reste intact.
Dans un outil ainsi fabriqué, les grains abrasifs et leur enduit possèdent les mêmes caractéristiques que cidessus, mais le liant au lieu d'être en métal mou est constitué de grains dont les contours sont durs et l'intérieur
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mou. Un tel outil possède une grande résistance à l'usure grâce à son treillis dur et possède suffisamment de mordant grâce à l'élasticité que confère à l'outil la partie molle du liant.
Exemple : L'exemple suivant illustrera un des multiples modes d'application du procédé décrit ci-dessus.
On introduit dans une nacelle en porcelaine 1,9 gr de grains de diamant d'environ 1 à 1,5 mm de grosseur. On place cette nacelle dans un gour électrique à résistance qu'on porte à une témpérature située entre le rouge sombre et le rouge blanc et à travers lequel on fait passer un courant gazeux constitué de 5 à 30 % en volume d'hexachlorure de molybdène et de 95 à 70 % en volume d'hydrogène. Au bout d'un certain temps qui dépend de la température et de la composition du mélange gazeux, les diamants se recouvrent dtun film de molybdène métallique. On coupe le courant du four et on laisse refroidir dans un courant d'hydrogène, puis on retire la nacelle du four. On la place ensuite dans le champs d'un courant de haute fréquence de 20.000 à 200.000 périodes et on l'y abandonne pendant 1/2 heure environ.
On ajoute ensuite aux diamants ainsi traités 8 gr de poudre de cobalt et 2 gr de poudre de molybdène et on mélange d'une façon aussi homogène que possible. On introduitxensuite le tout dans un moule en graphite schématisé par la fig. 4 et composé d'une bague A, d'un fon B et d'un piston C. Ce moule est à son tour placé dans une enceinte réductrice se trouvant entre 1200 et 14000 C. Au moyen d'une presse hydraulique on applique sur le piston C une pression
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de 100 à 300 kg par cm2 que l'on maintient jusqu'à ce que le moule ait pris la température de l'enceinte. On relâche ensuite la pression et on laisse refroidir le moule. On obtient ainsi une pastille qui, après sertissage dans un support en acier, constitue un outil convenant admirablement bien pour dresser des meules habituelles en corindon, carborundum, etc.
La présente invention ne se limite, bien entendu, pas seulement à la fabrication d'outils pour dresser des meules. La fabrication de nombreux autres outils, tels que couronnes de soudage, forets, meules, rodoirs, scies, outils à rectifier, etc. est possible par ce procédé. De nombreux autres modes opératoires que celui décrit ci-dessus sont également possibles sans sortir du cadre de ce procédé. REVENDICATIONS :- 1 - Produit abrasif obtenu par chauffe avec ou sans com- pression d'un mélange de grains ou d'éclats de substances dures, p.ex. de diamants, de carbure de bore, etc. et de grains ou de poudres métalliques, caractérisé par le fait qu'on rend conductrice d'électricité la surface des grains abrasifs et qu'on soumet ensuite ces grains à un traitement qui produit sur chacune des facettes des grains de multiples petites cavités.
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- Michel ZEICHER
6, rue François COURT-SAINT-ETIENNE. METHOD FOR MANUFACTURING ABRASIVE TOOLS.
The present invention relates to a method of manufacturing abrasive tools consisting of grains or chips or powder of very hard abrasives, eg diamonds, boron carbide, etc. and one or more metals in grains or powder as a binder. Abrasive tools manufactured by the process of the present invention possess wear resistance, cutting performance, and bite which far exceed any such product known to date.
The manufacture of abrasive tools is known which consists in mixing grains or powder of abrasives with grains or metal powder and in consolidating the assembly by compression and heating at more or less high temperature. As a binder, a mixture of
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, tungsten carbide and cobalt, pure iron, a mixture of copper, molybdenum and cobalt, a mixture of iron and copper or a mixture of copper and aluminum or bismuth or lead, etc. Different operating modes relating to heating and compression have also been proposed. Under the best conditions, the expensive abrasive incorporated in these tools can only be used at a rate of 50 of the volume present. The other 50% is lost with debris from bodies undergoing abrasion work.
This loss is still significantly higher when it is desired to give the tool a good bite. In this case, we have to use a soft or friable metal or alloy as a binder and, given the multiple small shocks that the grains undergo during the working of the tool, they come off after a few percent of their wear only. In fact, the grains or shards of hard abrasives used in these tools have, whatever their fineness, polyidric forms with smooth facets which constitute planes of cleavage of the crystalline system in question. When such a binder-encompassed grain is half worn out as a result of its work, the other half is no longer anchored and is dislodged immediately. The diagrams of Figures 1 and 2 illustrate this fact.
