CN102666019A - 结合了浸渗的磨料区段的磨料物品 - Google Patents

结合了浸渗的磨料区段的磨料物品 Download PDF

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Abstract

一种磨料物品包括一个基底、一个包括三个彼此粘结的不同相的磨料构件，这三个相包括磨料颗粒、一个金属基体、以及一种浸渗剂。该磨料物品进一步包括一个在该磨料构件与该基底之间的背衬区域，其中该背衬区域包括一个激光焊接的粘结接点。

Description

结合了浸渗的磨料区段的磨料物品
技术领域
以下内容总体上是针对研磨工具以及其形成方法，并且更具体地是针对使用了附接到一个基底上的浸渗磨料区段的研磨工具以及将此类工具进行组装的方法。
背景技术
对进一步下部结构的改进必要的工具，例如建造另外的道路和建筑，对于发展中地区的持续性经济扩展是至关重要的。另外地，发达地区对于用新的、扩展的道路和建筑来替换老化的下部结构存在着持续性的需要。
建筑工业利用了多种工具来切割和研磨建筑材料。切割和研磨工具被要求用于去除或翻修道路的陈旧区段。另外，开采和准备最终修整材料，例如用于地板和建筑物正面的厚石板，要求工具来钻探、切割并抛光。典型地，这些工具包括粘结到一个基底元件（例如一块板或一个轮）上的磨料构件。该磨料构件与该基底元件之间粘合的断裂可能要求替换该磨料构件和/或该基底元件，从而导致故障时间和生产力的损失。另外，当磨料构件的多个部分以高速从工作区被射出时，断裂可能造成安全危害。这样，该磨料构件与该基底元件之间改进的粘合是所希望的。
发明内容
根据一个方面，一种磨料物品包括一个基底以及一种磨料构件，该磨料构件包括粘结到一种金属基底上的磨料颗粒，这些磨料构件具有一种连通孔隙网络，这些孔隙基本上被填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂。该磨料物品进一步包括一个在该磨料构件与该基底之间的背衬区域，该背衬区域由一种包括至少一种金属元素的粘合组合物构成，该背衬区域是与该基底不同的一个区域并且与该磨料构件不同的一个区域。该磨料物品在该背衬区域具有的平均断裂强度是至少约600N/mm2并且断裂强度变化（break strength variation）是不大于约150。
在另一方面，一种磨料物品包括一个基底、一个磨料构件（包括含磨料颗粒的三种彼此粘结的不同相）、一种金属基体、以及一种浸渗剂、和在该磨料构件与该基底之间的背衬区域。该背衬区域包括一个第一相和一个第二相，其中该第一相和第二相实质上是均匀分布在彼此内的，并且其中该第一相和该第二相是由多个离散的区域组成的，其中这些分离的区域具有的平均尺寸是不大于约50微米。
根据又另一个方面，一种磨料物品包括一个基底以及一种磨料构件，该磨料构件包括粘结到一种金属基底上的磨料颗粒，这些磨料构件进一步包括一种连通孔隙网络，这些孔隙基本上被填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂。该磨料物品进一步包括一个在该磨料构件与该基底之间的背衬区域，该背衬区域由一种包括至少一种金属元素的粘合组合物形成，该背衬区域是与该基底不同的一个区域并且与该磨料构件不同的一个区域。对于50次切割穿过由混凝土构成的、且具有的厚度为4cm并且长度为30cm的铺路厚板而言，该磨料物品具有的平均切割速度为至少约1000cm2/min。
在仍另一方面，一种磨料物品包括一个基底、一个磨料构件（包括含磨料颗粒的三种彼此粘结的不同相）、一种金属基体、以及一种浸渗剂、和一个在该磨料构件与该基底之间的背衬区域，其中该背衬区域包括一个激光焊接的粘结接点。
根据一个方面，一种形成磨料物品的方法包括：将一个磨料构件置于一个基底上，其中该磨料构件包括粘结到一种金属基底上的磨料颗粒并且进一步包括一种连通孔隙网络，这些孔隙基本上被填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂。该方法进一步包括将该磨料构件焊接到该基底上。
在又一个方面，一种磨料物品包括一个基底、一个磨料构件，该磨料构件包括粘结到一种金属基底上的磨料颗粒，该磨料构件进一步包括一种连通孔隙网络，这些孔隙实质上填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂，一个在该磨料构件与该基底之间的一个背衬区域，该背衬区域包括一个连通孔隙网络，这些孔隙实质上填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂，以及一个在将该基底与该磨料构件粘合在一起的背衬区域中的焊接接点。
附图说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。
图1包括一个流程图，该流程图为一种形成根据一个实施方案的磨料物品的方法。
图2包括根据一个实施方案的一种磨料物品的图解。
图3A和3B包括一种磨料物品的部分的截面图像，该磨料物品包括根据一个实施方案的背衬区域的部分。
图4包括一个常规热压磨料物品的截面图像，该磨料物品具有的一个显示了石头的背衬区域。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施方式
根据一个实施方案，在此的这些磨料物品可以包括一个基底元件以及一个磨料构件。该磨料物品可以是用于切割建筑材料的切割工具，例如用于切割混凝土的一种锯。可替代地，该磨料物品可以是一种研磨工具例如用于研磨混凝土或烧制粘土或者去除沥青。
