本发明涉及一种基于氧化铝的熔融晶粒、所述晶粒的混合物还有用于制造所述晶粒的方法以及包含所述晶粒的混合物的研磨工具。本发明还涉及根据本发明的晶粒用于研磨钢表面的用途。
背景技术：
1、研磨工具根据整修其磨料晶粒的方法通常分为：游离磨料(晶粒粉末，不附着至背衬，用于喷涂或混悬)、涂附磨料(布或纸背衬，晶粒以多层方式放置在其上)和粘结磨料(圆形砂轮、磨棒等)。
2、在粘结磨料中，磨料晶粒用有机或玻璃粘合剂压制而成，粘合剂通常是由基本上是硅酸盐化的氧化物组成的。磨料晶粒本身必须具有良好的机械耐磨性，并与粘合剂具有良好的机械粘结性，即界面必须是坚固的。
3、在磨料晶粒中，熔融晶粒和烧结晶粒是有区别的，它们具有不同的微观结构。因此，烧结晶粒和熔融晶粒所带来的问题以及解决这些问题所采用的技术方案通常是不同的。因此，为制造熔融晶粒而开发的组合物不能先验地用于制造具有相同特性的烧结晶粒，反之亦然。
4、wo2004094554描述了包含以基于氧化物的重量百分比计的1.5％至6.5％的mgo的铝质熔融晶粒。
5、us2,279,260描述了包含大于8重量％的cr2o3的铝质熔融晶粒。为了限制晶粒中尖晶石的形成，大于2％的mgo的存在需要存在至少一种酸性氧化物，例如sio2、tio2、zro2或b2o3。
6、因此，需要不断改进基于氧化铝的熔融晶粒的性能，并且特别是：
7、-在其中熔融晶粒用作磨料的应用中，在保持能量效率的同时提高功效大于或基本等于现有技术的晶粒的功效，或
8、-同样地，在保持功效大于或基本等于现有技术的晶粒的功效的同时，提高所述能量效率。
9、本发明的一个目的是至少部分地满足这一需求。
技术实现思路
1、根据本发明，该目的通过具有以下化学分析的任选经煅烧的熔融晶粒来实现，以基于氧化物的重量百分比计：
2、mgo：2.5％至5.8％；
3、cr2o3：0.2％至4.5％；
4、除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物：≤1.5％；
5、al2o3：至100％的余量。
6、如将在说明书的其余部分更详细地看到的那样，发明人发现上述化学组成赋予的功效和/或能量效率高于已知的氧化铝熔融晶粒的功效和/或能量效率。
7、根据本发明的熔融晶粒还可以具有以下任选特征中的一者或多者：
8、-mgo≥2.7％，优选mgo≥2.9％，优选mgo≥3.1％，优选mgo≥3.5％，优选mgo≥4.0％，和/或优选mgo≤5.5％，优选mgo≤5.2％，优选mgo≤5.1％，优选mgo≤5％，以基于氧化物的重量百分比计；
9、-cr2o3≥0.3％，优选cr2o3≥0.35％，优选cr2o3≥0.4％，优选cr2o3≥0.7％，优选cr2o3≥1.0％和/或cr2o3≤4.0％，优选cr2o3≤3.5％，优选cr2o3≤3.0％，优选cr2o3≤2.7％，优选cr2o3≤2.5％，优选cr2o3≤2.2％，优选cr2o3≤2％，以基于氧化物的重量百分比计；
10、-除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物的含量小于1.4％，优选小于1.3％，优选小于1.0％，优选小于0.9％，优选小于0.8％，优选小于0.7％，优选小于0.6％，优选小于0.5％，优选小于0.4％，以基于氧化物的重量百分比计；
11、-na2o≤0.3％，优选na2o≤0.1％，以基于氧化物的重量百分比计；
12、-sio2≤0.3％，优选sio2≤0.1％，以基于氧化物的重量百分比计；
13、-碳含量大于20ppm、优选大于50ppm、优选大于100ppm和/或小于0.5％，优选小于0.3％、优选小于0.15％、优选小于0.1％，以基于熔融晶粒重量的重量百分比计；
14、-通过热酸蚀刻释放的氢气量大于15cm3/100g，优选大于30cm3/100g，优选大于50cm3/100g，和/或小于500cm3/100g，优选小于400cm3/100g，优选小于300cm3/100g，优选小于200cm3/100g；
15、-氧化物化合物的含量大于96％，优选大于97％，以基于熔融晶粒重量的重量百分比计；
16、-熔融晶粒具有基本上由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体被元素cr至少部分以金属形式位于其中的边界分隔，并优选
17、-对于由所述晶粒组成的混合物，通过热酸蚀刻释放的氢气量(以每100g晶粒的气体体积表示)大于15cm3/100g且小于500cm3/100g，和/或
18、-所述晶粒的碳含量大于20ppm并且小于0.4％，以基于所述熔融晶粒重量的重量百分比计；
