磨具自銳性磨粒專利技術(shù)綜述

李川

摘? 要：通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于磨具自銳性磨粒技術(shù)的專利申請(qǐng)，整理了磨具自銳性磨粒領(lǐng)域的重點(diǎn)技術(shù)，同時(shí)，對(duì)磨具自銳性磨粒的技術(shù)分解、核心專利進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：磨具;自銳;磨粒

中圖分類號(hào)：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）24-0022-03

Abstract： Through the statistical analysis of the patent applications for self-sharpening abrasive technology at home and abroad， this paper collates the key technologies in the field of self-sharpening abrasive particles， and analyzes the technical decomposition and core patents of self-sharpening abrasive particles.

Keywords： abrasive tools; self-sharpening; abrasive particles

引言

自銳性指磨具磨粒磨鈍后，磨削力增大使磨粒破碎或脫落，重新露出鋒利的刃口。自銳性磨粒形狀不規(guī)則、表面粗糙，從而非常容易被結(jié)合劑抓牢，并能保持持久的自銳性和鋒利切削刃[1]。自銳性磨粒磨具使得磨削輕快、平穩(wěn)，避免發(fā)生磨削振顫，防止磨削堵塞、噪音等不良現(xiàn)象發(fā)生，保證加工工件表面的磨削質(zhì)量[2]。

1 國(guó)內(nèi)外專利現(xiàn)狀分析

1.1 專利申請(qǐng)量

圖1 磨具自銳性磨粒專利技術(shù)國(guó)內(nèi)外專利態(tài)勢(shì)對(duì)比

從圖中反映出，在全球范圍內(nèi)，磨具自銳性磨粒專利申請(qǐng)量有起伏，但總體上呈上升趨勢(shì)，該技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中主要經(jīng)歷了四個(gè)階段：技術(shù)發(fā)展初期（1957-1979年）、技術(shù)發(fā)展積累期（1979-1989年）、技術(shù)發(fā)展穩(wěn)定期（1989-2002年）、技術(shù)發(fā)展快速期（2002年至今）。1989-2002年，專利數(shù)呈現(xiàn)出較明顯增長(zhǎng)，表明技術(shù)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累已相對(duì)成熟。2002年至今，專利申請(qǐng)數(shù)量迅速增長(zhǎng)到年均幾十件專利申請(qǐng)，對(duì)比國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)，同時(shí)期國(guó)外相關(guān)專利申請(qǐng)年均趨于穩(wěn)定，但國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)數(shù)量逐年保持較高的增長(zhǎng)率，由此可以推測(cè)，國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)從2002年起，國(guó)內(nèi)開(kāi)始重視該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，目前在國(guó)內(nèi)仍處于快速發(fā)展期。

1.2 區(qū)域分布

從磨具自銳性磨粒專利技術(shù)來(lái)源國(guó)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，美國(guó)是最大的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)，專利申請(qǐng)量占比達(dá)56.65%，原創(chuàng)申請(qǐng)數(shù)量其次是南非、日本和中國(guó)等國(guó)家，不難推測(cè)，南非申請(qǐng)量排名靠前的原因在于，南非以豐富的礦物資源馳名世界，且其黃金、鉆石生產(chǎn)量均占世界首位。結(jié)合磨具自銳性磨粒專利技術(shù)年度分布可知，中國(guó)申請(qǐng)量主要是在2005年以后逐步快速增長(zhǎng)，反映了中國(guó)對(duì)該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的重視程度。

1.3 重點(diǎn)申請(qǐng)人

圖3中列出了磨具自銳性磨粒專利技術(shù)申請(qǐng)排名前10位的申請(qǐng)人，從圖中可以看出該領(lǐng)域的排名居前的專利申請(qǐng)人主要集中在國(guó)外。其中以我國(guó)的安徽威銘耐磨材料有限公司數(shù)量領(lǐng)先，共計(jì)15件;排名第二的申請(qǐng)人為美國(guó)的貝克休斯公司，共計(jì)14件;排名靠前的申請(qǐng)人還包括法國(guó)圣戈班兩個(gè)子公司，共計(jì)20件;從申請(qǐng)人的整體類型來(lái)看，該技術(shù)領(lǐng)域主要以企業(yè)申請(qǐng)為主。

2 重點(diǎn)技術(shù)分析

2.1 技術(shù)分解

技術(shù)分解是對(duì)于所分析的技術(shù)領(lǐng)域作進(jìn)一步的細(xì)化和分類，在參閱了各種資料并根據(jù)專利申請(qǐng)的主要內(nèi)容，可以從磨粒的結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行技術(shù)分解。

