Brevet FR2270992A1 — publié le 19751212

L'invention concerne un article abrasif diamanté, comme une roue de meule mais n'ayant pas nécessairement cette forme, et dans lequel les particules de diamant sont maintenues dans un corps résineux d'agglomération ou dars un liant ou matrice, De nombreuses formes d'articles de ce genre sont connues en pratique. On sait également inclure dans le liant un ou plusieurs métaux en poudre, en plus de la poudre abrasive ou des particules abrasives de diamant Des exemples de constructions ou modèles de e genre sont ceux décrits dans les brevets des Etats Unis d'Amérique N 2 243 105, N 3 283 448 et N0 3 547 609 et dans le brevet britannique NO 548 536. la présente invention comprend un article abrasif (com- me une roue de meule), dont la portion abrasive comporte un liant ou une gangue résineuse contenant des particules de diamant ou de la poudre de diamant comme ingrédient abrasif.Selon l'inven- tison, les particules de diamant comportent un revêtement métallique et la gangue ou le liant contient, en plus des particules de diamant à revêtement métallique, une quantité relativement importante de deux genres de métal en poudre, l'un étant un métal ayant un point de fusion relativement faible et l'autre étant un métal ayant un point de fusion relativement élevé, l'une au moins de ces poudres étant dtun genre capable de "mouiller" le revêtement de métal sur les particules de diamant.On trouve en pratique que cette combinaison de deux poudres métalliques différentes ayant un point de fusion élevé et un faible point de fu s ion, respectivement, avec les diamants à revêtement de métal, donne une liaison étonnemment tenace entre les particules de dia usant et l'agglomérant dans lequel ces Particules sont maintenues. l'invention se comprendra mieux à l'aide de la descrip tison suivante, faite en regard de la planche unique de figures annexées, où La figure 1 est une me de face d'une meule circulaire selon un mode préféré de réalisation de ltinvention La figure 2 est une coupe pratiquée selon un diamètre de cette meule. Le node préféré de réalisation de la présente invention est représenté par une meule ayant une partie centrale 11 analogue à un disque munie de l'orifice usuel 13,permettant de monter la meule ou la roue sur un arbre rotatif,et d'une couronne abrasive 15 autour de la périphérie de la. partie centrale ou du disque 11. Crest à la composition ou aux ingrédients de la portion abrasive 15 que la présente invention s'intéresse particulièrement.Cependant, une telle composition ne sert pas nécessairement sous la forme dtune couronne disposée sur une meule et il entre égalemert dans le cadre de l'invention dtutiliser la la nou- velle composition de la présente invention en d'autres fornes ou en d'autres endroits que sur la. couronne d1un disque central. Par exemple, on peut donner à la composition abrasive de la présente invention la forme de blocs rectangulaires à maintenir dans la main ou bien la forme de meules rotatives ou d'outils ayant d'autres formes.La roue ou meule représentée aux figures 1 et 2 ne doit donc être considérée que comme vn simple exemple d'une fore préférée de l'invention, et non comme sa seule forme possible0 La partie centrale 11 peut être élassique. ta caracté- ristique nouvelle de l'invention réside dans la composition utilisée pour la couronne 15 ou pour tout autre article abrasif pour lequel on peut utiliser une telle composition, Comme déjà indiqué brièvement ci-dessus, la composition est formée essentiel- lement d'un mélange de résine phérolique, d'une poudre métallique comportant deux genres différents de métaux, dont l'un possède un point de fusion relativement bas et l'autre un point de fusion relativement élevé, et des grains abrasifs sous forme drune poussière ou de particules de diamant, les éléments individuels de diamant ayant un revêtement métallique. On a déjà produit antérieurement des mélanges abrasifs contenant des poudres de métaux à point de fusion élevé et à faible point de fusion et contenant des particules de diamant (mais non pas des diamants à revêtement métallique) fixées dans un liant résineux, comme on le voit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 243 105 précité et dans le brevet britannique NO 548 536 précité. On sait