图1包括一个流程图，该流程图提供了用于形成根据一个实施方案的磨料物品的方法。如所展示的，该方法可以在步骤101通过将一个磨料构件置于一个基底上来开始。将要理解的是该磨料构件可以是在被放在用于附接的基底上之前而最初形成的。具体地说，该磨料构件可以是一种浸渗的磨料区段（具有粘结到一个金属基底上的磨料颗粒）并且进一步包括一种网状的连通孔隙，其中这些孔隙的至少一部分被填充有一种由金属浸渗剂材料制成的浸渗剂。
该基底元件可以是一个环、一个环区段、一块板或一个盘的形式，取决于该磨料物品的预期应用。该基底元件可以由一种金属或一种金属合金形成。例如，该基底可以由一种钢形成，并且具体地一种可热处理的钢合金，如25CrMo4、75Cr1、C60，或类似用于具有薄截面的基底元件钢合金，或简单的施工建筑钢如St 60或用于厚基底元件的类似材料。该基底元件可以具有至少约600N/mm2的拉伸强度。该基底元件可以通过本领域已知的多种冶金技术来形成。
值得注意的是，该基底材料可以是一种低碳型材料，它将有助于根据在此的多个实施方案的一种焊接方法。该基底材料可以具有小于约10%的碳含量，如小于约8%、小于约6%、小于约4%、小于约2%、并且甚至小于约1%，以便有助于该形成过程。
在一个示例性实施方案中，一种磨料构件包括埋入一种具有连通性孔隙网络的金属基体中的多个磨料颗粒。这些磨料颗粒可以包括一种具有至少约7的莫氏硬度的研磨材料。在具体的情况下，这些磨料颗粒可以包括一种超级磨料材料，例如金刚石或立方氮化硼。这些磨料颗粒可以具有不小于约400US筛目的粒度，例如不小于约100US筛目，例如在大约25US与80US筛目之间。取决于其应用，该大小可以在大约30与60US筛目之间。
这些磨料颗粒可以按大约2vol%至大约50vol%之间的量存在。另外地，磨料颗粒的量可以取决于其应用。例如，用于一种研磨或抛光工具的磨料构件可以包括在该磨料构件的总体积的大约3.75vol%与大约50vol%之间的磨料颗粒。可替代地，用于一种切断工具的磨料构件可以包括在该磨料构件的总体积的大约2vol%与大约6.25vol%之间的磨料颗粒。此外，用于一种取芯钻孔的磨料构件可以包括在该磨料构件的总体积的大约6.25vol%与大约20vol%之间的磨料颗粒。
该金属基体可以包括一种金属元素或包括多种金属元素的金属合金。对于某些研磨区段，该金属基体可以包括金属元素，如铁、钨、钴、镍、铬、钛、银、以及它们的一种组合。在具体的实例中，该金属基体可以包括一种稀土元素，如铈、镧、钕、以及它们的一种组合。
在一个具体的实例中，该金属基体可以包括一种耐磨损的组分。例如，在一个实施方案中，该金属基体可以包括碳化钨，并且更具体地说可以主要由碳化钨组成。
在某些设计中，该金属基体可以包括多个单独组分的颗粒或预合金化的颗粒。这些颗粒可以在大约1.0微米与大约250微米之间。
如以上所指出的，该磨料构件可以被形成为使得一种浸渗剂是存在于该磨料构件本体内连通网络孔隙之内的。该浸渗剂可以部分地填充、基本上填充、或者甚至完全填充这些延伸通过该磨料构件体积的孔隙的体积。根据一个具体的设计，该浸渗剂可以是一种金属或金属合金材料。例如，一些适合的金属元素可以包括：铜、锡、锌、以及它们的一种组合。
在具体的例子中，该浸渗剂可以是一种擦金（bronzing）材料，该擦金材料由一种金属合金支持，并且具体的一种铜-锡金属合金，这样使得它特别适合用于根据在此的实施方案的焊接。例如，该擦金材料可以主要由铜和锡组成。某些擦金材料可以结合特定含量的锡，如在该组合物内的材料总含量的不大于约20%、不大于约15%、不大于约12%、或甚至不大于约10%。根据一个实施方案，该擦金材料可以包括的锡的量值是处于约5%与约20%之间、如约8%与约15%之间、或者甚至约8%与约12%之间的范围内。
此外，某些擦金材料可以用作浸渗剂材料，并且可以具有的铜的量值是该组合物内材料的总量值的至少约80%、至少约85%、或者甚至至少约88%。一些擦金材料可以使用的铜量值是在约80%与约95%之间，如在约85%与约95%之间、或甚至在约88%与约93%之间的范围内。
另外，该擦金材料可以包含一个特别低含量的其他元素，如锌，以便有助于根据在此的实施方案的形成方法来适当形成磨料物品。例如，该擦金材料可以使用不大于约10%，如不大于约5%，或者甚至不大于约2%的锌。事实上，某些擦金材料可以基本上不含锌。
该磨料构件可以被制造为使得磨料颗粒可以与一种金属基体相结合以便形成一种混合物。该金属基体可以包括该金属基体的这些部件的颗粒共混物或者可以是该金属基体的预合金化的颗粒。在一个实施方案中，该金属基体可以符合化学式(WC)wWxFeyCrzX(1-w-x-y-z)，其中0≤w≤0.8，0≤x≤0.7，0≤y≤0.8，0≤z≤0.05，w+x+y+z≤1，并且X可以包括其他金属，如钴和镍。在另一个实施方案中，该金属基体可以符合化学式(WC)wWxFeyCrzAgvX(1-v-w-x-y-z)，其中0≤w≤0.5，0≤x≤0.4，0≤y≤1.0，0≤z≤0.05，0≤v≤0.1，v+w+x+y+z≤1，并且X可以包括其他金属例如钴和镍。
金属基体和磨料颗粒的混合物可以通过一个压制操作（具体地一种冷压制操作）而形成为一种磨料预成型件，以形成一种多孔的磨料构件。该冷压制可以在大约50kN/cm2（500MPa）至大约250kN/cm2（2500MPa）之间的一个压力下进行。所得到的多孔磨料构件可以具有连通性孔隙的网络。在一个实例中，该多孔的磨料构件可以具有在大约25vol%与50vol%之间的孔隙率。
然后使所生成的多孔磨料构件经受一个浸渗过程，其中该浸渗剂材料被布置在该磨料构件的本体之内，并且具体地，布置在该磨料构件的本体内的连通孔隙网络之内。该浸渗剂可以通过毛细管作用吸入到该冷压制磨料构件的这些孔中。在该浸渗过程之后，所得到的致密化的磨料构件的密度可以是不小于约96%。浸渗该磨料构件的浸渗剂的量值可以在该致密化的磨料部件的大约20wt%与45wt%之间。