19、-熔融晶粒具有基本由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体被mgo位于其中的边界分隔，优选基本完全以非化学计量和/或化学计量的mgal2o4尖晶石形式存在，和/或以非化学计量和/或化学计量的mgcr2o4尖晶石形式存在，至少一部分元素cr优选呈cr3+形式，插入到氧化铝晶体的晶格中，并且优选地，
20、-对于由所述晶粒组成的混合物，通过热酸蚀刻释放的氢气量(以每100g晶粒的气体体积表示)小于15cm3/100g，和/或
21、-所述晶粒的碳含量小于500ppm，以基于所述熔融晶粒重量的重量百分比计。
22、在特别的实施方式中：
23、-mgo≥2.9％且mgo≤5.5％且cr2o3≥0.3％且cr2o3≤4.0％，除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物的含量小于1.3％；
24、-mgo≥3.1％且mgo≤5.2％且cr2o3≥0.4％且cr2o3≤3.5％，除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物的含量小于1.0％；
25、-mgo≥3.5％且mgo≤5.1％且cr2o3≥0.7％且cr2o3≤3.0％，除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物的含量小于0.5％；
26、-mgo≥4.0％且mgo≤5.0％且cr2o3≥1.0％且cr2o3≤2.5％，除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物的含量小于0.4％；
27、氧化物化合物的含量每次大于96％，优选大于97％，以基于熔融晶粒重量的重量百分比计。
28、在一个特别的实施方式中，根据本发明的熔融晶粒具有以下化学分析，以基于氧化物重量的重量百分比表示：
29、-mgo：2.5％至5.5％；
30、-cr2o3：0.2％至3％；
31、-除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物；≤1％；
32、-al2o3：至100％的余量。
33、本发明还涉及一种晶粒混合物，其包含以重量百分比计大于80％的根据本发明的熔融晶粒。
34、本发明还涉及一种用于制造根据本发明的熔融晶粒混合物的方法，所述方法包括以下依次步骤：
35、a)混合原材料以便形成适用于制造所述晶粒混合物的进料，
36、b)在还原介质中熔融所述进料直至获得熔融材料，
37、c)冷却所述熔融材料，以便在小于3分钟内完全固化，并获得固体物质，
38、d)任选地并且特别是如果步骤c)没有导致获得晶粒，则研磨所述固体物质，
39、e)任选地，粒度选择。
40、元素cr通常作为杂质引入mg或al源中时，其量不足以使其在熔融晶粒中的含量超过0.2％。优选地，元素cr被有意地、优选通过控制添加引入到进料中，优选通过添加cr2o3含量大于90重量％、优选大于95重量％的粉末。
41、根据本发明的制造方法还可以具有以下任选特征中的一者或多者：
42、-该方法，在步骤c)之后、如果该方法包括步骤d)则优选在步骤d)之后以及如果该方法包括步骤e)则优选在步骤e)之后，包括步骤f)煅烧所产生的晶粒混合物，所述煅烧优选在氧化气氛中，优选在800℃以上且优选在1700℃以下的温度下进行，煅烧期间达到的最高温度优选维持至少30分钟的时间段；
43、-在一个实施方式中，煅烧是在氧化气氛中并且在高于1280℃并且优选低于1700℃的温度下进行的，煅烧期间达到的最高温度优选维持至少30分钟的时间段；然后获得的煅烧熔融晶粒具有基本上由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体被mgo位于其中的边界分隔，优选基本上完全以非化学计量和/或化学计量的mgal2o4尖晶石形式存在和/或以非化学计量和/或化学计量的mgcr2o4尖晶石形式存在，至少一部分的元素cr优选以cr3+形式存在，被插入到氧化铝晶体的晶格中；当在步骤f)之前获得的熔融晶粒根据上述优选实施方式时，通过热酸蚀刻释放的最大氢气量(以每100g晶粒的气体体积表示)则小于15cm3/100g和/或经煅烧的熔融晶粒的碳含量小于500ppm(以基于熔融晶粒重量的重量百分比表示)；