également, d'après le brevet des Etats-Unis d'kmérique N 3 650 714, utiliser des particules de diamant à revêtement métallique pour produire des articles abrasifs, mais non en combinaison avec un liant résineux contenant des poudres de-métaux à point de fusion élevé et à faible point de fusion.La présente invention se fonde sur la dé ou verte des résultats bienfaisants surprenants et inattendus, que lron obtient en utilisant des particules de diamant à revêtement métallique plus une poudre de métal à point de fusion relative ment élevé et une poudre de métal à point de fusion relativement faible, le tout lié ensemble à l'aide drun liant ou agglomérant phénolique ou résineux, les résultats bienfaisants étant parti culièrement obtenus lorsque l'une au moins des poudres métalli- ques est une poudre de métal qui "mouillera" le métal dont les particules de diamant sont revêtues0 La poudre de métal à faible point de fusion se trouvant dans le mélange fixé et dans l'agglomérant doit être une poudre de métal ayant un point de fusion inférieur à 6600C et de préfé rence inférieur à 250 C. tes métaux suivants conviennent aux fins dè la pressente invention, et l'on en indique le point approxima tif de fusion en degrés centigrades :aluminium, 6590; magnésium, 6510 ; antimoine, 6300 ; zinc, 4190 ; plomb, 327 ; cadmium, 3210 ; bismuth, 2710 ; étain, 232 ; et indium, 156 . Parmi ces métaux, on préfère l'étain. De même, on peut utiliser, au lieu des métaux purs, des alliages ayant des points de fusion se si tuant-dans cet intervalle. -Le métal à point de fusion élevé est de préférence un métal ayant un point de fusion supérieur à 950 C. Parmi les mé- taux qui conviennent aux fins de la présente invention, il y a les métaux suivants dont on indique ici le point approximatif de fusion -: argent, 9610 ; cuivre, 10830 ; nickel, 14550 ; cobalt, 1495 ; fer,15350 ; chrome, 18900 ; et tungstène, 33700. On peut également utiliser des alliages ayant des points de fusion se si tuant dans cet intervalle. Le choix du métal (ou de l'alliage) à utiliser dépendra en partie du fait que le métal (ou l'alliage) sera facilement "mouillé" par le métal ou par l'alliage à faible point de fusion. Le revêtement métallique disposé sur les parti cules de diamant doit également être mouillé par le métal ou par l'alliage à faible point de fusion Par conséquent, le choix de la poudre ou de l'alliage de métal à faible point de fusion dépend en partie de la nature du métal que l'on utilise pour revêtir les particules de diamant. Plusieurs métaux sont disponibles pour re vêtir les particules de diamant. Cependant, ces particules sont habituellement revêtus par du cuivre ou par du nickel.On préfère un revêtement de cuivre sur les particules de diamant et, si on utilise un tel revetement, le cuivre constitue également le matériau préféré comme poudre à point de fusion élevé constituant un ingrédient de 11 agglomérant, puisque n'importe quel métal ou alliage qui mouillera le revêtement en cuivre disposé sur les diamants mouillera également le cuivre servant d'ingrédient à point de fusion élevé. De même, si les particules de diamant sont revêtues de nickel, le nickel constituera un bon matériau à utiliser comme poudre à point de fusion élevé faisant partie de la composition de la gangue ou de l'agglomérant. te revêtement métallique peut autre appliqué aux particules de diamant-par des techniques connues. Par exemple, le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique N 3 650 714 décrit des procédés pour revetir des partieln'es de diamant à l'aide de divers métaux, et notamment dee revêtements en cuivre, en nickel ou en fer. Cependant, on connaît et l'on peut utiliser d'autres techniques pour appliquer des revêtements métalliques sur les particules de diamant. En outre, des particules de diamant à revêtement métallique sont disponibles sur le marché public.Par exemple la General Electric Company fournit des diamants revêtus de cuivre sous la désignation "RVG-D" et des diamants revêtus de nickel sous la désignation "RVG-W". L'épaisseur du revêtement métallique sur les particules de diamant peut varier considérablement. On a obtenu d'excellents résultats, aux fins de la présente invention, en utilisant des diamants revêtus de cuivre et dans lesquels le poids du diamant représente