该磨料构件可以包括一个布置在该磨料构件与该基底之间的背衬区域，它有助于该磨料构件与该基底的结合。根据一个实施方案，该背衬区域可以是与该磨料构件和该基底不同的区域。然而，该背衬区域可以最初作为该磨料构件的一个部分来形成，并且具体地可以是该磨料构件的一个不同区域，该区域具有有助于该磨料构件与该基底的结合的特殊特征。例如，根据一个实施方案，该背衬区域可以具有与该磨料构件内磨料颗粒量值相比较更少百分比（vol%）的磨料颗粒。事实上，在某些情况下，该背衬区域可以基本上不含磨料颗粒。这可以是特别适合于利用了一种用于将该磨料构件焊接到该基底上的能量束（例如，激光）的成形方法。
该背衬区域中的至少一个部分可以包括一种粘合组合物。该粘合组合物可以包括一种金属或金属合金。一些适合的金属材料可以包括过渡金属元素，包括，例如钛、银、锰、磷、铝、镁、铬、铁、铅、铜、锡、以及它们的一种组合。
在具体的情况下，该粘合组合物可以是与该浸渗剂类似的，这样该粘合组合物和该浸渗剂彼此的不同之处是不大于一个单一元素种类。在甚至更具体的情况下，该粘合组合物可以是与该浸渗剂相同的。例如，该粘合组合物可以是一种擦金材料，并且更具体地说，可以主要由一种如在此说明的擦金材料组成。
根据在此的实施方案，该粘合组合物可以在具有某一程度的元素种类共性方面与该浸渗剂组成相关。定量地说，在该粘合组合物与该浸渗剂组合物之间的元素重量百分比差值可以是不大于约20wt%。元素重量百分比差值被定义为在该粘合组合物中所含的每种元素的重量含量相对于该浸渗剂组成之差的绝对值。其他实施方案在该粘合组合物与该浸渗剂的组合物之间具有更近的组合成关系。该粘合组合物与该浸渗剂组合物之间的元素重量百分比差值可以（例如）不超过15wt%、10wt%、5wt%，或可以不超过2wt%。大约是零的一个元素重量百分比差值代表了构成该背衬区域和该浸渗剂的相同组成。上述的这些元素数值可以通过任何适合的分析手段（包括微探针元素分析）来测量，并且忽略了可能沿着浸渗剂接触金属基体的区域而发生的合金化。
该背衬区域可以具有一个特定含量的孔隙率。例如，该背衬区域可以具有的孔隙率是小于该磨料构件的孔隙率。事实上，该背衬区域中的孔隙率量值与该磨料构件内孔隙率量值相比较可以是显著更小的。在一些情况下，该背衬区域包括的孔隙率与这两个区域之间的在一个体积百分比基础上相比较至少小2%。在其他情况下，与该磨料构件相比较，该差值可以是更大的，如至少小约4%的孔隙率，至少小约5%，至少小约7%，至少小约10%，或者甚至至少小约15%的孔隙率。孔隙率的差值可以有助于该背衬区域与该磨料构件的适当浸渗。
该背衬区域可以具有对于该背衬区域的总体积而言大于约40vol%的孔隙率。在其他情况下，在该背衬区域内孔隙率的量值可以是不大于约38vol%、不大于约34vol%、或者甚至不大于约30vol%。然而，该背衬区域内孔隙率的量值可以是至少约7vol%、至少约8vol%、至少约10vol%、至少约12vol%、或者甚至至少约15vol%的浸渗剂。该背衬区域中的孔隙率含量可以是在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
将进一步理解的是在该背衬区域内总孔隙率的显著部分可以是连通的孔隙率。即，该孔隙率的至少大部分，或者甚至于至少约75%、至少约80%、至少约90%、至少约95%、或者基本上全部可以是连通的孔隙率。
该背衬区域可以包括对于该背衬区域的总体积而言至少约5vol%的浸渗剂。在其他情况下，该背衬区域可以包括至少约7vol%、至少约8vol%、至少约10vol%、至少约12vol%、或者甚至至少约15vol%的浸渗剂。然而，浸渗剂的量值能够是受限的，使得它是不大于约40vol%、不大于约38vol%、不大于约34vol%、或者甚至不大于约30vol%。该浸渗剂的量值可以处于以上指出的任何最小与最大值之间的范围内。
因此，该背衬区域可以包括一种在一种基体金属之间形成的连通孔隙网络，并且其中该浸渗剂材料实质上填充了该连通孔隙。该背衬区域可以包含类似量值的基体金属和浸渗剂。值得注意的是，该背衬区域可以是基本上不含磨料颗粒的。在其中该背衬区域包括连通孔隙（实质上填充有该浸渗剂）的此类实施方案中，该浸渗剂材料的可以作为一种在该基底与该磨料构件之间形成一个接点（例如，一种焊接接点）的擦金材料。
因此，可以控制该背衬区域的形成，并且具体地控制该背衬区域内孔隙率的性质和尺寸以便协助适当的浸渗。适当的浸渗确保了该背衬区域的适当材料特征以及一种适合的焊接点在该背衬区域与该基底之间的形成。例如，该背衬区域被形成为使得在该背衬区域内的孔隙的平均孔隙尺寸在尺寸上不大于该磨料构件内孔隙的平均孔隙尺寸，并且更具体地在尺寸上是更小的。这样一种区分可以有助该背衬区域的完全且适当的浸渗以及一个强的焊接点区域的形成。
在某些情况下，在该背衬区域内的这些孔隙的平均孔径是比在该磨料构件内的这些孔隙的平均孔径小至少约1%。在其他实施方案中，平均孔径的差值可以更大，如至少约3%、至少约5%、至少约10%、或者甚至至少约20%。然而，该差值可以被限制为使得它是不大于约80%、不大于约70%、不大于约50%、或者甚至不大于约40%。平均孔径的差值可以是在任何最小和最大值之间的范围内。
在该磨料构件和背衬区域内孔隙率的性质和尺寸的控制可以包括在形成包括磨料构件和背衬区域的磨料物品的过程中施加高度均匀应用的压力。遍及这两个部件的整个长度和体积的均匀压力会可以助于这些本体的均匀压缩以及实质上均匀的孔径。用于形成该磨料构件和背衬区域的粉末材料的粉末尺寸可以被特别选择为进一步控制该孔径。
