磨具自锐性磨粒专利技术综述

李川

摘  要：通过统计分析国内外关于磨具自锐性磨粒技术的专利申请，整理了磨具自锐性磨粒领域的重点技术，同时，对磨具自锐性磨粒的技术分解、核心专利进行分析。

关键词：磨具;自锐;磨粒

中图分类号：T-18 文献标志码：A 文章编号：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

自锐性指磨具磨粒磨钝后，磨削力增大使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的刃口。自锐性磨粒形状不规则、表面粗糙，从而非常容易被结合剂抓牢，并能保持持久的自锐性和锋利切削刃[1]。自锐性磨粒磨具使得磨削轻快、平稳，避免发生磨削振颤，防止磨削堵塞、噪音等不良现象发生，保证加工工件表面的磨削质量[2]。

1 国内外专利现状分析

1.1 专利申请量

图1 磨具自锐性磨粒专利技术国内外专利态势对比

從图中反映出，在全球范围内，磨具自锐性磨粒专利申请量有起伏，但总体上呈上升趋势，该技术在发展过程中主要经历了四个阶段：技术发展初期（1957-1979年）、技术发展积累期（1979-1989年）、技术发展稳定期（1989-2002年）、技术发展快速期（2002年至今）。1989-2002年，专利数呈现出较明显增长，表明技术经过一段时间的积累已相对成熟。2002年至今，专利申请数量迅速增长到年均几十件专利申请，对比国内外专利申请趋势，同时期国外相关专利申请年均趋于稳定，但国内专利申请数量逐年保持较高的增长率，由此可以推测，国内在该领域的技术从2002年起，国内开始重视该领域的技术研发，目前在国内仍处于快速发展期。

1.2 区域分布

从磨具自锐性磨粒专利技术来源国统计来看，美国是最大的技术原创国，专利申请量占比达56.65%，原创申请数量其次是南非、日本和中国等国家，不难推测，南非申请量排名靠前的原因在于，南非以丰富的矿物资源驰名世界，且其黄金、钻石生产量均占世界首位。结合磨具自锐性磨粒专利技术年度分布可知，中国申请量主要是在2005年以后逐步快速增长，反映了中国对该领域技术研发的重视程度。

1.3 重点申请人

图3中列出了磨具自锐性磨粒专利技术申请排名前10位的申请人，从图中可以看出该领域的排名居前的专利申请人主要集中在国外。其中以我国的安徽威铭耐磨材料有限公司数量领先，共计15件;排名第二的申请人为美国的贝克休斯公司，共计14件;排名靠前的申请人还包括法国圣戈班两个子公司，共计20件;从申请人的整体类型来看，该技术领域主要以企业申请为主。

2 重点技术分析

2.1 技术分解

技术分解是对于所分析的技术领域作进一步的细化和分类，在参阅了各种资料并根据专利申请的主要内容，可以从磨粒的结构和工艺进行技术分解。

结构上分为：单晶颗粒，磨料颗粒一般呈针片状且形状不规则，多数为长短轴之比大于2的非等积形;多晶颗粒，由小金刚石颗粒组成的镶嵌结构或者由多个小晶粒组成的团簇、团粒或镶嵌结构;添加氧化铝，氧化铝颗粒表面形貌较多呈不规则形状且边缘有锋利切削刃，可作为辅助磨料改善性。

工艺上分为：调整参数，在磨粒制备过程中通过调整温度、压力等参数进一步改善晶体结构;触媒材料即催化剂，选用合适的触媒材料控制晶体生长速度优化晶体结构;表面涂覆，在磨粒表面通过镀覆处理技术提高金刚石表面粗糙程度。

图4示出了专利申请在各分支的总量占比图，从图中可以看出，磨粒技术中，工艺分支上的申请量大于结构分支上的申请量，但总体上呈基本持平状态。具体到结构而言，多晶分支上的申请量明显大于单晶和氧化铝添加分支，单晶结构不利于其与粘结剂结合，其表面光滑导致与粘结剂机械啮合不牢，易导致磨粒沿解理面劈裂而磨粒直接脱落，而多晶结构磨粒形成微刃破碎而形成较多新刃，且表面凹凸粗糙与粘结剂结合较强，因此，申请人技术改进多集中在多晶结构上。工艺方面，各个分支之间的落差没有那么明显，其中，表面涂覆分支上的申请量占比较高，原因在于直接从磨粒生产工艺上让其表面粗糙较难控制，因此，工艺上的改进多集中在表面镀覆上。

2.2 核心专利

本文通过对专利文献的被引频次、同族数量进行统计，列举引证频次较高的专利文献，如表2。上述专利申请集中在美国、日本、欧专局，同时大多都有同族专利，说明美国、日本以及欧洲在磨具自锐性磨粒领域的研究处于领先地位，其中包括在磨削领域上较有影响力的NORTON、3M公司等。图5显示了这些核心专利的技术内容。

从结构上而言，单晶磨粒表面光滑与结合剂之间机械结合不牢，磨削过程中易过早脱落，磨粒磨损沿解理面劈裂贯穿整个晶体，且切削刃少锋利性差;而多晶结构磨粒（US5039311A 、US20080209818A1），晶形不规则、以针片状形状居多，表面粗造凸凹不平，明显提高把持力，磨削时能保持锋利自锐性。添加氧化铝微粉颗粒作为辅助磨料（DE19951250、CN101921575），其颗粒形状不规则具有较多锋利切削刃，能够改善磨具自锐性。

从工艺上而言，一方面从磨粒结构本身出发通过控制工艺参数（US20100300764A1）和催化剂选用，控制晶体生长速度，满足晶体不规则的特殊形态。通过表面镀覆提高磨粒表面粗糙程度能够提高自锐性，如采用铁，镍，钴，锰，铬等合金涂层（EP712941）对磨粒表面进行粗化，采用熔融浸渍涂覆涂层（GB1139522A）或刚玉，利用溶胶-凝胶涂覆涂层（US20070234646A1）。

3 结束语

关于自锐性磨粒技术，从全球范围来看，核心专利仍然集中在美国、日本、欧洲等发达国家。虽然我国从2002年开始，专利申请量在该领域逐渐上升，但是相关技术部分还处于研发布局阶段。自锐性磨粒在结合剂中把持牢固，避免过早脱落，能够提高磨具寿命，自锐性磨粒技术是迫切需要解决的难题。

参考文献：

[1]史冬丽，赵延军，李克华，等.自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究[J].金刚石与磨料磨具工程，2005（3）：59-61.

[2]王秦生，宋诚.自锐性金刚石磨料的特征及使用性能[J].河南工业大学学报（社会科学版），2002，18（1）：1-4.