DE2323122A1

DE2323122A1 - METAL-BOND CHIPPING DIAMOND TOOL

Info

Publication number: DE2323122A1
Application number: DE2323122A
Authority: DE
Inventors: Harold Paul Bovenkerk
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-05-10
Filing date: 1973-05-08
Publication date: 1973-12-20
Also published as: IT984210B; JPS5617168Y2; JPS4949286A; NL7304638A; GB1421823A; JPS5585262U; FR2184049B1; IE37472L; IE37472B1; BE797667A; CH561107A5; FR2184049A1; ZA731960B; SE394609B

Description

"MetallgebundeneSj spanabhebendes Diamantwerkzeug""Metal-bonded Sj Diamond Cutting Tool"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein spanabhebendes Diamantwerkzeug, bei dem die die spanabhebende Fläche bildenden spanabhebenden Diamantteilchen mit einer Beschichtung versehen sind, die die Teilchen gegen den Angriff durch die Metallgrundmasse schützt, in der die Teilchen eingebettet sind» Der Schutz der spanabhebenden Teilchen wird dadurch erzielt, dass sie einzeln mit einem Metall beschichtet werden, in dem Kohlenstoff sich nicht löst und das nicht mit Kohlenstoff zur Bildung eines Karbids reagiert» Ein weiteres Erfordernis besteht darin, dass die Metall beschichtung eine gewisse Löslichkeit in dem Grundmetall haben muss, so dass eine Bindung zwischen dem Kupfer und den anderen Beschichtungsmetallen einerseits urvi dem Grund-The present invention relates generally to a diamond cutting tool in which the cutting diamond particles forming the cutting surface are provided with a coating which protects the particles from attack by the metal matrix in which the particles are embedded achieved by individually coating them with a metal in which carbon does not dissolve and which does not react with carbon to form a carbide »Another requirement is that the metal coating must have a certain solubility in the base metal, so that a bond between the copper and the other coating metals on the one hand urvi the basic

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Patentanwälte Dipl.-lng. Martin Lieht, Dipl.-Wirfsch.-Ing. Axel Hansmänrt, Dipl.-Phys. Sebastian HerrmannPatent attorneys Dipl.-lng. Martin Lieht, Dipl.-Wirfsch.-Ing. Axel Hansmänrt, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

metall andrerseits erzielt wird, Kupfer, Gold und Silber Beispiele für die Metalle, die bei der* praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung 2ufriedensteil ende Ergebnisse liefern,metal is achieved on the other hand, copper, gold and silver Examples of the metals used in the * practical implementation of the present invention 2 provide satisfactory results,

Fig. 1 ist eine schematisehe Ansieht eines Sägeblattes^ das erfindungsgemäss hergestellt worden ist.Fig. 1 is a schematic view of a saw blade ^ according to the invention has been made.

Fig· S ist eine vergrösserte Querschnittsansicht eines Teils des Umfangs des in Fig» 1 gezeigten Sägeblattes. „Fig. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the Circumference of the saw blade shown in Fig. 1. "