在一个实施方案中，该背衬区域可以包括一种特殊的擦金材料，该材料有助于一种焊接操作以便连接该磨料构件以及基底。事实上，某些背衬区域可以主要由铜-锡擦金材料组成。一些适合的擦金材料可以包括至少约80%的铜，如至少约82%的铜、至少约85%的铜、至少约87%的铜、至少约88%的铜、至少约90%的铜、至少约93%的铜、或者甚至至少约95%的铜。这样，该擦金材料可以包括一个余量量值的锡，使得适合的擦金材料可以包括不大于约20%的锡、不大于约18%的锡、不大于约15%的锡、不大于约13%的锡、不大于约12%的锡、不大于约10%的锡、不大于约8%的锡、不大于约5%的锡。
在步骤101将该磨料构件置于该基底上之后，该过程可以在步骤103通过将该磨料构件焊接到该基底上而继续。在具体的实例中，该焊接法包括将一个能量束冲击在该基底上，并且更具体地可以包括将一种能量束冲击在该磨料构件与该基底之间的背衬区域上。在具体的情况，该能量束可以是激光，使得该磨料区段通过激光焊接的粘结接点而附接到该基底上。该激光可以是一个通常从Dr.Fritsch可获得的Roffin激光源。
图2展示了一个示例性的磨料物品200，包括一个粘结到基底204上的致密化的磨料构件202。致密化的磨料构件202包括金属基体颗粒206以及彼此粘结的磨料颗粒208，以及填充有一种浸渗剂210的在该金属基体粒206之间延伸的连通孔隙网络。如进一步展示的，该磨料物品可以包括一个背衬区域212，布置在该磨料构件202与该基底204之间。背衬区域212可以包括一种粘合组合物，该粘合组合物与该致密化的磨料构件202的组成可以是连续的。
根据一个实施方案，该磨料物品的背衬区域被形成为使得该背衬区域212可以包括在彼此内均匀分布的一个第一相和一个第二相。图3A和3B包括一种磨料物品的部分的截面图像，该磨料物品包括根据一个实施方案的背衬区域的部分。如所展示的，图3A的图像包括一个基底301的一个部分、一个背衬区域302的一个部分、以及一个磨料区段303的一个部分。如在图3B中进一步展示的，该背衬区域302可以包括多个离散的相，具体地是实质上均匀地混合的一个第一相305以及一个第二相306。
此外，该第一相305和第二相306可以具有如在放大的图像中展示的多个离散的区域。这些离散的区域可以是多晶的区域，该区域具有的平均粒径是不大于约50微米，如沿着最长的尺寸在一个类似的放大图像中测量得到的。这可以通过使用一种金属材料来促进，这种金属材料具有特定的平均粉末尺寸并且具有一个实质上球形的形状。在某些实施方案中，该第一和第二相305和306的这些离散的区域可以是更小的，如在不大于约40微米的等级上、不大于约30微米的等级上、不大于约25微米的等级上、或者甚至不大于约20微米的等级上。在具体的情况下，该第一和第二相305和306的这些离散的区域可以具有的平均尺寸是在约1微米与约50微米之间的范围内，如在约5米与约50微米之间、如约10米与约40微米之间，或者甚至在约10微米与约30微米之间。
如所展示的，该第一和第二相305和306可以与彼此精细地进行混合并且精细地带有大理石花纹。此外，标识了该第一相305的这些不同的区域可以通过一种长形的、纤维的、和/或树枝状形态来限定，其中纤维股可以延伸通过该第二相306并且甚至彼此缠结。
另外，该背衬区域302可以包括多个细的闭合空孔隙307，这些孔隙可以在该背衬区域302的整个体积上均匀地彼此间隔开。在具体的情况下，这些闭合的孔隙307可以具有特别地被圆化的形状，并且总体上，其平均孔径是小于约50微米，如小于约40微米，小于约25微米，或者甚至小于约15微米。
该背衬区域可以具有的平均厚度是不大于约400微米，如在不大于约300微米、不大于约200微米的级别上。该平均背衬区域可以通过使用如在图3A中所展示的沿着该背衬区域与磨料构件的界面为至少约1mm的长度放大图像获取至少约10个不同的测量结果进行测量。在其他情况下，该背衬区域302可以被形成为具有的平均厚度为至少约50微米，如至少约100微米、至少约150微米，或者甚至至少约175微米。然而，具体的设计可以使用具有的平均厚度是在约50微米与约400微米之间，例如在约100微米与约300微米之间的范围内的背衬区域。
此外，该背衬区域302可以基本上不含石头，石头在更常规的磨料物品（例如，通过焊接粘结到该基底上的热压的磨料区段）中可以是更常见的。石头总体上被标识为与周围的区域相比较是非均匀的组成的区域，并且可以呈现多个区域，这些区域更易于诱导穿过该区域的断裂失效。图4包括一个常规磨料物品（具有展示出石头403的一个背衬区域401）的截面图像，这些石头是作为大而圆的颗粒存在的，这些颗粒被一个不同的、第二相404包围。此外，该背衬区域401呈现出多个孔隙405，这些孔隙遍及该背衬区域体积不均匀地分散，但是集中在特定的区域中，如在这些石块403附近的多个区域，并且甚至更特别地在石头403与包围在石头403周围的不同第二相404之间的界面处。
根据在此的实施方案形成的磨料物品可以具有特殊的机械特征，以及在该磨料区段与该基底之间如在背衬区域处测量的特别适合的粘结强度以及粘结强度的一致性。例如，根据一个实施方案，该磨料物品在该背衬区域可以具有的一个平均断裂强度是至少约600N/mm2，这可以根据在EN13236中概述的欧洲标准测试程序来进行测量。在某些情况系下，该平均断裂强度可以是至少约600N/mm2、如至少约700N/mm2、至少约800N/mm2、至少约925N/mm2、如至少约950N/mm2、或者甚至至少约975N/mm2。在仍然更具体的实施方案中，该磨料物品可以具有的平均断裂强度是在约600N/mm2与约1400N/mm2之间、在约700N/mm2与约1400N/mm2之间、并且甚至在约800N/mm2与约1400N/mm2之间的范围内。在某些实施方案中，该磨料物品可以具有的平均断裂强度是在约900N/mm2与约1400N/mm2之间、在约925N/mm2与约1350N/mm2之间、在约950N/mm2与约1300N/mm2之间、并且甚至在约975N/mm2与约1250N/mm2之间的范围内。