environ 50 % et le poids du revêtement représente environ 50 % du poids total de la particule de diamant plus son revêtement. Pour des particules de diamant revêtues de nickel, on préfère utiliser un revêtement ayant une épaisseur telle que le poids du diamant représente environ 45 % et le poids du revêtement environ 55 % du poids total des diamants revêtus. Des diamants peuvent également être revêtus de nickel de cette façon. On nettoie soigneusement une certaine quantité de particules ou de poudre de diamant par ébullition dans de l'acide sulfurique auquel on a ajouté une solution de bichromate de potassiums Après enlèvement de ce bain de nettoyage, on lave les diamants à l'eau distillée puis on les place dans un bain composé de 15 g de sulfate de nickel 14 b d @ 'hypophosphite de sodium et 13 g d'acétate de sodium, en dissolution dans 100 cm3 d'eau distillée, en maintenant ce bain à ure température comprise entre environ 87 C et 99 C dans un bécher en "Pyrex".On agite périodiquement les diamants se trouvant dans le bainO Lorsqu'un revêtement suffisant ae nickel s'est déposé sur les diamants, on les retire du bain, on les lave et les sèche. On a mis au point et l'on connaît en pratique des bains similaires pour appliquer un revêtement en cuivre plutôt qu'un revêtement de nickel sur les particules de diamant. Cependant, on préfère habituellement obtenir les diamants déjà revêtus en s'adressant à un fournisseur d'articles de ce genre. On peut utiliser les distants revêtus selon l'exemple particulier suivant pour produire un article abrasif selon la présente invention. Exemple Un mélange à agglomérer est constitué de poudre de cuivre, de poudre d'étain et d'un liant résineux phénolique selon les proportions de 8,41 g de poudre de cuivre (43,5 % en poids), 8,41 g de poudre d'étain (43,5 %), et 2,63 g de liant résineux phénolique (13,5 %) ta poudre de cuivre provient de chez Alcan Metal Powders sous leur désignation de "M.D. 301". La poudre d'étain provient également de chez Alcan Metal Powders. Le liant phénolique provient de chez Union Carbide Corporation, sous leur désignation de liant phénolique "BAKELITE" N BRP-5980. @ A A ce mélange à agglomérer, qui pèse 19,45 , on ajoute 8,12 g de poudre de diamant à revêtement de cuivre, obtenue chez General Electric Company sous leur désignation de poudre de dia mant à revêtement de cuivre "RVG-D". On répartit de façon approxi- mativement uniforme les diamants dans le mélange à agglomérer. On moule le mélange, comportant les diamants, autour ae la couronne d'une partie centrale ou d'wl disque d'une composition phénolique à mouler,qui a été auparavant partiellement durcie et qui est prévue pour un support ou pour des flasques en aluminium. Cette composition provient de chez Plastics Engineering Company sous leur désignation de composition à mouler "Plenco" 201. On effectue le moulage sensible@ent c@@@e décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 073 590, en utilisant une température de moulage d'environ i 770C durant une der i-heure à une pression d'environ 280 bars.On retire ensuite la pièce du moule et on la fait encore durcir en la chauffant jusqu'à 1770C environ dans un four durant 4 heures pour @ achever le durcissement de la résine constituant le liant. ta meule finale est une roue de 15 cm de diamètre, de 1,58 mm d'épaisseur, ayant la fournie représentée aux figures 1 et 2 du dessin annexé, ce qui constitue la forme désignée par 1A1 dans la norme des Etats-Unis d'Amérique N0 B 74.31966 "USA standard specifications for hapas ana sizes of diamond grinding wheels" (Norme des Etats-Unis d'Amérique your les formes et dimensions des meules diamantées). Une fois le durcissement achevé, on polit la meule, on en rectifie les côtés, on usine à la dimension voulue l'orifice central permettant le passage de l'arbre et l'on en rectifIe la face. On utilise ensuite la meule pour meuler à la main les rainures d'outils de coupe en carbure de tungstène cémenté. On observe que l'opération de coupe est exceptionnellement bonne et que le pièce rectifiée reste plus froide que lorsque l'on effectue le meulage de rectification avec des meules compétitives ne contenant que des charges métalliques à point de fusion élevé0 tes raisons scientifiques exactes expliquant pourquoi cette meule donne des