Brevet FR2090221A1 — publié le 19720114

On a conçu bien des procédés, soit non électriques, soit électrolytiques pour appliquer un métal de revêtement tel que du cuivre, du nickel ou du cobalt sur la surface d'une particule abrasive. De telles particules revêtues trouvent leur application 5 dans les outils abrasifs, le revêtement améliorant les propriétés de retenue de la particule dans la matrice de la surface de coupe de l'outil. Cependant, les revêtements établis par ces procédés connus ont certaines limitations telles que des contraintes internes qui tendent à diminuer leur efficacité. 10 Un but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé pour revêtir de métal des particules abrasives en constituant un revêtement ayant des propriétés améliorées par rapport aux revêtements préparés par les procédés connus. Selon l'invention, on propose un procédé pour revêtir une 15 particule abrasive d'un métal convenable, selon lequel le métal est déposé électrolytiquement sur la surface de la particule, caractérisé par le fait que la solution d'électrodéposition contient des ions de sulfamate en une concentration convenable, les ions de sulfamate sont prélevés de préférence du sulfamate du métal. 20 Le métal déposé sur la particule abrasive peut être le fer, le nickel, le cobalt, le chrome, le plomb ou des alliages de ces métaux. On a trouvé que l'invention s'applique particulièrement au dépôt de nickel ou d'alliages contenant du nickel, tels qu'un alliage de nickel-fer, sur la particule. Quand un alliage tel qu'un 25 alliage de nickel-fer est déposé sur la particule, on utilise un mélange des deux sufflMates des métaux. La température de la solution d'électrodéposition est de préférence dans l'intervalle de 60° à 90° C. Des ions de chlorure pour activer l'anode sont de préférence 30 présents dans la solution de placage. Les ions de chlorure, quand ils sont présents, peuvent être fournis par un chlorure du métal à déposer ou par quelque autre sel, tel que le chlorure de sodium. La concentration des ions de sulfamate dans les solutions d'électrodéposition variera selon le pH désiré pour la solution. 35 Le pH utilisé le plus désirable pour le dépôt variera selon le métal à déposer, mais une telle détermination appartient à la technique du spécialiste. Par exemple, dans le cas du dépôt de nickel, on a trouvé qu'un pH compris environ entre 3 et 5 est à préférer pour assurer un dépôt approprié. 40 Avant le dépôt, la surface de la particule est évidemment 71 18394 2 2090221 rendue électriquement conductrice. On peut y parvenir par un dépôt non électrique d'une fine projection de métal convenable sur la surface du diamant par des procédés connus. Un exemple d'un procédé non électrique convenable pour déposer du nickel ou du cobalt est 5 décrit dans le brevet britannique 1 198 479. On n'a pas trouvé que la densité de courant utilisée pour le dépôt est un facteur essentiel, bien qu'on préfère utiliser une densité de courant de 5 à 10 ampères par 1000 carats de particules abrasives. 10 Les particules abrasives peuvent être le diamant, le nitrure de bore cubique, le carbure de silicium, le carbure de tungstène ou des matériaux analogues. Des additifs classiques, tels que des agents anti-cuvette et des agents de diminution des contraintes peuvent aussi être prévus dans la solution d'électrodéposition. 15 On a trouvé qu'en suivant le procédé selon l'invention, on obtient des revêtements métalliques de densité supérieure à ce qui était possible par les procédés connus. Cela aboutit à un revêtement qui est moins fragile et qui risque moins de s'échapper de la particule pendant les opérations d'abrasion. 20 Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, du nickel est déposé par voie électrolytique sur la surface d'une particule abrasive avec utilisation d'une solution contenant des ions de sulfamate en une concentration convenable. La solution d'électrodéposition contient aussi de préférence du chlorure de nickel. On a 25 trouvé que la densité du revêtement de nickel dépassait 8,0 g/cm^ (densité théorique 8,9 g/crn^). L'utilisation d'un procédé non électrique connu produit d'autre part tin revêtement de nickel ayant seulement une densité de 7,2 à 7,8 g/cm^» Plus la densité du revêtement est proche de la densité théorique du métal, meilleur est le 30 revêtement et à ce point de vue le procédé de l'invention constitue un progrès notable. On préfère que le dépôt électrolytique soit effectué dans un bac de dépôt tournant normal qui est représenté en coupe transversale sur la figure unique du dessin annexé. 