此外，在此的实施方案的这些磨料物品可以呈现出一致的断裂强度，如通过断裂强度变化测量的，它是作为至少100个测量结果的标准偏差计算的。在此的这些实施方案的磨料物品可以具有的断裂强度变化是不大于约150、如不大于约125、不大于约120、或者甚至不大于约110。在某些情况下，断裂强度变化可以是在约25与约150之间的范围内，如在约25与约125之间、或甚至在约25与约110之间。
在此的实施方案的这些磨料物品可以具有某些性能特征。例如，对于50次切割穿过由用于铺路的混凝土骨料构成的、且具有的厚度为4cm并且长度为30cm的铺路厚板而言，这些磨料物品具有的平均切割速度为至少约1000cm2/min。事实上，某些磨料物品可以具有的平均切割速率为至少约1050cm2/min、如至少约1100cm2/min、或者甚至至少约1125cm2/min。在此的具体实施方案可以使用一种磨料物品，该磨料物品具有的平均切割速度是在约1000cm2/min与约1400cm2/min之间的范围内，如在约1050cm2/min与约1400cm2/min之间，或者甚至在约1100cm2/min与约1300cm2/min之间。
实例
形成并且测试了四个样品。样品1是最初通过在约1000Mpa的冷压而形成的、并且此后用一个特殊的青铜材料进行浸渗的一个浸渗的部件。该磨料构件包括一种基于碳化钨的金属基体（可以包括为钴和镍的其他金属）以及金刚石磨料颗粒。样品1的磨料物品还包括一个基本上不含磨料颗粒的背衬区域。该浸渗剂是一个80/20铜/锡青铜材料，具有的平均颗粒大小是小于约45微米。
样品2是根据样品1的方法形成的，除了该青铜材料是一种85/15的铜/锡青铜材料，该材料具有的平均颗粒大小是小于63微米之外。
样品3是根据样品1的方法形成的，除了该青铜材料是一种90/10的铜/锡青铜材料，该材料具有的平均颗粒大小是小于45微米之外。
样品4是根据样品1的方法形成的，除了该青铜材料是一种95/5的铜/锡青铜材料，该材料具有的平均颗粒大小是小于74微米之外。
在样品1-4上进行速度和寿命测试，其结果归纳在以下表1中。
表1
Figure BDA00001797640100121
如以上指出的，根据样品1-4形成的这些磨料物品的切割速度和寿命展示了工业标准能力。样品1-4的速度是比某些常规工业上标准的热压零件更大。与某些常规物品相比较，其寿命还得到了改进。
此外，根据以上这些样品（样品1-4）形成了许多部件。事实上，对于这些样品（即样品1-4）中的每个，形成了16个区段，这些区段是激光焊接到低碳钢上的。每个样品的焊接强度、以及平均断裂强度和标准偏差在下表2中提供，基于使该区段从该基底上破裂必需的测试的扭矩。
表2
Figure BDA00001797640100122
如可见的，样品1-4的区段展示了对于工业使用而言适当的平均断裂强度。也许更值得注意的是，所有测试样品的标准偏差具体地与常规部件相比较是显著更低的，其中这些标准偏差典型地是高得多的。
根据以上样品2的实施方案形成了样品5和6。样品5和6各自包括16个独立冷压的且浸渗的区段，这些区段是激光焊接到一个低碳钢基底上的。该平均断裂强度和断裂强度变化是针对样品5和6的16个区段中的每个进行测量的。这些结果在以下进行了归纳。
表3
Figure BDA00001797640100123
对于样品5和6的记录的平均断裂强度满足工业标准。更具体地说，该断裂强度变化好于其他常规样品，这些变化是测试的并且典型地具有大于120（若不大于150的话）的值。清楚的是，激光焊接和浸渗的磨料物品的组合促进了一个强粘结的物品，该物品在该基底上具有一个更一致的接点界面，从而导致了粘结到该基底上的磨料区段的更少的灾害性破坏以及破损。
根据一个实施方案，该研磨工具包括一个载体元件以及一个磨料部件。该研磨工具可以是用于切割建筑材料的切割工具，例如用于切割混凝土的一种锯。可替代地，该研磨工具可以是一种研磨工具例如用于研磨混凝土或烧制粘土或者去除沥青。具体地说，以下实施方案已经配制了一种用于将浸渗的磨料区段焊接到一个用于在磨料物品中使用的基底上的方法。本领域中的某些参考文件总体上已经认可了焊接作为一种适合的结合方法。一些文献甚至已经做出了大的声明，即，可以通过多种方法将一个浸渗零件结合到一个基底上并且随机列出了焊接作为多种方法中的一种。然而，这些文献甚至远远没有针对将浸渗的零件进行焊接，并且这样的一种方法或物品通过这些文件是不能够使用的。本申请的诸位发明人，作为本领域的专家，指出浸渗的物品的焊接并不是一个平凡的过程。此外，基于它们的学识，在该产业上并没有物品是基于成功焊接的浸渗的零件的。通过诸位申请人证实的磨料物品的成功，对于这样一种物品的工业要求已经在增长。此外，某些问题需要有待辨别并且克服从而形成根据在此的实施方案的一种商业上成功的产品。导致这个成功的特征的某种组合包括用于形成该背衬区域的原材料的尺寸和形状、背衬区域的组成、用于焊接的束的类型、波长和功率、在该磨料区段内磨料颗粒的类型和定位。此外，在此的这些实施方案的磨料区段证实了多种出人意料的机械特征以及性能特性。