Die Bearbeitung eines Sägeblatteegmentes gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst zunächst die Beschichtung der spanabhebenden Diamantteilchen mit einer individuellen, durchgehenden und einheitlichen Schicht aus Kupfer, ©old oder Silber durch ein bekanntes galvanisches oder chemisches Beschichtungsverfahren, Der beschichtete Diamant wird dann in Vakuum bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise 500 bis SOO⁰O, behandelt, um jeglichen Wasserstoff zu entfernen, der während des Besehichtungsverfahrens in der Metallschicht eingeschlossen sein kann. Die beschichteten Diamantfceilchen werden dann mit einer Legierung für den Metallgrundkörper vermischt, und sodann wird das Sinterverfahren durchgeführt, Die Metall beschichtung auf den Diamantteilchen diffundiert während des Sinterns teilweise in den Metallgrundkörper und wird Teil der Grundkörperlegierung« Während des Sinterns schütet das Kupfer, Gold oder Silber den Diamanten vor dem ehemischen Angriff durch die Metalle des Metallgrundkörpers, und schiiesst Sauerstoff, der als Katalysator für diesen chemischen . Angriff wirkt, von der Diamantoberftäehe aus, .-■-"■■The processing of a saw blade segment according to the present invention initially comprises the coating of the cutting diamond particles with an individual, continuous and uniform layer of copper, old or silver by a known galvanic or chemical coating process. The coated diamond is then applied in a vacuum at elevated temperatures, for example 500 to SOO ⁰ O, treated to remove any hydrogen that may be trapped in the metal layer during the coating process. The coated diamond particles are then mixed with an alloy for the metal base body, and the sintering process is then carried out.The metal coating on the diamond particles diffuses partially into the metal base body during sintering and becomes part of the base body alloy. During sintering, the copper, gold or silver pours out the diamond from the former attack by the metals of the metal body, and shoots oxygen, which acts as a catalyst for this chemical. Attack works from the diamond surface - ■ - "■■

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Es ist wünschenswert, dass die Metall beschichtung auf dem Diamanten nur so dick ist, dass sie den Diamanten während des Sinterns schützt. Übermässig viel Metall kann dazu neigen, die physikalischen Eigenschaften des Grundkörper metall s herabzusetzen, und sollte nicht nennenswert über die Löslichkeit der Beschichtung in dem Grundkörpermetall hinausgehen.It is desirable to have the metal coating on the diamond is only thick enough to protect the diamond during sintering. Excessive amounts of metal can tend to affect the physical properties of the base metal s, and should not be significant about the solubility of the coating in the base metal go out.

Typische spangebende Werkzeuge der von der vorliegenden Erfindung umfassten Art enthalten selten mehr als 25 Volumenprozent Diamant. Wenn das Grundkörpermetall des Werkzeuges beispielsweise 35 % Kobalt und 65 % Wolframkarbid enthält, sollte der Kupfergehalt der Legierung, der von dem mit Kupfer beschichteten Diamanten hinzugefügt wird, auf eine Menge begrenzt werden, die nicht wesentlich grosser ist, als 12 % Kupfer des Kobaltgehalts, da die. Lösung von 12 %, Kupfer in Kobalt nicht wesentlich die Löslichkeit von Wolframkarbid in Kobalt herabsetzt. Bei mehr als 12 % Kupfer in Kobalt ergibt sich ein zweiphasiges Kupfer-Kobalt-System, das die Festigkeit des Grundkörpers beeinträchtigen kann. Wenn anstelle des Kupfers Gold verwendet wird, sollte das Verhältnis von Gold zu Kobalt nicht wesentlich die 6 %ige Löslichkeit von Gold in Kobalt übersteigen. Ähnliche Berechnungen könnten für Grundkörperzusammensetzungen angestellt werden, die sich von der oben genannten unterscheiden.Typical cutting tools of the type encompassed by the present invention rarely contain more than 25 volume percent diamond. For example, if the tool body metal contains 35% cobalt and 65% tungsten carbide, the copper content should be the Alloy added by the copper clad diamond can be limited to an amount that is not significantly greater is than 12% copper of the cobalt content since the. Solution of 12%, copper in cobalt does not significantly reduce the solubility of tungsten carbide in cobalt. If there is more than 12% copper in cobalt, the result is a two-phase one Copper-cobalt system that increases the strength of the base body can affect. If gold is used instead of copper, the ratio of gold to cobalt should not be substantially the 6% Exceed solubility of gold in cobalt. Similar calculations could be made for primitive compositions that differ from the above.

