超硬金剛石砂輪的加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金剛石砂輪，具體說是超硬金剛石砂輪的加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科技的進(jìn)步，人們對生產(chǎn)工具的要求向著高效率、高壽命高、高經(jīng)濟(jì)性的方向發(fā)展，在很多領(lǐng)域普通材料的工具已經(jīng)不能滿足勞動者日益提高的要求，所以以金剛石為代表的金剛石磨削工具發(fā)展迅速，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到機(jī)械加工、汽車制造、航空航天、生物、醫(yī)療器具、電子信息、建筑、交通、地質(zhì)采礦等領(lǐng)域。
[0003]目前，絕大部分人工合成的金剛石都為粉末狀或細(xì)小的顆粒狀，為了利用金剛石進(jìn)行高精度，高效率磨削加工，通常采用結(jié)合劑將金剛石磨粒粘結(jié)起來并制成具有一定強(qiáng)度和形狀的模具，以便于安裝在各種磨床上進(jìn)行磨削加工。與其他磨料如剛玉、碳化硅相比，用金剛石模具進(jìn)行磨削時，其具有磨削效率高、使用壽命長、磨削力小，磨削溫度低、磨削精度高等優(yōu)點。但，現(xiàn)有的以金屬材料為結(jié)合劑制備金剛石砂輪磨料的硬度不夠強(qiáng)，不能適合高硬度材料的磨削。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種性能良好的超硬金剛石砂輪的加工工藝。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:超硬金剛石砂輪的加工工藝，其包括以下步驟:
(1)制備二氧化鈦溶膠和氧化鋁溶膠；
(2)清洗金剛石顆粒；
(3)將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出；并加熱烘干后冷卻;再將冷卻后的金剛石置于氧化鋁溶膠中浸泡，接著烘干冷卻；
(4)然后置于馬弗爐爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，得到表面涂覆有二氧化鈦和氧化鋁復(fù)合薄膜的金剛石磨料；
(5 )將上述金剛石磨料、氧化硅粉、氧化鋁粉、氧化硼粉、氧化鉀粉、氧化鋰粉和碳酸氫鈉粉混合球磨；
(6)然后將混合球磨后的物料篩分，得到混合料；再將混合料置于模具中冷壓成型后進(jìn)行烘干；
(7)然后置于爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，待冷卻后卸模，得到金剛石砂輪片。
[0006]作為優(yōu)選，在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續(xù)攪拌，然后室溫陳化，得到二氧化鈦溶膠。
[0007]作為優(yōu)選，所述二氧化鈦溶膠中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質(zhì)的量之比為1:1:1:(25—28)。
[0008]作為優(yōu)選，將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流1h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠。
[0009]作為優(yōu)選，所述異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質(zhì)的量之比為:1:0.2:90。
[0010]作為優(yōu)選，清洗金剛石顆粒時，將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥;金剛石顆粒用鹽酸溶液浸泡后用去離子水沖洗至沖洗液的pH值為7。
[0011]作為優(yōu)選，金剛石顆粒浸泡于二氧化鈦溶膠中靜置撈出后，再置于70—90°C的烘箱中干燥4 一 6min，然后冷卻;并重復(fù)上述步驟2—3次。
[0012]作為優(yōu)選，熱處理時，先將馬弗爐升溫至90—100 0C后保溫20—30min，然后以4一 7°C/min的升溫速率升溫至600—800°C，并保溫50—60min后隨爐冷卻。
[0013]作為優(yōu)選，混合料中金剛石磨料占70—80wt%，氧化硅粉占14一 17wt%、氧化鋁粉占2—3wt%、氧化硼粉占I一2wt%、氧化鉀粉占I一2wt%、氧化鋰粉占I一3wt%，碳酸氫鈉粉占I一3wt%0
[0014]作為優(yōu)選，所述模具采用石墨模具;冷壓成型后以80°C的溫度烘干5—1min;燒結(jié)在真空下進(jìn)行；燒結(jié)時先以4一7°C/min的升溫速率升溫至950—1100°C，然后保溫30 —50min，最后隨爐冷卻。
[0015]從以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明將在金剛石表面涂覆二氧化鈦與氧化鋁復(fù)合薄膜，該善了金剛石的親水性以及燒結(jié)過程中結(jié)合劑對金剛石的潤濕性，有效增強(qiáng)金剛石磨料的抗熱氧化性，可提高燒結(jié)后結(jié)合劑與金剛石磨料之間的結(jié)合力，從而大大改善了金剛石的性能，提高了其強(qiáng)度，可以作為超硬金剛石砂輪的磨料，適合磨削超硬材料；同時采用氧化硅粉、氧化鋁粉、氧化硼粉、氧化鉀粉和氧化鋰粉混合作為結(jié)合劑，輔以碳酸氫鈉，并在真空條件制備金剛石砂輪片，其工藝流程較短，設(shè)備成本低，且制備的金剛石砂輪片與同類的工藝相比質(zhì)量較好，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0016]下面將詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0017]超硬金剛石砂輪的加工工藝，其包括以下步驟:
(I)制備二氧化鈦溶膠；制備二氧化鈦溶膠時，先在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續(xù)攪拌，然后室溫陳化，得到二氧化鈦溶膠;在二氧化鈦溶膠中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質(zhì)的量之比為1:1:1: (25—28)。本發(fā)明采用鈦酸丁酯為有機(jī)前驅(qū)體，以乙醇為有機(jī)溶劑，通過醇解、水解和縮聚反應(yīng)制得二氧化鈦溶膠。
[0018](2)制備氧化鋁溶膠;將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流10h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠，其中異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質(zhì)的量之比為:1:
0.2:90。加入硝酸，可使氫離子吸附在聚沉的溶膠粒子表面，從而得到穩(wěn)定的體系;靜置使得溶膠膠粒的分散于聚集盡快達(dá)到相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，從而使膠體具有單一的粒度分布。
[0019](3)清洗金剛石顆粒;清洗金剛石顆粒時，將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗至沖洗液的PH值為7，并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥，可避免涂膜時引入雜質(zhì)，降低金剛石的性能。
[0020](4)將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出，并加熱烘干后冷卻;金剛石顆粒浸泡于二氧化鈦溶膠中靜置撈出后，再置于70—90°C的烘箱中干燥4 一6min，然后冷卻;并重復(fù)上述步驟2—3次，使得涂膜的質(zhì)量更好，涂層均勻;接著將涂覆有二氧化鈦的金剛石置于氧化鋁溶膠中浸泡，撈出再置于70—90°C的烘箱中干燥4 一 6min，然后冷卻;并重復(fù)上述步驟2—3次。金剛石浸泡在溶膠后，其表面會形成一層溶膠薄膜，溶膠薄膜在后繼的干燥和熱處理過程中會在金剛石表面產(chǎn)生進(jìn)一步縮聚，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠薄膜。由于溶膠凝膠成膜的厚度較薄，因此需要多次成膜，提高金剛石磨料的性能。
[0021](5)然后置于馬弗爐爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，得到表面涂覆有二氧化鈦與氧化鋁復(fù)合薄膜的金剛石磨料；熱處理時，先將馬弗爐升溫至90—100°C后保溫20—30min，然后以4一7°C/min的升溫速率升溫至600—800°C，并保溫50—60min后隨爐冷卻。經(jīng)過熱處理后，薄膜致密度較高，附著力較強(qiáng)。
[0022](6)將氧化硅粉、氧化鋁粉、氧化硼粉、氧化鉀粉、氧化鋰粉和碳酸氫鈉粉混合球磨，使物料混合均勻，且達(dá)到符合要求的粒度;本發(fā)明中氧化硅粉、氧化鋁粉、氧化硼粉、氧化鉀粉、氧化鋰粉混合作為結(jié)合劑，其中氧化鉀和氧化鋰有利于抑制結(jié)合劑中析出方石英晶體，獲得均勻的玻璃相結(jié)合劑，從而改善砂輪性能;碳酸氫鈉在加工工程中由于加熱而發(fā)生分解，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，該氣體在砂輪內(nèi)部無法逸出，形成氣孔，氣孔可容納磨削過程中產(chǎn)生的碎肩，從而提高磨削效率。
[0023](7)物料混合球磨后，采用300目篩子進(jìn)行分篩，去除較大的顆粒，保證制備砂輪的質(zhì)量，在混合料中應(yīng)保證金剛石磨料占7 O 一80wt%，青銅粉占15—25wt%，碳化娃粉占3—8wt%，碳酸氫鈉粉占I一3wt%，這樣才能制備較高質(zhì)量的砂輪片。得到混合料后，將其置于石墨模具中進(jìn)行冷壓成型，然后以80°C的溫度烘干5—lOmin，保證混合料的質(zhì)量成分；同時，由于石墨線膨脹系數(shù)小，耐熱沖擊性好，在高溫下模具的幾何尺寸穩(wěn)定，易獲得較高精度的成型制品;且石墨是一種非金屬導(dǎo)電材料，具有低的摩擦系數(shù)，具有自潤滑效果，易于脫模。
[0024](8 )物料裝模烘干以后，置于爐內(nèi)進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)時先以4 一7 0C /min的升溫速率升溫至950—1100°C，然后保溫30—50min，再隨爐冷卻;待冷卻后卸模，得到金剛石砂輪片。
[0025]實施例1
先在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續(xù)攪拌，然后室溫陳化lh，得到二氧化鈦溶膠，其中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質(zhì)的量之比為1:1:1:25;與此同時將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流10h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠，其中異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質(zhì)的量之比為:1: 0.2:90。同時將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗至沖洗液的PH值為7，并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥，接著將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出，再置于70°C的烘箱中干燥6min，然后冷卻;并重復(fù)上述步驟2次;接著將冷卻后涂覆有二氧化鈦的金剛石置于上