1 引言

超硬磨料（金刚石、立方氮化硼）以其极高的硬度、耐磨性已在机械工程领域获得普遍认可［1-2］。电镀立方氮化硼砂轮是采用复合电镀技术，通过金属电沉积方法将CBN 均匀夹杂于镀层中。与其他砂轮相比制作能耗低很多，且可以用简单的设备电镀各种形状复杂的砂轮，特别适宜于高速、超高速磨削，砂轮线速度可达200m/s～500m/s，具有广阔的发展前景［3-4］。本文从专利分析的角度出发，检索、筛选、统计从1975—2019 年全球范围内的电镀立方氮化硼砂轮相关技术的专利申请，对技术发展脉络、申请量、申请地域、主要申请人进行梳理统计分析，以便在专利筛选分析工作中有效利用。

2 专利申请分析

2.1 关键词和数据库

采用INCOPAT 专利数据库作为数据源，检索年份截止到2019 年，选用的中文关键词为：立方氮化硼、正方体氮化硼、立方体氮化硼、轮、盘、磨具、辊、电镀等，英文关键词为：cbn、abn、cubic boron nitride、c-bn、wheel、disc、disk、plate、roller、grind、polish、abras、buzzer、electroplat、electrofac、electrochemical plating、galvanography plating等。IPC 分类号涉及：B24B、B24C、B24D、B23D、B23F、C25D。根据以上检索要素检索得到的专利申请进行筛选，建立专利申请数据库，作为本文的研究对象。

2.2 技术分支和技术路线分析

图1 电镀CBN砂轮技术分支图

电镀CBN 砂轮技术专利内容主要集中在对电镀过程、镀液、镀层的改进；对砂轮结构的改进如排屑槽结构、超声或激光辅助的砂轮制造、新的仿形方法；对超硬磨料的改进如磨料预处理、微观性态的改进与镀前分选等。图1 为电镀CBN 砂轮技术分支图。由图中可以看出，电镀CBN 砂轮技术专利主要是对结构和工艺的改进，分别占比47.49%、43.01%，对磨料改进的专利申请量仅占9.5%。由这些技术分支可以整理出电镀CBN 砂轮技术发展的三条主要技术路线，即对砂轮制造工艺的改进、对砂轮结构的改进和对磨料的改进。将涉及这三条技术路线的专利按年代顺序进行梳理得到电镀CBN砂轮技术演进路线图（如图2所示）。

图2 电镀CBN砂轮技术路线图

最早关于电镀CBN砂轮技术方面的专利可以追溯到1975年，专利（公开号：FRA1）中公开了一种矿用采掘岩切割锯，采用一系列金刚石或立方氮化硼通过粉末冶金或电镀方法连接到柔性金属线上。采用电镀工艺得到的砂轮基体金属、镀层金属和磨料界面并不是真正的化学冶金结合，因而把持力不大，在负荷较重的高效磨削时，砂轮容易因磨粒的脱落或镀层成片脱落而导致砂轮整体失效，此外，砂轮表面的磨料分布不均匀，等高性差，影响了砂轮的切削性能和加工质量。为了克服上述缺点，国内外研究学者针对砂轮成型工艺和砂轮结构进行了深入研究，分别从镀液成分、电镀条件（温度、时间等参数）、磨料排序、镀层结构等方面进行改进。专利（公开号：CNA）公开了一种高精密电镀CBN 砂轮的制造工艺，包括基体及磨粒准备、镀液调制、上砂和电镀、磨粒等高性改善处理、镀后处理工艺等步骤，通过磨粒等高性改善处理提高砂轮磨粒的等高性，使尽可能多的磨料处在相同的层面上，使更多的磨料能够同时参与磨削，提高磨削效率并且从微观上减低被磨工件表面的高低不平，从而提高了该砂轮的制造精度。申请人信越化学工业株式会社申请的专利（公开号：CNA）中公开了一种用于制造外刀切削轮的方法和夹具组件，通过将永磁体片布置在侧表面并在基体外周面以内的位置以形成磁场，将磁体涂覆到金刚石或CBN 研磨颗粒上以使磁场能够作用于颗粒，导致颗粒被磁吸引到基体外周面上，并且进行电镀或无电涂镀，借此研磨颗粒被结合到基体外周面上以形成刀片部分。

随着汽车、航空航天、半导体等行业对精磨切磨加工的需求进一步增加，其对电镀CBN 砂轮的加工精度与耐磨性等提出了更高的要求。近年来，国内外学者开始研究对磨料进行处理，从而提高磨料与镀层的结合力，提高砂轮的磨削性能以及寿命。 专利（公开号：CNA）公开了一种水基磨削液气门加工用电镀CBN砂轮，其中对CBN磨料进行真空镀钛预处理，以改善普通电镀CBN 砂轮在水基磨削液加工中出现的工件烧伤、振纹、砂轮寿命短、磨料水解、脱落、堵塞等一系列问题。专利（公开号：CNA）公开了一种表面包覆CrN 膜的电镀CBN 砂轮及其制备方法，其中在砂轮轮毂外表面电镀有一层金属镍，CBN 磨粒被埋覆在镍层中，在由砂轮CBN 磨粒和镍层构成的磨料层上沉积有一层CrN膜；使得电镀砂轮对磨粒的把持由单独的机械锚固转变成锚固力、化学冶金结合力复合作用，有效减少了磨粒脱落，也显著增加了CBN磨粒的裸露高度和容屑空间，提高了砂轮寿命和磨削质量。