在上文中，提及的多个具体的实施方案以及某些组分的连接物是说明性的。应当理解，提及的被联接或者连接的多个部件是旨在披露在所述部件之间的直接连接或者通过如所理解的一个或多个插入部件进行的间接连接以便实施如在此讨论的这些方法。这样，以上披露的主题应被认为是解说性的、而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖落在本发明的真正范围内的所有此类变体、增进、以及其他实施方案。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围应由对以下权利要求和它们的等效物可容许的最宽解释来确定，并且不应受以上的详细的说明的约束或限制。
披露的摘要是遵循专利权法而提供的，并且按以下理解而提交，即，它将不被用于解释或者限制权利要求的范围或含义。另外，在以上附图的详细说明中，为了使披露精简的目的而可能将不同的特征集合在一起或者在一个单独的实施方案中描述。本披露不得被解释为反映了一种意图，即，提出要求的实施方案要求的特征多于在每一项权利要求中清楚引述的特征。相反，如以下的权利要求所反映，发明的主题可以是针对少于任何披露的实施方案的全部特征。因此，以下的权利要求被结合在附图的详细说明之中，而每一项权利要求自身独立地限定了分别提出权利要求的主题。

Claims (108)

1.一种磨料物品，包括：
一个基底；
一个磨料构件，该磨料构件包括粘结到一个金属基体上的磨料颗粒，该磨料构件进一步包括一个连通孔隙网络，该连通孔隙网络实质上填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂；
一个背衬区域，该背衬区域处于该磨料构件与该基底之间，该背衬区域包括一个连通孔隙网络，该连通孔隙网络实质上填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂；以及
一个焊接接点，该焊接接点位于该将该基底和该磨料构件进行粘合的背衬区域处。
2.如权利要求1所述的磨料物品，其中该背衬区域的连通孔隙率具有的平均孔隙大小是不大于该磨料构件的连通孔隙率的平均孔径。
3.如权利要求2所述的磨料物品，其中该背衬区域的连通孔隙率的平均孔径是比该磨料构件的连通孔隙率的平均孔径小至少约1%。
4.如权利要求1所述的磨料物品，其中该基底包括一种低碳材料，该低碳材料具有的碳含量是小于约20%。
5.如权利要求1所述的磨料物品，其中该磨料构件的金属浸渗剂材料是与该背衬区域的相同金属浸渗剂材料。
6.如权利要求5所述的磨料物品，其中该金属浸渗剂材料包括一种擦金金属。
7.如权利要求6所述的磨料物品，其中该擦金材料包括含铜和锡的一种金属合金。
8.如权利要求7所述的磨料物品，其中该擦金材料包括不大于约20%的锡。
9.如权利要求7所述的磨料物品，其中该擦金材料包括至少约80%的铜。
10.如权利要求1所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒包括超级磨料颗粒。
11.如权利要求1所述的磨料物品，其中该金属基体包括一种选自下组的金属，该组由以下各项组成：铁、钨、钴、镍、铬、钛、银、以及它们的一种组合。
12.如权利要求11所述的磨料物品，其中该金属基体进一步包括一种稀土元素。
13.如权利要求1所述的磨料物品，其中该金属基体进一步包括一种耐磨损的部件。
14.如权利要求13所述的磨料物品，其中该耐磨损的部件包括碳化钨。
15.如权利要求1所述的磨料物品，其中该磨料构件具有的孔隙率对于该磨料构件的总体积而言是在约25vol%与50vol%之间。
16.如权利要求15所述的磨料物品，其中该背衬区域包括的孔隙率是小于该磨料构件的孔隙率。
17.如权利要求16所述的磨料物品，其中该背衬区域包括的孔隙率对于该背衬区域的总体积而言是小于约40vol%。
18.如权利要求1所述的磨料物品，其中该浸渗剂实质性地填充了该连通性孔隙的网络，从而形成了具有的密度为至少约96%致密的一种致密化的磨料构件。
19.如权利要求1所述的磨料物品，其中该浸渗剂的作用为一种擦金材料，该擦金材料用于在该基底与该磨料构件之间的背衬区域处形成焊接接点。
20.如权利要求1所述的磨料物品，其中该磨料物品在该背衬区域具有的平均断裂强度是至少约600N/mm2并且断裂强度变化是不大于约150。
21.如权利要求20所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约600N/mm2与约1400N/mm2之间的范围内。
22.如权利要求21所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约975N/mm2与约1250N/mm2之间的范围内。
23.如权利要求20所述的磨料物品，其中该断裂强度变化是在约25与约110之间的范围内。
24.如权利要求1所述的磨料物品，其中，该背衬区域具有的平均厚度是不大于约400微米。
25.如权利要求1所述的磨料物品，其中该背衬区域基本上不含石头。
26.如权利要求1所述的磨料物品，其中，对于50次切割穿过由混凝土构成的、且具有的厚度为4cm并且长度为30cm的铺路厚板而言，该磨料物品具有的平均切割速度为至少约1000cm2/min。
27.如权利要求26所述的磨料物品，其中该平均切割速度是处于约1100cm2/min与约1300cm2/min之间的范围内。
28.一种磨料物品，包括：
一个基底；
一个磨料构件，该磨料构件包括粘结到一个金属基体上的磨料颗粒，该磨料构件进一步包括一个连通孔隙网络，该连通孔隙网络实质上填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂；
一个在该磨料构件与该基底之间的背衬区域，该背衬区域包括一种含至少一种金属元素的粘合组合物，该背衬区域是与该基底不同的一个区域并且与该磨料构件不同的一个区域；并且