Der Grossen bereich von 5 bis 20u ist zweckmässig. Die angegebenen Dicken sind Durchschnittswerte, da die Beschichtungsdicke auf einem einzelnen Teilchen von Punkt zu Punkt verschieden sein kann. Die Teilchenbeschichtung kann ebenso eine Legierung wie ein reines Metall sein. Legierungen bringen jedoch keine besonderen Vorteile, und normalerweise ist es teurer, sie anzubringen.The large range from 5 to 20 u is appropriate. The thicknesses given are average values as the coating thickness on a single particle can vary from point to point. The particle coating can be an alloy as well as a pure metal. However, alloys have no particular advantages and are usually more expensive to apply.

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Ein Hinweis auf die Schutzwirkung, die die Beschichtung mit einem Metall ergibt, das gegenüber Diamant nicht reagiert, kann dadurch erhalten werden, dass Proben von Sägendiamant mit einem derartigen Metall beschichtet werden und die beschichteten Proben einer Behandlung in Luft und bei erhöhten Temperaturen unterworfen werden. Eine entsprechende Wärmebehandlung wird bei Proben durchgeführt, die mit Metallen beschichtet sind, die gegenüber Diamant stark reagieren, und die erhaltenen Ergebnisse werden verglichen. Die nachstehende Tabelle 1 stellt wärmebehandelte, mit Kupfer beschichtete Diamanten wärmebehandelten, mit Nickel und mit Chrom beschichteten Diamanten und ferner unbeschichteten Diamanten gegenüber:An indication of the protective effect that the coating with a Metal which does not react to diamond can be obtained by taking samples of saw diamond with such a Metal are coated and the coated samples are subjected to treatment in air and at elevated temperatures. Appropriate heat treatment is carried out on samples that are coated with metals that react strongly to diamond, and the results obtained are compared. Table 1 below presents heat treated copper clad Heat-treated, nickel-plated and chrome-plated diamonds Diamonds and also uncoated diamonds compared to:

TABLE 1 Example base body coating temperature time appearance of

KristalleCrystals

1 A unbeschichtet 1000 C 8 min starke Ober-1 A uncoated 1000 C 8 min strong upper

flächen-Graphitisierung surface graphitization

kupferbe- 1000 C 8 min sauber - keinecopper-colored 1000 C 8 min clean - none

schichtet Angriffsanzeichenlayers signs of attack

ο unbeschichtet 1100 C 5 min massige Ober-ο uncoated 1100 C 5 min massive upper

flächen-Graphitisierung surface graphitization

kupfer beschichtet copper coated

1100 C 5 min geringfügig graphitisiert1100 C 5 min slightly graphitized

unbeschichtet 1260 C 5 min massigeuncoated 1260 C 5 min massive

GraphitisierungGraphitization

kupferbeschichtet copper-coated

1260 C 5 min geringfügig graphitisiert1260 C 5 min slightly graphitized

nickel beschichtet nickel plated

1260 C 5 min stark graphitisiert 30985 1/07 761260 C heavily graphitized for 5 min 30985 1/07 76

88th CC. chrombe
schichtetchrombe
layers gG GG unbeschichtetuncoated 1010 CC. kupferbe
schichtetcopperbe
layers 1111 CC. nickel be
schichtetnickel be
layers

1260 C 5 min stark graphitisiert1260 C heavily graphitized for 5 min

1260°C 18 min massige1260 ° C 18 min massive

GraphitisierungGraphitization

1260 C 18 min massige1260 C 18 min massive

GraphitisierungGraphitization

1260°C 18 min stark graphitisiert1260 ° C heavily graphitized for 18 min

In den Beispielen 1 und 2 bestand der Metallgrundkörper aus Nickel-Eisen-Bronze-Wolframkarbid (A). In den Beispielen 3 und 4 bestand der Metallgrundkörper aus Stahl und Wolframkarbid (B). In den Beispielen 5 bis 11 bestand der Metallgrundkörper aus Kobalt-Wolframkarbid (C).In Examples 1 and 2, the metal base body consisted of nickel-iron-bronze-tungsten carbide (A). In Examples 3 and 4, the metal base consisted of steel and tungsten carbide (B). In Examples 5-11 the metal base consisted of cobalt-tungsten carbide (C).