In these diagrams A represents the abrasive grains respectively before wear and after wear of the grain of about 50%.
According to the process of the present invention, the surface of the abrasive grains is made electrically conductive, either by coating these grains with a metal film by
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known means, or, in the case of diamonds, by subjecting the grains to a heat treatment which graphitizes a thickness of a fraction of a micron of their outer surface. These grains are then subjected to a treatment which produces on each of their facets multiple small cavities in which the binder becomes anchored during the heating and compression of the tool.
The treatment in question consists in subjecting the grains whose surface has been made electrically conductive to a sufficiently high electric potential difference or to a current of very high frequency, which has the consequence of producing multiple small arcs between the grains. and thus make their facets rough. A metal or a mixture of several metals is chosen as the binder, at least one of which, by alloying with the conductive film of the abrasive grains, gives an alloy of great hardness. A mixture of abrasive grains treated as above is then formed with grains or metallic powders chosen as above and the whole is heated with or without compression to a temperature below the melting point of the majority of the metallic grains constituting the binder.
Once the appropriate temperature has been reached, the heating time is adjusted so as to cause the diffusion of a little binder in the conductive film of the abrasive grains and vice versa, so that the coating constitutes an alloy of great hardness. This period must however be insufficient to alter the core of the grains of the binder, ie. it must not allow complete diffusion and homogenization of the "binder -" alloy.
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, coating element ". A tool thus manufactured is consequently composed of polyhedral abrasive grains with rough facets, In the roughness of these facets is firmly anchored a coating made of an alloy of great hardness.
This coating is in turn welded to the binder consisting of a metal or a soft alloy which encompasses the assembly, FIG. 3 illustrates this fact. In this figure A represents the rough faceted abrasive grains, B the soft metal used as a binder and C the hard metal alloy formed by reaction of the metallic film of the abrasive grain with the remainder of the binder.
The anchoring of the coating in their roughness allows the abrasive grains to hold until their complete use. The hard coating of the abrasive grains gives these tools great resistance to wear, while the soft bond gives them great bite.
In the case where the tool is intended for working with hard and abrasive rocks, the binder can be hardened by composing it with two or more metallic elements capable of forming hard alloys. When consolidating the tool, the temperature and the heating time are adjusted so that there is an initiation of diffusion and alloy between the different metallic elements and so that the inside of the metallic grains constituting the binder remains intact.
In a tool thus manufactured, the abrasive grains and their coating have the same characteristics as above, but the binder instead of being of soft metal consists of grains whose contours are hard and the interior
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soft. Such a tool has a great resistance to wear thanks to its hard mesh and has sufficient bite thanks to the elasticity which the soft part of the binder confers on the tool.
Example: The following example will illustrate one of the multiple application modes of the process described above.
1.9 g of diamond grains of approximately 1 to 1.5 mm in size are introduced into a porcelain boat. This nacelle is placed in an electric resistance gas tank which is brought to a temperature between dark red and white red and through which a gas stream is passed consisting of 5 to 30% by volume of molybdenum hexachloride and from 95 to 70% by volume of hydrogen. After a certain time, which depends on the temperature and the composition of the gas mixture, the diamonds become covered with a film of metallic molybdenum. The current to the oven is turned off and allowed to cool in a stream of hydrogen, then the boat is removed from the oven. It is then placed in the field of a high frequency current of 20,000 to 200,000 periods and left there for about 1/2 hour.
Then 8 g of cobalt powder and 2 g of molybdenum powder are added to the diamonds thus treated, and the mixture is mixed as homogeneously as possible. The whole is then introduced into a graphite mold shown schematically in FIG. 4 and composed of a ring A, a funnel B and a piston C. This mold is in turn placed in a reducing chamber located between 1200 and 14000 C. Using a hydraulic press is applied to the piston C a pressure
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from 100 to 300 kg per cm2 which is maintained until the mold has taken the temperature of the enclosure. The pressure is then released and the mold is allowed to cool. A pellet is thus obtained which, after crimping in a steel support, constitutes a tool which is admirably suitable for dressing usual grinding wheels made of corundum, carborundum, etc.
The present invention is of course not limited only to the manufacture of tools for dressing grinding wheels. The manufacture of many other tools, such as welding crowns, drills, grinding wheels, lapping stones, saws, grinding tools, etc. is possible by this process. Many other operating modes than that described above are also possible without departing from the scope of this process. CLAIMS: - 1 - Abrasive product obtained by heating with or without compression of a mixture of grains or chips of hard substances, eg diamonds, boron carbide, etc. and metal grains or powders, characterized in that the surface of the abrasive grains is made electrically conductive and that these grains are then subjected to a treatment which produces multiple small cavities on each of the facets of the grains.