44、-该方法，在步骤c)之后，如果该方法包括步骤d)则优选在步骤d)之后，以及如果该方法包括步骤e)则优选在步骤e)之后，包括优选在氧化气氛中在优选高于800℃且低于或等于1280℃的温度下进行的煅烧步骤f)，煅烧期间达到的最高温度优选维持至少30分钟的时间段；获得的煅烧熔融晶粒则具有基本由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体由元素cr至少部分地呈金属形式位于其中的边界分隔；当步骤f)之前获得的熔融晶粒为根据上述的优选实施方式时，通过热酸蚀刻释放的氢气量以每100g晶粒的气体体积表示，大于15cm3/100g且小于500cm3/100g，和/或经煅烧的熔融晶粒的碳含量以基于熔融晶粒重量的重量百分比计大于30ppm且小于0.4％。
45、在一个实施方式中，该方法不包括在步骤c)之后、或步骤d)之后或步骤e)之后的在800℃以上1700℃以下的温度下煅烧的步骤f)。换句话说，晶粒用作磨料，并且特别是由粘合剂粘合并团聚或沉积在背衬上，以形成研磨工具，而无需煅烧。
46、本发明还涉及一种研磨工具，其包括由粘合剂结合并粘合的晶粒(例如以砂轮的形式)，或沉积在基材(例如带或盘)上，该工具值得注意的是以重量百分比计至少一部分、优选大于50％、优选大于70％、优选大于80％、优选大于90％、优选大于95％、优选大于99％、并且优选全部的所述晶粒是根据本发明的。
47、特别地，研磨工具可以是修整砂轮、精密砂轮、锐化砂轮、切断砂轮、用于从本体进行机加工的砂轮、修整或粗加工砂轮、调节砂轮、便携式砂轮、铸造砂轮、钻头砂轮、安装式砂轮、圆柱砂轮、圆锥砂轮、盘式砂轮或分段砂轮或任何其他类型的砂轮。
48、总之，本发明涉及一种用于处理表面、优选由钢制成的表面的方法，所述方法包括用根据本发明的晶粒混合物或根据本发明的方法制造的晶粒混合物研磨所述表面的操作。
49、优选地，该方法包括：
50、-制造根据本发明的晶粒混合物，优选根据本发明的制造方法，然后
51、-用所述晶粒混合物、优选呈根据本发明的研磨工具的形式研磨所述表面的操作。
52、根据本发明的晶粒特别推荐用于钢、特别是不锈钢和硬钢的机加工。
53、在一个实施方式中，表面由硬钢制成，并且所述混合物的所述熔融晶粒具有基本上由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体被至少部分地为金属形式的元素cr位于其中的边界分隔，优选具有通过热酸蚀刻释放的氢气量，以每100g晶粒的气体体积表示，大于15cm3/100g且小于500cm3/100g，和/或碳含量大于20ppm且小于0.4％、优选小于500ppm，以基于熔融晶粒重量的重量百分比表示，和/或根据包括在低于或等于1280℃的煅烧温度下、优选在氧化气氛中进行的煅烧步骤f)的方法制造。优选地，所述熔融晶粒是根据下文详述的第一具体实施方式。
54、在一个实施方式中，表面由不锈钢制成，并且获得的煅烧熔融晶粒则具有基本上由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体被mgo位于其中的边界分开，优选基本上完全以非化学计量和/或化学计量的mgal2o4尖晶石形式存在和/或以非化学计量和/或化学计量的mgcr2o4尖晶石形式存在，至少一部分的元素cr、优选呈cr3+形式，插入到氧化铝晶体的晶格中，优选具有的以每100g晶粒的气体体积表示的通过热酸蚀刻释放的氢气量小于15cm3/100g和/或具有的碳含量小于500ppm，以基于熔融晶粒重量的重量百分比表示，和/或根据包括在高于1280℃且优选低于1700℃的煅烧温度下、优选在氧化气氛中进行的煅烧步骤f)的方法制造。优选地，所述熔融晶粒是根据下文详述的第二具体的实施方式。
55、定义
56、根据本发明的晶粒的氧化物含量涉及每种相应化学元素的总含量，包括对于“除了mgo、cr2o3和al2o3之外的氧化物”，根据行业标准惯例，以最稳定氧化物的形式表示；因此包括低价氧化物和任选的氮化物、氮氧化物、碳化物、碳氧化物、碳氮化物或甚至上述元素的金属物质。
57、术语“杂质”意指必然随进料引入的不可避免的成分。特别地，属于氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、碳氧化物、碳氮化物以及钠和其他碱金属、铁和钒的金属物质的组的化合物是杂质。作为实例，在al和mg源中，可以提及sio2、fe2o3或na2o。
58、氧化物的“前体”应理解为意指能够在根据本发明的晶粒或晶粒混合物的制造过程中提供所述氧化物的成分。
59、“晶粒”是所有尺寸均小于20mm的颗粒。
60、“基于氧化铝的晶粒”是指按基于氧化物的百分比计，包含大于85重量％的氧化铝的晶粒。