35 En référence au dessin, le bac de dépôt tournant se compose d'une cuve cylindrique circulaire 10 ayant une série de cathodes 12 en titane métallique fixées à sa surface intérieure 14 et -une anode 16 placée centralement. Les cathodes et l'anode sont reliées électriquement à une extrémité de la cuve (non représentée) d'une 40 manière convenable. Les particules à revêtir sont placées dans la 1 18394 3 2090221 juve le façon à oseupr moin.3 de la moitié du vclirne de cette cuve et la solution d1 électrodéposition est ensuite versée dans la cuve pour la remi ?. ir aux ieux tiers environ de sa .capacité. Une soupape CGiiV-îiijible d*-fchar. ornent -~e pas, indiquée schématique??.:-nt en 18, e:;t pr'vue pour permettre 1* échappe.;-ent à l'atmosphère du gaz enpenira rendant 11électrolyse. Four le dépôt électrolytique, la cuve est rrise lentement en rotation et une tension est appliquée entre l'anode et les cathodes. On continue le dépôt jusqu'à ce que le revêtement de la particule ait atteint une épaisseur désirée qui est déterminée par prélèvement périodique d'échantillons des particules et analyse de ces échantil i ons. Cn décrira maintenant des exemples non limitatifs de l'invention» Sxerrr-le 1 Cet exemple illustre 1'électrodéposition de nickel sur un granulé de diamant BD. Cn a utilisé la solution d'électrodéposition suivante : sulfamate '3e nickel concentré 500 ml/l ITiCl . 6 Ho0 16,4 g/1 H,30_ " - 70 g/l 3ÏT.J (agent de soulagement des contraintes) 7,5 g/1 (éventuel) le concentré de sulfamate de nickel est une solution disponible commercialement contenant 900 g/l de sulfamate de nickel. (S2T.J est un produit de la société M & T Chemicals Corp., Bahway, "r T TT r* A ^ J. 4 • O • y \J m kj o JX • J • le chlorure de nickel, l'acide borique et SN^ ont été dissous séparément dans de l'eau chaude déminéralisée et on a ajouté au concentré de sulfamate. On a ensuite filtré le tout pour constituer la solution d'électrodéposition. la cuve de dépôt utilisée était celle décrite ci-dessus avec utilisation d'une anode de nickel de 63,5 x 25,4 mm. le t;H de la solution -i ' électrodéposition préparé était de 3 à 5, ce qui convenait pour des opérations de dépôt. On n'a pas trouvé nécessaire de régler le oH pendant le lépôt, car il est reste à 1'intérieur les limites ci-dessus. On a chauffé la solution à une température de 50° à 90° C avant de commencer le dépôt et la "'ensité de courant utilisée a été de 5 à 10 ampères pa-1 10C0 carats de diamant. La vitesse de -lénôt obtenue était de 3 à 5 f- du poids de diamant BAD ORIGINAL 71 18394 4 2090221 par heure. On a obtenu un revêtement brillant dense d'une densité supérieure à 8 g/cm , c'est-à-dire comprise entre 8,2 et 8,5 (la valeur théorique étant de 8,9). 5 Exemple 2 Cet exemple illustre 1'électrodéposition d'un alliage Fe-Ni sur un granulé de diamant ED. On a utilisé la solution d'électrodéposition suivante : Fe (0S02NH2)2 125 g/1 10 NH40S02NH2 20 g/1 ÏTi (0S02NH2)2 74 ml de concentré /l H3B03 30 g/1 NH4C1 15 g/1 Chacun des composants ci-dessus a été dissous dans le minimum 15 d1 eau démihéraliséeet on a ensuite combiné toutes les solutions, puis on a complété le volume. On a chauffé le tout à une température comprise entre 60° et 80° C. Le pH de la solution a été réglé à une valeur de 3 à 4 par utilisation d'acide sulfamique concentré et d'hydroxyde d'amonium 20 concentré. On a encore utilisé une cuve de dépôt comme décrit ci-dessus excepté que l'anode était une anode "nilo" de 76,2 x 25,4 mm*"Nilo" est un alliage Fe-Ni disponible commercialement ayant un rapport en Fe:Ni de 64-36. En outre, on a trouvé qu'il était nécessaire 25 d'engainer l'anode dans un tissu Teflon à maille fine pour empêcher des inclusions d'oxyde dans le revêtement. On a effectué le dépôt à une densité de courant de 7 à 10 ampères par 1000 carats de diamant. On a trouvé aussi qu'il est nécessaire de régler le pH de la solution de dépôt toutes les 30 demi-heures car la valeur de pH tendait à s'élever au-dessus de la valeur désirée. Avec l'utilisation du procédé décrit ci-dessus, on a obtenu des diamants revêtus d'un alliage contenant de 18 à 21 % de fer et de 82 à 79 f° de nickel. 35 Dans les deux exemples mentionnés ci-dessus, le granulé de diamant a été parfaitement nettoyé et muni, avant le dépôt électrolytique, d'une projection de nickel par le procédé non électrique décrit dans le brevet britannique 1 198 479. les propriétés améliorées des diamants revêtus préparés par le 40 procédé de l'invention sont illustrées par les exemples suivants. 