本發(fā)明涉及一種磨料制備、磨料加工(磨削、切割、研磨、拋光、珩磨)技術(shù)，尤其是一種高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料技術(shù)，具體的說是一種高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在磨料加工領(lǐng)域中，隨著合成技術(shù)的成熟以及生產(chǎn)成本的下降，超硬磨料(金剛石、立方氮化硼)在磨粒加工領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。磨粒加工過程中，超硬磨料失效形式主要有棱角磨損導(dǎo)致的鈍化、脫落、微破碎及宏觀破碎等。樹脂磨具在高負(fù)荷工況下，磨粒受到的切向力較大，磨粒較早脫落為主要的失效形式，縮短了磨具的使用壽命并且會使加工過程不穩(wěn)定、加工效率低下。

2、針對于磨粒過早脫落，主要采用磨粒鍍覆處理。如采用超硬磨料表面鍍鎳或者鍍銅處理，用于制備樹脂基超硬材料磨具，雖然樹脂磨具的工作壽命得到提高，但存在兩個副作用：一是表面鍍銅或鍍鎳的磨料出露時，磨料表層的鎳層或銅層較軟，導(dǎo)致磨粒的加工能力下降；二是粗糙表面極易導(dǎo)致鈍化的磨料無法及時脫落，需要修整后，才能繼續(xù)使用。根據(jù)上述情況，南京航空航天大學(xué)開發(fā)了表面鍍覆氧化鋁或氧化鎳的超硬磨粒(發(fā)明專利zl201210209689.x和zl201210210174.1)，一定程度上改善了磨粒的加工能力和鈍化磨粒的脫落問題。

3、針對于磨粒棱角磨損導(dǎo)致的磨粒鈍化問題，采用團(tuán)粒狀多晶金剛石(或立方氮化硼)磨料，利用晶界薄弱特點實現(xiàn)磨粒的微破碎，但是該多晶磨料需要在高溫高壓條件下進(jìn)行制備，工藝復(fù)雜成本高。南京航空航天大學(xué)開發(fā)出一種自銳性燒結(jié)磨料(發(fā)明專利zl201610243158.0)，利用燒結(jié)磨料中陶瓷(玻璃)結(jié)合劑的低周疲勞特性實現(xiàn)一定程度的微破碎，用于親水性樹脂固結(jié)磨具中，明顯的提高了加工穩(wěn)定性。但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)，在較大壓力工況下如磨削切割加工，磨粒受到的切向力較大，磨粒破碎速度較快使得聚集體金剛石磨料加工性能下降，從而導(dǎo)致親水性樹脂固結(jié)磨具加工過程不穩(wěn)定、壽命降低。此外當(dāng)前聚集體磨料只適合于樹脂基工具的制備，加工過程中當(dāng)樹脂基工具表面聚集體磨料磨損耗盡后，樹脂基表面被沖蝕可以使得亞表面層的聚集體金剛石露出，由于陶瓷基的彈性模量和斷裂強度高于樹脂基，對聚集體磨料的把持力更高，亞表面層的聚集體磨料無法出露導(dǎo)致工具失效而無法適用于陶瓷基工具，使得聚集體磨料用途單一。因此極需開發(fā)出一種具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料，不僅可以滿足通常的磨削、切割、研磨、拋光和珩磨等磨具的需要，也能滿足高負(fù)荷工況下的磨具所需；不僅可以用于樹脂工具的制備還可以用于陶瓷工具的制備。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的內(nèi)容針對現(xiàn)有的自銳性燒結(jié)磨料在較大高負(fù)荷工況下磨粒受到切向力較大使得的磨粒過早破碎導(dǎo)致加工過程不穩(wěn)定、加工效率低以及聚集體磨料只適用于樹脂工具應(yīng)用單一的問題，發(fā)明一種制備簡單，具有高合強度特性的超硬聚集體磨料同時提供其制備方法，本發(fā)明通過組分設(shè)計、釬焊型金屬結(jié)合劑優(yōu)選，粘結(jié)劑優(yōu)選、篩分制粒以及燒結(jié)工藝優(yōu)化等一系列工序，得到具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料，可用于制備樹脂工具、陶瓷工具，應(yīng)用于各類工件的磨削、切割、研磨、拋光以及珩磨加工，尤其是應(yīng)用在高負(fù)荷工況加工技術(shù)領(lǐng)域。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