其中，该磨料物品在该背衬区域具有的平均断裂强度是至少约600N/mm2并且断裂强度变化是不大于约150。
29.如权利要求28所述的磨料物品，其中该平均破裂强度是至少约700N/mm2。
30.如权利要求29所述的磨料物品，其中该平均破裂强度是至少约800N/mm2。
31.如权利要求30所述的磨料物品，其中该平均破裂强度是至少约900N/mm2。
32.如权利要求31所述的磨料物品，其中该平均破裂强度是至少约925N/mm2。
33.如权利要求32所述的磨料物品，其中该平均破裂强度是至少约950N/mm2。
34.如权利要求33所述的磨料物品，其中该平均破裂强度是至少约975N/mm2。
35.如权利要求28所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约600N/mm2与约1400N/mm2之间的范围内。
36.如权利要求35所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约700N/mm2与约1400N/mm2之间的范围内。
37.如权利要求36所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约800N/mm2与约1400N/mm2之间的范围内。
38.如权利要求28所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约900N/mm2与约1400N/mm2之间的范围内。
39.如权利要求38所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约925N/mm2与约1350N/mm2之间的范围内。
40.如权利要求39所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约950N/mm2与约1300N/mm2之间的范围内。
41.如权利要求40所述的磨料物品，其中该平均断裂强度在约975N/mm2与约1250N/mm2之间的范围内。
42.如权利要求28所述的磨料物品，其中，该平均断裂强度是不大于约125。
43.如权利要求42所述的磨料物品，其中，该断裂强度变化是不大于约120。
44.如权利要求43所述的磨料物品，其中，该断裂强度变化是不大于约110。
45.如权利要求28所述的磨料物品，其中该断裂强度变化是在约25与约150之间的范围内。
46.如权利要求45所述的磨料物品，其中该断裂强度变化是在约25与约125之间的范围内。
47.如权利要求46所述的磨料物品，其中该断裂强度变化是在约25与约110之间的范围内。
48.如权利要求28所述的磨料物品，其中该背衬区域来自该基底的一个分开相。
49.如权利要求28所述的磨料物品，其中该背衬区域基本上不含磨料颗粒。
50.如权利要求28所述的磨料物品，其中该磨料物品是选自以下的物品组，该组由以下各项组成：研磨环区段、取芯钻头、以及切断刀片。
51.如权利要求28所述的磨料物品，其中该粘合组合物包括一种选自下组的金属，该组由以下各项组成：铜、锌、锡、铁、铅、以及它们的一种组合。
52.如权利要求51所述的磨料物品，其中该粘合组合物包括含铜和锡的一种金属合金。
53.如权利要求51所述的磨料物品，其中该粘合组合物包括一种主要由铜和锡组成的一种擦金合金。
54.如权利要求53所述的磨料物品，其中该擦金材料包括不大于约20%的锡。
55.如权利要求54所述的磨料物品，其中该擦金材料包括不大于约15%的锡。
56.如权利要求55所述的磨料物品，其中该擦金材料包括不大于约12%的锡。
57.如权利要求53所述的磨料物品，其中该擦金材料包括的锡的量值是处于约5%与约20%之间的范围内。
58.如权利要求57所述的磨料物品，其中该擦金材料包括的锡的量值是处于约8%与约15%之间的范围内。
59.如权利要求58所述的磨料物品，其中该擦金材料包括的锡的量值是处于约8%与约12%之间的范围内。
60.如权利要求53所述的磨料物品，其中该擦金材料包括至少约80%的铜。
61.如权利要求60所述的磨料物品，其中该擦金材料包括至少约85%的铜。
62.如权利要求53所述的磨料物品，其中该擦金材料包括的铜的量值是处于约80%与约95%之间的范围内。
63.如权利要求62所述的磨料物品，其中该擦金材料包括的铜的量值是处于约85%与约95%之间的范围内。
64.如权利要求63所述的磨料物品，其中该擦金材料包括的铜的量值是处于约88%与约93%之间的范围内。
65.如权利要求28所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒包括超级磨料颗粒。
66.如权利要求65所述的磨料物品，其中这些超级磨料颗粒包括金刚石。
67.如权利要求28所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒的量值是在该磨料构件的约2vol%与50vol%之间。
68.如权利要求28所述的磨料物品，其中该金属基体包括一种选自下组的金属，该组由以下各项组成：铁、钨、钴、镍、铬、钛、银、以及它们的一种组合。
69.如权利要求68所述的磨料物品，其中该金属基体进一步包括一种稀土元素。
70.如权利要求69所述的磨料物品，其中该稀土元素的量值是不大于约3wt%。
71.如权利要求68所述的磨料物品，其中该金属基体进一步包括一种耐磨损的部件。
72.如权利要求71所述的磨料物品，其中该耐磨损的部件包括碳化钨。
73.如权利要求28所述的磨料物品，其中该磨料构件具有的孔隙率是处于约25%与50%之间。