結(jié)構(gòu)上分為：?jiǎn)尉ьw粒，磨料顆粒一般呈針片狀且形狀不規(guī)則，多數(shù)為長(zhǎng)短軸之比大于2的非等積形;多晶顆粒，由小金剛石顆粒組成的鑲嵌結(jié)構(gòu)或者由多個(gè)小晶粒組成的團(tuán)簇、團(tuán)粒或鑲嵌結(jié)構(gòu);添加氧化鋁，氧化鋁顆粒表面形貌較多呈不規(guī)則形狀且邊緣有鋒利切削刃，可作為輔助磨料改善性。

工藝上分為：調(diào)整參數(shù)，在磨粒制備過(guò)程中通過(guò)調(diào)整溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)一步改善晶體結(jié)構(gòu);觸媒材料即催化劑，選用合適的觸媒材料控制晶體生長(zhǎng)速度優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu);表面涂覆，在磨粒表面通過(guò)鍍覆處理技術(shù)提高金剛石表面粗糙程度。

圖4示出了專利申請(qǐng)?jiān)诟鞣种У目偭空急葓D，從圖中可以看出，磨粒技術(shù)中，工藝分支上的申請(qǐng)量大于結(jié)構(gòu)分支上的申請(qǐng)量，但總體上呈基本持平狀態(tài)。具體到結(jié)構(gòu)而言，多晶分支上的申請(qǐng)量明顯大于單晶和氧化鋁添加分支，單晶結(jié)構(gòu)不利于其與粘結(jié)劑結(jié)合，其表面光滑導(dǎo)致與粘結(jié)劑機(jī)械嚙合不牢，易導(dǎo)致磨粒沿解理面劈裂而磨粒直接脫落，而多晶結(jié)構(gòu)磨粒形成微刃破碎而形成較多新刃，且表面凹凸粗糙與粘結(jié)劑結(jié)合較強(qiáng)，因此，申請(qǐng)人技術(shù)改進(jìn)多集中在多晶結(jié)構(gòu)上。工藝方面，各個(gè)分支之間的落差沒(méi)有那么明顯，其中，表面涂覆分支上的申請(qǐng)量占比較高，原因在于直接從磨粒生產(chǎn)工藝上讓其表面粗糙較難控制，因此，工藝上的改進(jìn)多集中在表面鍍覆上。

2.2 核心專利

本文通過(guò)對(duì)專利文獻(xiàn)的被引頻次、同族數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，列舉引證頻次較高的專利文獻(xiàn)，如表2。上述專利申請(qǐng)集中在美國(guó)、日本、歐專局，同時(shí)大多都有同族專利，說(shuō)明美國(guó)、日本以及歐洲在磨具自銳性磨粒領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位，其中包括在磨削領(lǐng)域上較有影響力的NORTON、3M公司等。圖5顯示了這些核心專利的技術(shù)內(nèi)容。

從結(jié)構(gòu)上而言，單晶磨粒表面光滑與結(jié)合劑之間機(jī)械結(jié)合不牢，磨削過(guò)程中易過(guò)早脫落，磨粒磨損沿解理面劈裂貫穿整個(gè)晶體，且切削刃少鋒利性差;而多晶結(jié)構(gòu)磨粒（US5039311A 、US20080209818A1），晶形不規(guī)則、以針片狀形狀居多，表面粗造凸凹不平，明顯提高把持力，磨削時(shí)能保持鋒利自銳性。添加氧化鋁微粉顆粒作為輔助磨料（DE19951250、CN101921575），其顆粒形狀不規(guī)則具有較多鋒利切削刃，能夠改善磨具自銳性。

從工藝上而言，一方面從磨粒結(jié)構(gòu)本身出發(fā)通過(guò)控制工藝參數(shù)（US20100300764A1）和催化劑選用，控制晶體生長(zhǎng)速度，滿足晶體不規(guī)則的特殊形態(tài)。通過(guò)表面鍍覆提高磨粒表面粗糙程度能夠提高自銳性，如采用鐵，鎳，鈷，錳，鉻等合金涂層（EP712941）對(duì)磨粒表面進(jìn)行粗化，采用熔融浸漬涂覆涂層（GB1139522A）或剛玉，利用溶膠-凝膠涂覆涂層（US20070234646A1）。

3 結(jié)束語(yǔ)

關(guān)于自銳性磨粒技術(shù)，從全球范圍來(lái)看，核心專利仍然集中在美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家。雖然我國(guó)從2002年開(kāi)始，專利申請(qǐng)量在該領(lǐng)域逐漸上升，但是相關(guān)技術(shù)部分還處于研發(fā)布局階段。自銳性磨粒在結(jié)合劑中把持牢固，避免過(guò)早脫落，能夠提高磨具壽命，自銳性磨粒技術(shù)是迫切需要解決的難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]史冬麗，趙延軍，李克華，等.自銳性金剛石樹(shù)脂砂輪磨削性能的研究[J].金剛石與磨料磨具工程，2005（3）：59-61.

[2]王秦生，宋誠(chéng).自銳性金剛石磨料的特征及使用性能[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2002，18（1）：1-4.