Die Kupferbeschichtung bei den Beispielen 2, 4, 6 und 10 bestand aus einer Kupferschicht mit einer Dicke von etwa 14 bis 18 u, die ohne Anwendung von Elektrizität aufgetragen wurde. Die mit Kupfer beschichteten Kristalle wurden eine Stunde lang in Vakuum bei 850 C behandelt, um die Beschichtung zu entgasen. Die mit Nickel beschichteten Kristalle wurden ebenfalls ohne Anwendung von Elektrizität zu einer Beschichtungsdicke von 14 bis 18yU beschichtet. Die mit Chrom beschichteten Kristalle wurden durch Zerstäubung zu einer Beschichtungsdicke von etwa 1 u beschichtet.The copper coating in Examples 2, 4, 6 and 10 consisted of a copper layer with a thickness of about 14 to 18 microns, which is without application applied by electricity. The copper-coated crystals were treated in vacuum at 850 C for one hour, to degas the coating. The crystals coated with nickel also became a coating thickness without the application of electricity coated from 14 to 18yU. The crystals coated with chrome were sputter coated to a coating thickness of about 1µ.

Es ist interessant darauf hinzuweisen, dass bei den Beispielen 4, 6 und 10 die Behandlungstemperaturen wesentlich über der Schmelztemperatur von Kupfer lagen, die 1083 C beträgt. Eisen, Nickel und Chrom bilden mit Kohlenstoff sofort Karbide. Tabelle 1 zeigt deutlich die nachteiligen Wirkungen, die diese Metalle bei erhöhten Temperaturen auf Diamant haben.It is interesting to note that in Examples 4, 6 and 10 the treatment temperatures significantly above the melting temperature of copper, which is 1083 C. Form iron, nickel and chromium with carbon immediately carbides. Table 1 clearly shows the disadvantageous ones Effects these metals have on diamond at elevated temperatures.

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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Sägeblatt weist ein kreisförmiges Stahlgründteil 10 Umfangseinschnitte auf, die es in mehrere Umfangssegmente 11 unterteilen. Der Umfang jedes Segments 11 besteht aus einem Grundkörper 12, der als die Schneidfläche der Säge dient. Der Grundkörper 12 besteht aus sehr harten Stoffen, wie zum Beispiel Kobalt-Wolframkarbid. Das in Fig. 1 gezeigte Stahlgrundteil 10 ist mit einer Mittelachse oder -öffnung 15 versehen, die es ermöglicht, die Säge auf einer drehbaren Welle anzubringen.The saw blade shown in Fig. 1 has a circular steel base 10 circumferential incisions that split it into several circumferential segments 11 subdivide. The scope of each segment 11 consists of a body 12 which serves as the cutting surface of the saw. The base body 12 consists of very hard materials, such as, for example Cobalt tungsten carbide. The steel base part 10 shown in Fig. 1 is provided with a central axis or opening 15, which makes it possible to mount the saw on a rotatable shaft.

In dem in Fig. 2 gezeigten vergrösserten Querschnitt des Teils des Grundkörpers 12 sind eine Reihe von Sägediamanten 13 mit einer Kupferbeschichtung 14 eingebettet. Es ist wünschenswert, dass die Konzentration der Diamantteilchen 13 in dem gesamten Grundkörper 12 gleichmässig ist. Jedes Teilchen 13 ist einzeln mit einer Schicht 14 beschichtet, die die Wirkung hat, die Teilchen zu vergrössern und die Erzielung gleicher Abstände von spangebenden Teilchen zu vereinfachen.In the enlarged cross-section of part of the shown in FIG Base body 12 are a number of saw diamonds 13 with a Copper coating 14 embedded. It is desirable that the The concentration of the diamond particles 13 in the entire base body 12 is uniform. Each particle 13 is individual with a layer 14 coated, which has the effect of increasing the size of the particles and achieving equal distances between the cutting particles simplify.

