在未涂層超硬磨料（金剛石和CBN）砂輪的應(yīng)用中，存在三個(gè)日益突出的問題：磨粒把持力不足、磨粒保護(hù)不充分和磨粒與結(jié)合劑發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)（采用金屬和陶瓷結(jié)合劑的砂輪只存在后兩個(gè)問題）。采用超硬磨粒涂層技術(shù)則有助于解決這三個(gè)問題，從而使砂輪的磨削性能得以提高。該技術(shù)就是在磨粒與結(jié)合劑材料結(jié)合并形成砂輪之前在超硬磨粒上涂覆金屬基涂層。
　　磨粒涂層的主要目的是使磨粒更牢固地把持在結(jié)合劑中。把持力的實(shí)際提高程度取決于涂層的類型并與結(jié)合劑系統(tǒng)本身有關(guān)。例如，鎳基涂層通常應(yīng)用于樹脂結(jié)合劑砂輪的超硬磨粒，它可通過增加涂層磨粒與結(jié)合劑之間的表面積來增強(qiáng)把持力，從而增大二者之間的機(jī)械附著力，這有助于防止磨粒過早地從結(jié)合劑中剝落，從而能延長砂輪的使用壽命。
　　樹脂結(jié)合劑砂輪的磨粒涂層
　　超硬磨粒涂層在樹脂結(jié)合劑砂輪上應(yīng)用最為普遍，而鎳和銅是首選使用的涂層材料。鎳是最常用的涂層材料，因?yàn)樗鼉r(jià)格相對低廉且易于涂覆。銅涂層一般應(yīng)用于干式磨削加工，因?yàn)樗哂泻芎玫哪ハ鲄^(qū)散熱作用。
　　涂層厚度取決于涂層材料。銅涂層通常占涂層磨粒總重量的50%；鎳涂層則占涂層磨粒總重量的30%、56%或60%。“涂層占總重量30%時(shí)對金剛石磨粒的把持力當(dāng)然不如占56%時(shí)，但其產(chǎn)生的熱量更少，”General Industrial Diamond公司（位于新澤西州的Whippany）的技術(shù)副總裁Richard Andrews說。“顯然，含量56%的鎳涂層具有更強(qiáng)的磨粒把持力（把持時(shí)間更長），但它產(chǎn)生的熱量也更多。因此，這是一個(gè)尋求平衡的問題。”
　　銀也可以用作樹脂結(jié)合劑砂輪的磨粒涂層，盡管它價(jià)格昂貴，但具有砂輪需要的潤滑性能。“銀涂層超硬砂輪主要用于磨削硬質(zhì)合金鉆頭的螺旋槽，”Diamond Innovations公司（位于俄亥俄州的Worthington）的高級研發(fā)工程師Tim Smith說。
　　最新研發(fā)的一種鎳涂層具有由許多尖峰組成的表面形態(tài)。這些尖峰大大增加了涂層磨粒與結(jié)合劑之間的表面積，從而使磨粒把持力和磨削性能都得到顯著提高。
　　金屬與陶瓷結(jié)合劑砂輪的磨粒涂層
　　在樹脂結(jié)合劑砂輪大量使用磨粒涂層的同時(shí)，一些金屬結(jié)合劑砂輪也使用了磨粒涂層。“大約80%的涂層用于樹脂結(jié)合劑砂輪，其余的用于金屬結(jié)合劑砂輪，”Diamond Abrasives公司（位于紐約）的技術(shù)支持經(jīng)理Gabreil Dontu介紹說。
　　用于金屬結(jié)合劑砂輪的涂層為金屬－碳化物基涂層——這意味著碳化物是在涂層沉積過程中形成的。最常見的涂層材料是碳化鈦和碳化鉻。“這些涂層在增強(qiáng)磨粒把持力上表現(xiàn)極佳，因?yàn)樵谀チ?涂層界面上形成了化學(xué)鍵，而在涂層/結(jié)合劑界面上形成了金屬鍵。”Smith說。
　　如上所述，除了增強(qiáng)磨粒把持力外，涂層還可提供其它好處。金屬－碳化物基涂層還能保護(hù)金剛石磨粒免受砂輪制造過程中可能出現(xiàn)的磨粒與結(jié)合劑發(fā)生不良反應(yīng)的影響。由于加工金屬結(jié)合劑金屬粉末的工藝溫度遠(yuǎn)比加工樹脂結(jié)合劑的工藝溫度高得多，在高溫下，結(jié)合劑中的某些元素會(huì)浸蝕金剛石磨粒，使磨粒變得脆弱，并最終降低砂輪的壽命和磨削性能。“比如說，鐵能浸蝕未涂層的金剛石，在表面形成Fe3C，”Smith說，“這樣就容易使金剛石磨粒發(fā)生逆變或石墨化，而涂層有助于保護(hù)磨粒免受這種剝蝕作用。”