1 18394 5 2090221 Un revêtement composite constitué par du nickel et du cuivre (chaque constituant représentant environ 50 ^ en poids du diamant) a 'té ai pli né au granulé de diarrant 23. Dans l'échantillon A, la couche de nickel du revêtement composite a été déposée par voie élpotroly tique sur la surface de dianant par le procédé de l'exemple 1 ci-dessus et dans l'échantillon B la couche de nickel a été appliquée sur le diamant au *»oyen d'un procédé non électrique utilisant l'hypophosphite comme agent réducteur, décrit dans le brevet britannique 1 1Ç6 479. Le revêtement extérieur de cuivre a été appliqué par un procédé électrolytique bien connu décrit dans "Electrop.latin.- Engineering Handbook" (Manuel de technique d'électrode;: osition) :ar A.Iv. 'îraham 1955, Hheinhold. Les échantillons G et D étaient des granulés de diamant RL ayant seulement un revêtement de nickel. Dans l'échantillon C, le revêtement a été appliqué au diamant par le procédé décrit dans l'exemple 1 ci-dessus et dans l'échantillon D le revêtement de nickel a été appliqué au diamant par le procédé de dépôt non électrique décrit dans le brevet britannique 1 192 479- Les rapports d'enlèvement de métal pour les meules contenant le granulé revêtu ont été mesurés et les résultats sont donnés au tableau I ci-dessous. Comme il est bien connu, le rapport d'enlèvement :1e métal °st le rapp ort du volume du métal enlevé de la pièce usinée au volume d'outil usé pendant l'opération de meulage. Plus le rapport d'enlèvement de métal est élevé et meilleur est le granulé revêtu. 71 18394 s 2090221 Tableau I Conditions normales de meulage à sec Bapnort d'enlèvement de métal 5 Avance radiale de 0.025 mm Echantillon A : 78,4 Echantillon B : 68 Avance radiale de 0.05 mm Echantillon A : 13,4 10 Echantillon B : 11,4 Conditions normales de meulage sous arrosage Echantillon A : 93 15 Echantillon B : 87 Conditions normales de meulage sous arrosage Avance radiale de 0.025 mm 20 Echantillon C : 99,0 Echantillon D : 89,7 Avance radiale de 0-05 mm Echantillon C : 38,2 25 Echantillon D : 30,1 Les résultats ci-dessus montrent clairement les propriétés améliorées, dans des conditions de meulage, de diamants revêtus par le procédé selon l'invention. Dans ces exemples comparatifs, on a utilisé des meules à 30 boisseau conique à agglomérant résinoîde' pour des corditions de meulage à sec et des meules travaillant sur leur périphérie à agglomérant résinoîde pour des conditions de meulage sous arrosage. Dans chaque cas, la concentration du diamant dans la matrice de la meule était de 100, c'est-à-dire de 72 carats par pouce cube (par 35 16,3p-7 cm3). 71 18394 7 2090221 H E V E O I C A ÎI 0 H S, 1. Procédé pour revêtir une particule abrasive d'un métal convenable selon lequel le métal est déposé par voie électrolytique sur la surface de la particule, caractérisé par le fait que la 5 solution d'électrodéposition contient des ions de sulfamate en une concentration convenable. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les ions de sulfamate sont prélevés du sulfamate du métal. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans 10 lequel la température de la solution d'électrodéposition est dans l'intervalle de 60° à 90° C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le métal est choisi dans le groupe du fer, du nickel, du cobalt, du chrome, du plomb et des alliages de ces métaux. 15 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le métal est le nickel. 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le métal est un alliage de fer et de nickel. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans 20 lequel la solution d'électrodéposition contient des ions de chlorure. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la particule abrasive est choisie dans le groupe du diamant, du nitrure de bore cubique, du carbure de silicium, du carbure de tungstène et les matériaux analogues. 25 9. Particule abrasive revêtue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Particule abrasive revêtue d'une couche de nickel d'une *7. densité supérieure à 8,0 g/cm. . 11. Particule abrasive selon la revendication 10, choisie dans 30 le groupe du diamant, du nitrure de bore cubique, du carbure de silicium, du carbure de tungstène et des matériaux analogues. 12. Outil abrasif contenant une particule abrasive selon l'une juelc>nque des revendications 9 à 11 sur sa surface abrasive.