74.如权利要求28所述的磨料物品，其中该浸渗剂实质性地填充了该连通性孔隙的网络，从而形成了具有的密度为至少约96%致密的一种致密化的磨料构件。
75.如权利要求74所述的磨料物品，其中该致密化的磨料构件内的浸渗剂的量值是在该致密化的磨料部件的大约20wt%与大约45wt%之间。
76.如权利要求28所述的磨料物品，其中该背衬区域包括的连通孔隙网络实质上填充有该浸渗剂。
77.如权利要求76所述的磨料物品，其中该浸渗剂的作用为一种擦金材料，该擦金材料用于在该基底与该磨料构件之间的背衬区域处形成焊接接点。
78.一种磨料物品，包括：
一个基底；
一个磨料构件，该磨料构件包括三个粘结到彼此上的不同相，这三个相包括磨料颗粒、一种金属基体、以及一种浸渗剂；以及
一个背衬区域，该背衬区域处于该磨料构件与该基底之间，其中该背衬区域包括一个第一相和一个第二相，其中该第一相和第二相实质上是均匀分布在彼此内的，并且其中该第一相和该第二相是由多个离散的区域组成的，其中这些离散的区域具有的平均尺寸是不大于约50微米。
79.如权利要求78所述的磨料物品，其中，该背衬区域具有的平均厚度是不大于约400微米。
80.如权利要求79所述的磨料物品，其中，该背衬区域具有的平均厚度是不大于约300微米。
81.如权利要求80所述的磨料物品，其中，该背衬区域具有的平均厚度是不大于约200微米。
82.如权利要求78所述的磨料物品，其中，该背衬区域具有的平均厚度是至少约50微米。
83.如权利要求82所述的磨料物品，其中，该背衬区域具有的平均厚度是至少约100微米。
84.如权利要求78所述的磨料物品，其中该背衬区域具有的平均厚度是在约50微米与约400微米之间的范围内。
85.如权利要求84所述的磨料物品，其中该背衬区域具有的平均厚度是在约100微米与约300微米之间的范围内。
86.如权利要求78所述的磨料物品，其中该背衬区域主要由一种粘合组合物组成。
87.如权利要求86所述的磨料物品，其中该背衬区域包括至少约90wt%的粘合组合物。
88.如权利要求86所述的磨料物品，其中该粘合组合物包括一种选自下组的金属，该组由以下各项组成：铜、铜-锡青铜、铜-锡-锌合金、以及它们的一种组合。
89.如权利要求88所述的磨料物品，其中该粘合组合物进一步包括一种选自以下金属组的金属，该组由以下各项组成：钛、银、锰、磷、铝、镁、铬、铁、铅、以及它们的一种组合。
90.如权利要求78所述的磨料物品，其中，该第一相的这些离散区域具有的平均尺寸是不大于约40微米。
91.如权利要求90所述的磨料物品，其中，该第一相的这些离散区域具有的平均尺寸是不大于约30微米。
92.如权利要求78所述的磨料物品，其中该背衬区域基本上不含石头。
93.一种磨料物品，包括：
一个基底；
一个磨料构件，该磨料构件包括粘结到一个金属基体上的磨料颗粒，该磨料构件进一步包括一个连通孔隙网络，该连通孔隙网络实质上填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂；
一个在该磨料构件与该基底之间的背衬区域，该背衬区域包括一种含至少一种金属元素的粘合组合物，该背衬区域是与该基底不同的一个区域并且与该磨料构件不同的一个区域；
其中，对于50次切割穿过由混凝土构成的、且具有的厚度为4cm并且长度为30cm的铺路厚板而言，该磨料物品具有的平均切割速度为至少约1000cm2/min。
94.如权利要求93所述的磨料物品，其中该平均切割速度为至少约1050cm2/min。
95.如权利要求94所述的磨料物品，其中该平均切割速度为至少约1100cm2/min。
96.如权利要求95所述的磨料物品，其中该平均切割速度为至少约1125cm2/min。
97.如权利要求93所述的磨料物品，其中该平均切割速度是处于约1000cm2/min与约1400cm2/min之间的范围内。
98.如权利要求97所述的磨料物品，其中该平均切割速度是处于约1050cm2/min与约1400cm2/min之间的范围内。
99.如权利要求98所述的磨料物品，其中该平均切割速度是处于约1100cm2/min与约1300cm2/min之间的范围内。
100.一种磨料物品，包括：
一个基底；
一个磨料构件，该磨料构件包括三个粘结到彼此上的不同相，包含磨料颗粒、一种金属基体、以及一种浸渗剂；以及
一个背衬区域，该背衬区域处于该磨料构件与该基底之间，其中该背衬区域包括一个激光焊接的粘结接点。
101.一种用于形成形成磨料物品的方法，包括：
将一个磨料构件置于一个基底上，其中该磨料构件包括粘结到一个金属基体上的磨料颗粒并且进一步包括一个连通孔隙网络，该连通孔隙网络实质上填充有一种包括金属浸渗剂材料的浸渗剂；并且
将该磨料构件焊接到该基底上。
102.如权利要求101所述的方法，其中焊接包括将一个能量束冲击在该磨料构件与该基底之间的背衬区域上。
103.如权利要求101所述的方法，进一步包括形成该磨料构件。
104.如权利要求103所述的方法，其中，冷压是在大约50kN/cm2（500MPa）与250kN/cm2（2500MPa）之间的压力下进行的。
105.如权利要求104所述的方法，其中，冷压包括将一个均匀的压力施加在该磨料构件的整个长度上。
106.如权利要求105所述的方法，进一步包括形成在冷压过程中延伸穿过该磨料构件的连通孔隙率的孔隙的一个实质上均匀的孔隙直径。
107.如权利要求101所述的方法，其中，焊接包括激光焊接。
108.如权利要求107所述的方法，其中，焊接包括使用CO2激光进行焊接。
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