　　金屬結(jié)合劑砂輪取得的另一項(xiàng)進(jìn)展是采用碳化硅涂層（稱作Si2），它的主要作用是允許砂輪制造商在結(jié)合劑里使用高比例的鐵，加工出的砂輪在高溫下也不會(huì)發(fā)生磨粒剝蝕現(xiàn)象。“你可以在100%的鐵基結(jié)合劑中利用Si2涂層保護(hù)金剛石磨粒，”Smith說，“與很多傳統(tǒng)的結(jié)合劑材料——如使用成本昂貴且對環(huán)境有害的鈷——相比，這是一個(gè)更為經(jīng)濟(jì)的選擇。”
　　用于陶瓷結(jié)合劑砂輪中的超硬磨粒涂層顯示出與用于金屬結(jié)合劑砂輪時(shí)相同的優(yōu)點(diǎn)：有助于控制磨粒與陶瓷結(jié)合劑之間潛在的有害化學(xué)反應(yīng)。鈦是用于這種超硬磨粒涂層的典型材料，鈦涂層有助于減輕磨粒在結(jié)合劑中可能發(fā)生的不良化學(xué)反應(yīng)。“在金屬結(jié)合劑砂輪中，涂層是保護(hù)金剛石磨粒免受結(jié)合劑系統(tǒng)的影響；而在陶瓷結(jié)合劑砂輪中，涂層是保護(hù)結(jié)合劑系統(tǒng)免受CBN磨粒的影響。”Smith說。
　　同樣，涂層也增強(qiáng)了磨粒把持力。“在陶瓷結(jié)合劑中使用的玻璃料不夠‘濕潤’，或者說不能與未涂層的磨粒表面很好結(jié)合，”Smith說。因此在磨粒上涂覆碳化鈦涂層能有效提高磨粒的濕潤性并增大把持力。
　　磨粒涂層的缺點(diǎn)
　　使用涂層磨粒超硬砂輪唯一的潛在缺點(diǎn)可能就是成本的增加。“目前市場上供應(yīng)商為砂輪磨粒涂層收取的額外費(fèi)用在0.05～0.1美元之間。”Dontu說。但由于涂層可以提高砂輪的使用壽命，因此這筆花費(fèi)通常還是物有所值。
　　在大多數(shù)情況下，磨粒涂層的超硬磨料砂輪比未涂層的砂輪表現(xiàn)更為出色（盡管也有例外）。“如果砂輪制造商不改進(jìn)結(jié)合劑以充分發(fā)揮涂層的性能優(yōu)勢，那么終端用戶可能就看不出涂層與不涂層之間的區(qū)別。”Smith說，“當(dāng)把結(jié)合劑與涂層作為一個(gè)整體系統(tǒng)來設(shè)計(jì)時(shí)，可以收到最好的效果。例如，可以將鐵基結(jié)合劑與Si2涂層配套使用。但如果仍然使用現(xiàn)有的鈷基結(jié)合劑，那么采用Si2涂層就不會(huì)有任何改進(jìn)性能的效果。”
　　磨粒涂層的選擇
　　那么，終端用戶如何了解應(yīng)購買涂層還是未涂層的超硬磨料砂輪呢？他們需要砂輪制造商或超硬磨料制造商的建議。
　　“我們需要終端用戶與我們共享砂輪的使用信息，如砂輪用于何種加工以及采用的結(jié)合劑類型等，目的在于向用戶推薦合適的涂層濃度或涂層材料。”Dontu說。
　　首先需要考慮的是工件材料，它的特性決定了所使用的磨粒類型。砂輪制造商需要了解工件材料的硬度以及它屬于鐵族材料還是非鐵族材料，以決定應(yīng)選擇金剛石磨粒還是CBN磨粒。砂輪制造商還需要了解工件的表面質(zhì)量要求和加工時(shí)的材料去除率。
　　“設(shè)計(jì)砂輪是一個(gè)按部就班的過程，而這一過程總是從使用要求和最終零件的要求開始。”Dontu說。“你首先必須選擇磨粒材料的種類，然后確定材料的具體類型，再設(shè)計(jì)砂輪的尺寸和結(jié)合劑。在此基礎(chǔ)上，再考慮是否需要涂層。”