résultats supérieurs ne sont pas entièrement connues.On pense, cependant, que ltutilisation de la poudre métallique à faible point de fusion en combinaison avec la poudre métallique à point de fusion élevé fournit une matière qui fondra et deviendra fluide sous l'influence de la chaleur engendrée au cours du contact à grande pression entre la meule et la pièce à usiner, le métal fluide provenant de la fusion de la poudre servant de lubrifiant pour le mouvement de la meule par rapport à la pièce et servant également de conducteur de chaleur pour convoyer la chaleur loin du point de contact. Cette explication possible du fonctionnement semble confirmée par l'ob- servation qu'une fie matière s'est détachée de la meule en une certaine période de temps et s'est rassemblée sur le verre de la loupe servant à observer la pièce usinée. Un examen de cette rnatière indique qu'il s'agit d'une fire pellicule d'oxyde stanneux. A mesure que les essais de la rcue ont progressé, il est devenu apparent que plusieurs choses se produisent dans le liant de la meule. Puisque l'on maintient à la main la pièce à usiner et qu'il nty a pas de dispositifs porte-objet, il est difficile utiliser constamment la m8De pression de la pièce contre la meule. Il en résulte que la meule est fortement chargée -de temps 2. autre au cours de l'opération de coupe, et qutune usu re sérieuse de la meule se produit pendant les moments de grande chargé ou de forte pression de le pièce contre la meule.Une quan tité importante de chaleur est engendrée à ces moments de surchar- ge et, à moins de faire quelque chose pour diminuer ce problème de chauffage, la meule brûlera et se vitrifiera ou se lustrer, ce qui provoque une usure excessive de la meule et ce qui endom mage la pièce travaillée. Il est devenu de pratique courante dans l'industrie utiliser des meules abrasives diamantées ayant une teneur rela tivement faible en résine et présentant de grandes quantités de poudres métalliques,comme de la-poudre de cuivre,devant servir à l'évacuation de la chaleur pour contribuer à résoudre ce problé me de surchauffe. Dans la meule diamantée de la présente inven tion, formulée comme décrit ci-dessus, il semble y avoir présen ce de plusieurs facteurs destinés à produire de meilleurs résul tats.Le premier et te plus important est qu'en raison de la combinaison de la poudre d'étain avec la poudre de cuivre et avec les particules de diamant revêtues de cuivre, dès qu'une surchauffe se produit les fines particules d'étain dans le liant d'agglomération fondent et mouillent bien le revêtement métalli que se trouvant sur les particules ou grains de diamant ainsi que le squelette de poudre de cuivre métal se trouvant dans la masse de résine organique, Cela allie immédiatement ensemble le grain de diamant revêtu et le squelette de poudre de cuivre à point élevé de fusion en augmentant le pouvoir de maintien en place des particules de diamant et en compensant toute perte éven tuelle de solidité provoquée par une dégradation du liant de ré sine phénolique organique. Sinultanément, une faible quantité d'étain fin fond et s'écoule de la meule en la refroidissant par l'effet de la chaleur latente de fusion de l'étain. te résultat net est une meule froide, qui effectue librement son travail de rectification ou d'affûtage, qui dure longtemps et ne présente aucune tendance à brûler ou à endommager autrement la pièce que l'on travaille sur cet-te meule. Il semble donc important d'utiliser, comme poudre métallique à faible point de fusion, un métal qui, lorsqu1ll est fondu ou fluide, "mouillera" le revêtement métallique situé sur les particules de diamant et mouillera aussi la poudre métallique à point de fusion élevé.Car, ainsi, le métal à faible point de fusion, qui est fondu ou devient fluide au cours des intervalles intermittents de contact sous forte pression avec la pièce à usiner, produira avec le revêtement métallique situé sur le diamant et avec la clergie métallique à point de fusion élevé un alliage qui maintiendra très fermement en place les particules de diamant pendant les intervalles intermittents au cours desquels on applique moins de pression entre la meule et la pièce à usiner et où il y a moins de chaleur engendrée, ce qui permet à l'ingrédient métallique à bas point de fusion de