61、“熔融晶粒”或更广泛的“熔融产品”应理解为意指通过熔融材料的冷却而固化而获得的固体晶粒(或产品)。
62、“熔融材料”是通过加热进料而变成液体的物质，其可以含有一些固体颗粒，但是其量不足以使所述物质具有结构。为了保持其形状，熔融材料必须容纳在容器内。根据本发明的基于氧化物的熔融晶粒通常通过在高于1900℃下熔融而获得。
63、粉末的“中值尺寸”是指将颗粒分成重量相等的第一群体和第二群体的尺寸，这些第一群体和第二群体仅包含尺寸大于或等于或分别小于中值尺寸的颗粒。粉末的中值尺寸可以使用利用激光粒度仪产生的粒度分布来确定。
64、在本说明书中，除非另有提及，否则晶粒的所有组成均以基于晶粒氧化物总重量的重量百分比给出。
1.一种具有以下化学分析的熔融晶粒，以基于氧化物的重量百分比计：
2.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
3.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
4.如前述权利要求中任一项所述的熔融晶粒，其中：
5.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
6.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
7.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
8.如前述权利要求中任一项所述的熔融晶粒，其中：
9.如紧接前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
10.如前述权利要求中任一项所述的熔融晶粒，其中：
11.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
12.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
13.如前一项权利要求所述的熔融晶粒，其中：
14.如权利要求1至9中任一项所述的熔融晶粒，其具有基本上由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体被至少部分以金属形式的元素cr位于其中的边界分隔。
15.如紧接前一项权利要求所述的熔融晶粒，
16.如权利要求1至9中任一项所述的熔融晶粒，其具有基本由氧化铝晶体组成的微观结构，所述晶体被mgo位于其中的边界分隔，mgo优选基本完全以非化学计量和/或化学计量的mgal2o4尖晶石形式存在，和/或以非化学计量和/或化学计量的mgcr2o4尖晶石形式存在，至少一部分元素cr插入到所述氧化铝晶体的晶格中。
17.如紧接前一项权利要求所述的熔融晶粒，
18.一种晶粒混合物，其包含以重量百分比计的大于80％的如前述权利要求中任一项所述的熔融晶粒。
19.一种用于制造如紧接前一项权利要求所述的熔融晶粒混合物的方法，所述方法包括以下依次步骤：
20.如紧接前一项权利要求所述的方法，其包括在步骤c)之后，研磨在步骤c)结束时获得的固体物质的步骤d)，和/或粒度选择的步骤e)。
21.如紧接前两项权利要求中任一项所述的方法，其在步骤c)之后或在步骤d)之后或在步骤e)之后，不包括在高于800℃且低于1700℃的温度下煅烧的步骤f)。
22.如权利要求19和20中任一项所述的方法，其包括在高于800℃且低于1700℃的温度下煅烧的步骤f)。
23.如紧接前一项权利要求中所述的方法，其中，煅烧步骤f)在氧化气氛中进行。
24.如紧接前两项权利要求中任一项所述的方法，其中，煅烧温度低于或等于1280℃。
25.如权利要求22和23中任一项所述的方法，其中，煅烧温度高于1280℃。
26.一种用于处理表面的方法，所述方法包括用如权利要求18所述的或者根据如权利要求19至25中任一项所述的方法制造的晶粒混合物来研磨所述表面的操作。
27.如紧接前一项权利要求所述的方法，其中：
28.一种包含由粘合剂结合并且键合或沉积于支持物上的晶粒的研磨工具，所述晶粒的至少一部分根据如权利要求1至17中任一项所述。
29.如紧接前一项权利要求所述的研磨工具，其包含大于80％的如权利要求1至17中任一项所述的晶粒。
30.如紧接前两项权利要求中任一项所述的研磨工具，其呈砂轮、带或盘的形式。
31.一种用于制造研磨工具的方法，其包括将粘合剂添加到晶粒中，然后团聚，或者将晶粒沉积在背衬上，至少一部分的所述晶粒、优选基本上所有的晶粒根据如权利要求19至25中的任一项所述的方法制造。