Zur Demonstration der vorliegenden Erfindung wurden eine Anzahl von Sägeblättern mit einem Durchmesser von 457,2 mm und einem Wellenlochdurchmesser von 42,9 mm hergestellt und geprüft. Die erfindungsgemäss hergestellte Beschichtung 14 der Sägeblätter bestand aus Diamantteilchen mit einer Teüchengrösse, die durch ein Sieb mit einer Maschendichte von 35 Maschen je 25,4 mm hindurchgeht, und die mit einer Kupferschicht von etwa 10 bis 15.u Dicke beschichtet war. Die Diamantkonzentration in dem Grundkörper 12 betrug 6,30 Volumenprozent. Diese Sägeblätter wurden im Vergleich mit Sägeblättern geprüft, die mit Ausnahme der Kupferbeschichtung 14 auf den Diamantteilchen 13 genau gleich ausgebildet war. Alle Sägeblätter wurden durch Schnittversuche an Cold Spring Green GranitTo demonstrate the present invention, a number of saw blades with a diameter of 457.2 mm and one Shaft hole diameter of 42.9 mm manufactured and tested. The coating 14 of the saw blades produced according to the invention existed from diamond particles with a particle size that passes through a sieve with a mesh density of 35 meshes per 25.4 mm, and coated with a copper layer of about 10 to 15.u thick was. The diamond concentration in the base body 12 was 6.30 percent by volume. These saw blades were tested in comparison with saw blades with the exception of the copper coating 14 was formed exactly the same on the diamond particles 13. All Saw blades were made by cutting tests on Cold Spring Green granite

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geprüft. In allen Fällen betrug die Oberflächengeschwindigkeit der Sägeblätter 2890 m/min, und die Vorschubgeschwindigkeit in das Material betrug 3048 mm/min. Die Sägeblätter wurden bei einem Tiefenvorschub von 6,35 mm pro Schnitt, 12,7 mm pro Schnitt und 19,05 mm pro Schnitt geprüft. Die Kühlflüssigkeitsmenge betrug 227 I Wasser pro Minute. Der Tiefenvorschub von 6,35 mm führtechecked. In all cases the superficial velocity was Saw blades 2890 m / min, and the feed speed into the material was 3048 mm / min. The saw blades were at a Depth feed of 6.35 mm per cut, 12.7 mm per cut and 19.05 mm per cut checked. The amount of coolant was 227 liters of water per minute. The depth feed of 6.35 mm led

2 zu einer Material entfernung von 193,50 cm /mini der Tiefenvar-2 to a material distance of 193.50 cm / mini of the depth var-

2 schub von 12,7 mm führte zu einer Material entfernung von 387,0 cm / min, und der Tiefenvorschub von 19,05 mm führte zu einer Material -2 push of 12.7 mm resulted in a material removal of 387.0 cm / min, and the depth feed of 19.05 mm resulted in a material -

2
entfernung von 580,5 cm /min.2
distance of 580.5 cm / min.

In der nachfolgenden Tabelle 2 ist der Sägeblattverschleiss jeweilsThe following table 2 shows the saw blade wear in each case

in 6,45 cm entfernten Materials pro 0,025 mm Abnutzung des Sägeblatts ausgedrückt:in 6.45 cm of material removed per 0.025 mm of wear on the saw blade expressed:

Diamant-Diamond- TABELLETABEL 22 SägeblattSaw blade Ver besseru ngImprovement Beispielexample zustandState Tiefenvorschu bDepth feed b leistungpower mit Kupferbe-with copper Nr.No. schichtung in %stratification in% unbeschi chtetunspoiled 658658 1212th beschichtetcoated 2
193,5 cm /min2
193.5 cm / min ; 887 ·; 887 3434 1313th unbeschichtetuncoated 2
193,5 cm /min2
193.5 cm / min 549549 1414th beschichtetcoated 2
387,0 cm /min2
387.0 cm / min 773773 4040 1515th unbeschichtetuncoated 2
387,0 cm /min2
387.0 cm / min 730730 1616 beschichtetcoated 2 .
580,5 cm /min2.
580.5 cm / min 931931 2727 1717th 2
580.5 cm /min2
580.5 cm / min