quitter sa fonte tenjporairemsent fluide pour se solidifier. Une meule de ce type est destinée principalement à un travail de rectification ou de coupe à sec, mais elle fonctiorme- ra également bien lorsqu'on lui applique un agent de refroidisse- ment, en raison de la présence de la résine basique de liaison qui en maintient les éléments ensemble, Il n'est pas nécessaire d'utiliser des métaux purs pour constituer la poudre à faible point de fusion ou pour constituer la poudre à point élevé de fusion. L'une ou l'autre de ces poudres, ou les deux,peut ou peuvent être formées d'alliages.De même, dans l'une ou l'autre catégorie (faible point de fusion ou point élevé de fusion), on peut utiliser plus d'un genre de métal. Par exemple, la charge métallique à faible point de fusion peut être constituée par un mélange de poudres comportant 2 ou plusieurs quelconques des métaux précités comme convenant dans cette. catégorie, comme un mélange de poudre d'étain et de poudre de zinc, ou bien un mélange de poudre de bismuth et de poudre de plomb, ou bien un mélange de l'ensemble des quatre poudres que l'on vient juste de mentionner. De façon semblable, l'irtgrédient à point élevé de fusion peut être un mélange de 2 ou plusieurs quelconques des poudres des métaux mentionnés ci-dessus comme convenant comme ingrédients à point élevé de fusion, comme un mélange de poudre de cuivre et de poudre de nickel, ou bien un mélange de poudre d'argent et de poudre de cobalt, etc. Il convient de mentionner que les pa-rticules de dia- mant pe@vent être d'origine synthétique ou artificielle,aussi bien que des diamants naturels. REVENDICATIONS 1. Article abrasif caractérisé en ce qu'il comporte une portion entrant au contact de la pièce à travailler et qui comprend des particules de diamant,ayant chacun un revêtement métallique et qui sont enfouies ou enchassées dans une gangue agglomérante comportant un liant résineux, une certaine quantité de poudre de métal à point de fusion relativement bas et une certaine quantité de poudre de métal à point de fusion relativement élevé 2.Article selon la revendication 1, caractérisé en ce que 12 quantité de poudre de métal à point de fusion relativement tas représente en poids plus du double de la quantité de liant dans la gangue dtagglomératlon. 3. Article selon la revendication 1 caractérisé en ce que la quantité de poudre de métal à point de fusion reJativement élevé représente en poids plus du double de la quantité de liant de la gangue d'agglomération. 4. Article selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une proportion importante de la poudre de métal à point relativement faible de fusion possède un point de fusion inférieur é 660 . 5. Article selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au oins une proportion importante de la poudre de métal à point de fusion relativement faible est une poudre d'au moins un métal choisi dans l'ensemble constitué par l'aluminium, le magnésium, l'antimoine, le zinc, le plomb, le cadmium, le bismuth, 11 étain et l'indium. 6. Article selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'an moins une proportion importante de la poudre de métal à point relativement élevé de fusion possède un point de fusion supérieur à 950 C. 7. Article selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une proportion importante de la poudre de métal à point relativement élevé de fusion est constituée par au moins un métal choisi dans l'ensemble formé par l'argent, le cuivre, le nickel, le cobalt, le fer, le chrome et le tungstène. 8. Article selon la revendication i, caractérisé en ce que Je revêtement métallique situé sur les particules de diamant est un revêtement en un métal choisi dans l'ensemble constitué par le cuivre et le nickel. 9. Article selon la revendication I, caractérisé en ce que le revêtement métallique sur les particules --de diamant est un revêtement constitué de Irun des mêmes métaux dont la poudre est incorporée dans la gangue d'agglomération. 10. article selon la revendication i, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une meule ou roue ayant une partie centrale analogue à un disque et formée d'une composition phénolique de moulage, la gangue d'agglomération étant formée comme une couronne à la périphérie de cette partie phénolique centrale