3、一種具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料，其特征在于：它由超硬磨料金剛石或立方氮化硼、釬焊型金屬結(jié)合劑組成，超硬磨粒金剛石或立方氮化硼質(zhì)量百分比在50～85％，釬焊型金屬結(jié)合劑的含量為質(zhì)量百分比15～50％，組份之和為100％。

4、所述的釬焊型金屬結(jié)合劑為銅基合金、鎳基合金和銀基合金一種或多種組合，使超硬聚集體磨粒具有高結(jié)合強度，在較大壓力下磨粒不會過早破碎。

5、所述的金剛石磨?；蛘吡⒎降鹉チ５脑剂皆诩匆淮瘟椒植荚?-30μm之間。

6、所述的釬焊型金屬結(jié)合劑粒徑為-300目。

7、本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：

8、一種具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料的制備方法，其特征在于，它包括如下步驟：

9、(1)將超硬磨粒與釬焊型金屬結(jié)合劑按比例配制，混合均勻；(2)在上述混合原料中加入粘結(jié)劑制粒；(3)將上述制粒后的混合物平鋪于坩堝中，裝入真空爐中，階段式升溫，進(jìn)行中溫除膠和高溫?zé)Y(jié)；(4)進(jìn)行篩分分級，即可獲得具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料。

10、所述步驟(1)中混合方法采用干混，混合時長0.5～12小時；

11、所述步驟(2)中粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇縮醛中的一種或多種的混合物，含量為混合原料質(zhì)量的1％～15％。

12、所述步驟(3)中，中溫除膠的溫度為200～600℃，除膠時長為0.25～1小時，控制真空爐真空度低于133pa。

13、所述步驟(3)中，根據(jù)釬焊金屬結(jié)合劑的種類和比例，燒結(jié)溫度在800～1000℃之間變化，燒結(jié)時間為0.5～4小時，控制真空爐真空度低于133pa。

14、所述步驟(4)中將燒結(jié)后的磨粒使用40～320目篩網(wǎng)進(jìn)行篩分。

15、本發(fā)明的技術(shù)方案之三是：

16、一種具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料，其特征在于：它用于樹脂、陶瓷超硬磨具制備中，所述的超硬磨具包括精密磨削、切割加工、研磨、拋光和珩磨加工中使用的砂輪、刀片、研磨盤、拋光盤和珩磨頭。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、本發(fā)明通過組分設(shè)計、釬焊型金屬結(jié)合劑優(yōu)選，粘結(jié)劑優(yōu)選、制粒以及燒結(jié)工藝優(yōu)化等一系列工序，得到具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料，可用于制備樹脂工具、陶瓷工具，應(yīng)用于各類工件的磨削、切割、研磨、拋光以及珩磨加工，尤其是應(yīng)用在高負(fù)荷工況加工技術(shù)領(lǐng)域。

19、本發(fā)明的超硬聚集體磨料制備的樹脂基、陶瓷超硬磨具，可以滿足超精密磨削、研磨和拋光加工的需求，解決我國超精密工具水平跟不上世界節(jié)奏的難題，具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

