[发明专利]金属结合剂磨石及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于平顶珩磨加工(plateau honing process)的金属结合剂磨石(メタルボンド砥石(metal bonded grinding stone))及其制造方法。

背景技术

近年来，在所有领域中，正在致力解决环境问题。在车辆中，提高燃料效率是一个应致力解决的重大事项。提高燃料效率的对策之一是，减小气缸与活塞之间的摩擦。该摩擦的减小不仅关系到燃料效率的提高而且关系到运动性能的提高。

为了实现上述的摩擦减小，有效的是平顶珩磨加工方法。图10为实施了平顶珩磨加工的气缸截面的放大示意图，在经平顶珩磨加工的气缸100的表面上，形成了多个平顶(山丘)101和低谷102，低谷102形成在相邻的平顶101、101之间。平顶101的顶面103的面粗糙度减小使磨耗降低，并用蓄积在低谷102中的油来维持顶面103与活塞之间的润滑。其结果，能够兼备滑动性和润滑性。

作为适于以上所述的平顶珩磨加工的磨石，有人提出了金属结合剂磨石(例如，参见专利文献1。)。

在专利文献1的段落编号[0049]中记载了，“制造条件为：含有硫酸钡(BaSO₄)的实施例的磨石的烧结温度为500℃，并且成型压力为15MPa。所有磨石均是对配制的混合粉末同时进行加热加压(热压机)而制作的。”。

本发明人在上述烧结条件(500℃、15MPa)下，对金属结合剂磨石材料进行加压烧结。烧结后，虽然在专利文献1中未说明，但通过停止向加热器的通电以进行冷却，由此得到金属结合剂磨石。此时的冷却速度为5.8℃/分钟。所得到的金属结合剂磨石的截面示意图如下。

图11为现有的金属结合剂磨石的截面示意图，在该金属结合剂磨石110中，基本体系是将钴(Co)颗粒111、约5μm的磨粒112和二硫化钨(WS₂)颗粒113分散于作为母材的金属系结合材料Mb中，但发现其中还包含约30μm的结块115。

该结块115是这样生成的：由于以提高机械特性的目的添加的填料的分散不充分，因此作为填料的钴颗粒111和二硫化钨颗粒113聚集在作为母材的金属系结合材料Mb的粗大结晶中，从而生成结块115。与周围区域相比，这样的结块115较脆弱。

图12为图11的说明图，用金属结合剂磨石110进行磨削片刻，结果结块115从表面脱落，形成约30μm径的较大的槽(pockets)116。因此，保持力降低，随着磨粒的脱落进行磨削量降低，并且随着结块脱落的进行磨耗激增，由此知道现有的金属结合剂磨石110有寿命短这样的问题。

此外，在专利文献1的权利要求1中记载了，“一种超磨粒金属结合剂磨石，其是在含有金属质颗粒和玻璃质颗粒的烧结性金属结合剂中分散含有超磨粒和硫酸钡的软质磨粒，然后通过烧结使其成为一体而形成的。”，在专利文献1的权利要求2中记载了，“烧结性金属结合剂的成分为25体积％～75体积％的金属质颗粒和25体积％～75体积％的玻璃质颗粒…”。

另外，对于金属质颗粒，在专利文献1段落编号[0046]第2行～第3行记载了，“…作为金属质颗粒，可以采用铜(Cu)和锡(Sn)的混合粉或合金粉。”

铜(Cu)和锡(Sn)的混合粉或合金粉为烧结时熔融的物质。本发明人进行研究的结果发现，该熔融物质的含量对磨石的寿命产生较大影响。即，如专利文献1所示，如果在25体积％～75体积％的宽范围内选择熔融物质的含量，则寿命会发生变化。由于磨石的寿命对磨削工序中的生产率和生产计划产生较大影响，因此有必要稳定地延长寿命。

此外，在专利文献1段落编号[0051]中示出了表。在该表的第10行～第12行中记载了磨石体积比(％)，示出实施例1～7中的硬质磨粒为6.2体积％、18.8体积％、软质磨粒为12.2体积％～34.7体积％、粘合剂(binder)为59.1体积％～81.6体积％。进而，在该表第3行记录了，硬质磨粒为CBN或SD(金刚石)，在该表第4行记录了，软质磨粒为BaSO₄(硫酸钡)。

在专利文献1段落编号[0031]中记载了，以CBN和金刚石为代表的超磨粒的优选粒径为1μm～200μm。此外，在专利文献1段落编号[0034]第6行中记载了，硫酸钡的更优选的粒径为5μm～10μm。