Während des Sägens scheinen die Sägeblätter der Beispiele 12 bis 17 etwa die gleiche Schneidefreiheit bei allen drei Schneidegeschwindigkeiten zu haben. Keine deutlich unterscheidbaren Unterschiede derDuring the sawing, the saw blades of Examples 12 to 17 shine to have roughly the same cutting freedom at all three cutting speeds. No clearly distinguishable differences between the

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Lärmpegel wurden zwischen den einzelnen Sägeblättern dieser Beispiele festgestellt. Bei den höheren Schneidgeschwindigkeiten standen die Diamantteilchen etwas weiter aus dem Stoff des Grundkörpers hervor. Nach dem Schneiden mit den Sägeblättern bei der Geschwin-Noise levels were observed between the individual saw blades of these examples established. At the higher cutting speeds, the diamond particles stood a little further out of the material of the base body emerged. After cutting with the saw blades at the speed

2
digkeit von 580,50 cm /min schienen die Diamantkristalle schärfer zu sein, als sie nach dem Schneiden. mit den Geschwindigkeiten von2
At a speed of 580.50 cm / min, the diamond crystals appeared to be sharper than they were after cutting. at the speeds of

193,5 oder 387,0 cm /min waren. Dies zeigt die verbesserte Sägeblattleistung bei der höchsten Schneidgeschwindigkeit.Were 193.5 or 387.0 cm / min. This shows the improved saw blade performance at the highest cutting speed.

Während Kupfer der bevorzugte Stoff für die Beschichtung 14 ist, ist bereits erwähnt worden, dass Gold und Silber ebenfalls als Beschichtungsstoff zufriedenstellende Ergebnisse erbringen. Es ist ferner festgestellt worden, dass das verwendete Beschichtungsmetall ein Metall sein sollte, in dem sich Kohlenstoff nicht löst und das nicht ein Karbid bildet. Ein Metall, in dem Kohlenstoff sehr geringfügig löslich ist, erbringt ebenfalls zufriedenstellende Ergebnisse. Beispielsweise ist Kohlenstoff sehr geringfügig in Silber löslich. Der Löslichkeitsgrad des Kohlenstoffes in Silber ist jedoch so gering, dass Silber als Beschichtung 14 durchaus verwendbar ist.While copper is the preferred material for coating 14, is It has already been mentioned that gold and silver also produce satisfactory results as coating materials. It is further It has been found that the coating metal used should be a metal in which carbon does not and does not dissolve Forms carbide. A metal in which carbon is very slightly soluble is also gives satisfactory results. For example carbon is very slightly soluble in silver. The degree of solubility However, the carbon in silver is so low that silver is used as a coating 14 is quite usable.

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Claims

PATENT CLAIMS:

/1. J Metal-bonded cutting tool in which the cutting surface synthetic saw diamond particles, characterized in that the diamond particles are individually 5 to 20 ju thick Layer of a metal are coated in which carbon is essentially insoluble and which does not form carbide.

2. Cutting tool according to claim * 1, characterized in that that the metal layer is made of copper.

3. Cutting tool according to claim 1, characterized in that the metal layer consists of gold.

4. Cutting tool according to claim 1, characterized in that that the metal layer consists of silver.

5. Cutting tool according to claim 2, characterized in that the diamond particles in a base body made of cobalt-tungsten carbide are arranged.

6. A method for producing a cutting tool, thereby characterized in that diamond crystals coated with copper in a thickness between 5 and 20 ju are attached in a cobalt carbide base body which is then sintered at temperatures above 1000 C. will.

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7. Process for the production of the diamond crystals coated with copper according to claim 6, characterized in that the copper is applied without the use of electrical current and "the Particles are then subjected to a heat treatment to remove hydrogen released during the coating process got into the copper.

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