20、采用本發(fā)明設(shè)計與制備的超硬聚集體磨料具有高強度結(jié)合特性。在較大載荷工況下，當(dāng)磨粒受力較大時，可適當(dāng)提高結(jié)合劑的彈性模量，金屬結(jié)合劑對超硬磨料具有較強的把持力，不會輕易使原料磨粒(一次粒徑磨粒)從超硬聚集體磨粒(二次粒徑磨粒)表面脫落從而使得磨具具有較長的使用壽命。本發(fā)明提供的高結(jié)合強度特性的聚集體磨料在較強工作載荷下能夠穩(wěn)定加工效率，保證磨具的使用壽命?？勺鳛槟チＶ苽錁渲?或陶瓷)砂輪、刀片、研磨盤、拋光盤和珩磨頭，用于精密磨削、切割加工、研磨、拋光和珩磨加工等加工工藝。本發(fā)明提供的方法具有工藝簡單、成本低等優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料，其特征在于：它由超硬磨粒金剛石或立方氮化硼以及釬焊型金屬結(jié)合劑組成，超硬磨粒金剛石或立方氮化硼質(zhì)量百分比在50～85％，釬焊型金屬結(jié)合劑的質(zhì)量百分比為15～50％，各組份之和為100％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬聚集體磨粒，其特征在于：所述的釬焊型金屬結(jié)合劑為銅基合金、鎳基合金或銀基合金中的一種或多種組合，使超硬聚集體磨粒具有高結(jié)合強度，在較大壓力下磨粒不會過早破碎。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬聚集體磨粒，其特征在于：所述的金剛石磨?；蛘吡⒎降鹉チ５脑剂郊匆淮瘟椒植荚?-30μm之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬聚集體磨粒，其特征在于：所述的釬焊型金屬結(jié)合劑粒徑為1-300目。

5.一種權(quán)利要求1所述的具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料的制備方法，其特征在于：它包括如下步驟：(1)將超硬磨粒與釬焊型金屬結(jié)合劑按比例配制，混合均勻；(2)在上述混合原料中加入粘結(jié)劑制粒；(3)將上述制粒后的混合物平鋪于坩堝中，裝入真空爐中，階段式升溫，進(jìn)行中溫除膠和高溫?zé)Y(jié)；(4)進(jìn)行篩分分級，即可獲得具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中混合方法采用干混，混合時長0.5-12小時。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇縮醛中的一種或多種的混合物，含量為混合原料質(zhì)量的1％～15％。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，所述中溫除膠的溫度為200～600℃，除膠時長為0.25～1小時，控制真空爐真空度低于133pa；所述燒結(jié)溫度應(yīng)根據(jù)釬焊金屬結(jié)合劑的種類和比例控制在800～1000℃之間，燒結(jié)時間為0.5～4小時，控制真空爐真空度低于133pa。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中將燒結(jié)后的磨粒使用40～320目篩網(wǎng)進(jìn)行篩分。

10.一種權(quán)利要求1所述的超硬聚集體磨粒，其特征在于：它用于樹脂基或陶瓷基的超硬磨具制備，所述的超硬磨具包括精密磨削、切割加工、研磨、拋光和珩磨加工中使用的砂輪、刀片、研磨盤、拋光盤和珩磨頭。

技術(shù)總結(jié)
一種具有高結(jié)合強度特性的超硬聚集體磨料及其制備方法，其特征在于所述超硬聚集體磨料由超硬磨粒金剛石和釬焊型金屬結(jié)合劑組成；制備方法包括如下步驟：(1)將超硬磨料和釬焊型金屬結(jié)合劑按比例配制；(2)在上述混合原料中加入粘結(jié)劑制粒；(3)將上述制粒后的混合物平鋪于坩堝中，裝入真空爐中，進(jìn)行中溫除膠和高溫?zé)Y(jié)；(4)進(jìn)行篩分分級。本發(fā)明的超硬聚集體磨料具有很高的結(jié)合強度，釬焊型金屬結(jié)合劑中的活性元素可以與超硬磨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)超硬磨料與結(jié)合劑之間的可靠結(jié)合。固結(jié)超硬聚集體磨具只有在較高的加工壓力條件下，超硬聚集體磨粒才會發(fā)生微破碎，具有穩(wěn)定的加工效率。

技術(shù)研發(fā)人員：朱永偉,張朗朗,蘇要為,馬睿航,張?zhí)禅?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9