CN103009270A

CN103009270A - 一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法

Info

Publication number: CN103009270A
Application number: CN2012105089525A
Authority: CN
Inventors: 关佳亮; 王志伟; 李彩琴
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-04-03

Abstract

一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法，属于精磨片技术领域。精磨片原材料包括：超硬磨料和金属结合剂，其中超硬磨料为金刚石微粉；金刚石浓度范围为75%-100%；金属结合剂采用多元合金系结合剂，其主要成分为：铜粉、锡粉、铝粉、铜包球形石墨粉、二氧化硅、四氧化三铁粉末。将金刚石微粉与铜粉、锡粉、铝粉放在一起混合搅拌均匀，加入聚乙烯醇进行混合；将二氧化硅、铜包球形石墨、四氧化三铁粉末一并加入进行混合；装入石墨模具，加压达到100MPa-250MPa后保压5-10分钟；放入烧结炉中进行热压烧结，烧结气氛为氨分解气。该精磨片可实现在线自动修锐，不堵塞，无需离线修整。

Description

一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法，属于精磨片技术领域。

背景技术

在精密磨削加工中，金属结合剂金刚石烧结磨具广泛应用于机械、电子、建筑、地质、航空航天、核能、国防及尖端科技领域。常用的金刚石磨具金属结合剂主要是青铜结合剂，它比树脂结合剂的结合力强，耐磨性好，工件几何形状保持性好，使用寿命长，可承受较大负荷，但自锐性差，容易堵塞，并且容易造成工件表面烧伤，表面糙度差，成本高，加工效率低。目前，国内外科研人员都致力于改进成分配比以及选择特殊材料，并以适当形式加入金属结合剂中，以提高脆性，改善磨具自锐性，从而解决青铜磨具易堵塞和难修整两大难题。

发明内容

本发明的目的在于针对精密磨削加工中常用青铜结合剂金刚石磨具容易堵塞，难以修整，容易造成工件表面烧伤，成本高，加工效率低等几大难题，提供一种可在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法。在线自锐指的是：磨具在磨削加工的过程中能够自动修锐，以保持磨具的磨削性能，无需离线修整。

本发明所提供的在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片，其特征在于，精磨片原材料包括：超硬磨料和金属结合剂，其中超硬磨料为金刚石微粉，粒度小于等于W50，金刚石牌号优选MBD₆或者MBD₈；金属结合剂为青铜结合剂，金刚石微粉与青铜结合剂按照常规浓度配料，金刚石浓度范围为75%-100%，即金刚石磨料所占体积比为18.75%-25%。金属结合剂采用多元合金系结合剂，其主要成分为：铜粉质量百分比为45%-50%、锡粉30%-35%、铝粉7%-8%、铜包球形石墨粉11%-12%、二氧化硅0.2%-0.7%、四氧化三铁粉末0.1%-0.4%，上述所有粉末粒度应大于200目。采用热压烧结的方法制作在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片。上述铜包球形石墨粉优选电镀铜包球形石墨粉。

在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片的制备方法，其特征在于，采用热压烧结工艺，如图1所示，包括以下步骤:

(1)将超硬磨料金刚石微粉与铜粉、锡粉、铝粉放在一起混合搅拌均匀，然后加入聚乙烯醇进行混合,聚乙烯醇的加入量约为金刚石重量的2.5%-3%；

(2)将非金属添加剂二氧化硅、铜包球形石墨、四氧化三铁粉末一并加入进行混合；

(3)将上述粉末装入石墨模具，加压达到100MPa-250MPa后保压5-10分钟；连同模具放入烧结炉中进行热压烧结，烧结气氛为氨分解气，得到在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片。

步骤（1）中加入聚乙烯醇后，各种粉末颗粒表面被润湿，粉末颗粒之间产生了临时粘接作用，从而防止各种粉末由于密度不同而发生离析分层现象。因此金刚石微粉就得以均匀的分散于结合剂中。另外，粉末颗粒经润湿后可以提高其流动性，从而改善了压实性，粉末容易压制成型，并能提高其强度。

所采用的铜包球形石墨粉为球形粉末颗粒，粒度大于600目，铜包球形石墨粉的固定炭含量大于99%，该配方中石墨用量较大，外表面需要经过电镀处理，包上一薄层铜镀膜，要求镀膜均匀，致密，结合力强，石墨表面铜包覆率达到70%以上,表面铜被氧化率小于5%，镀层平均厚度为6-8um。这样石墨颗粒通过表面的铜镀层与青铜结合剂粘接在一起，可以有效防止石墨滑移，从而减轻结合剂强度的下降；而在磨削时金刚石磨具内部石墨暴露出来发挥润滑作用，石墨颗粒所占空间就成为微孔，从而有利于改进磨削性能，使金刚石精磨片实现在线自锐。

步骤（1）和（2）中使用的结合剂的原料优选在使用前进行预处理，主要包括金属粉末粒度细化处理、氧化粉末的还原处理和硬化粉末的退火处理。

上述步骤（3）热压烧结工艺优选：将烧结温度升温至500℃-540℃（优选520℃），并施加8-10Mpa的压力，同时继续升温至650℃-700℃烧结，保温5-10分钟，保温结束1-5分钟后卸压，随炉冷却，低于70℃时出炉。

本发明专利的有益效果是：

1）采用锡青铜金属结合剂，磨具强度高，硬度高，脆性也高，同时锡青铜收缩率小，易生成分散性缩孔，适合于制造形状复杂且具有一定气孔率的金刚石烧结磨具；

2）由于采用热压法烧结，所以可用较低的压力（100MPa-250MPa）进行压制成型，可避免金刚石被压碎，有利于提高产品的质量；

3）模具不需要高强度合金钢，可使用石墨模具，可采用较小吨位压机压制；

4）由于采用加压烧结，膨胀和收缩受到模具限制，不存在压坯脱模的弹性后效，从而保证了磨具的形状和尺寸；

5）该精磨片可实现在线自动修锐，不堵塞，无需离线修整，强度高，耐磨性好，粘接强度高，加工精度高，加工质量好，可以制成更加复杂的制品，并降低废品率，提高经济效益；

本发明主要用于光学玻璃，陶瓷和宝石等硬脆材料以及复合材料的精密磨削及成型表面的精密加工，适用于航空航天，军工领域等精密机械加工行业。

附图说明

图1在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片制作工艺过程；

图2在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片烧结工艺曲线。

具体实施方法

该金刚石精磨片主要用于工件的精密和超精密加工，磨料为金刚石微粉，选用时需进行严格检查和控制，粒度组成和杂质含量要符合标准规定，金刚石颗粒要有完整的晶形，绝对不允许混入一颗大颗粒金刚石和其他杂质存在，否则会使加工表面出现划痕，破坏整个加工质量。结合剂所使用的金属粉末必须是纯净的，无氧化现象，不能有超出规定的杂质存在。工作场所必须保持清洁，制备工具专用，防止大粒混入。

以下实施例的在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片的制备方法如下：

（1）将超硬磨料金刚石微粉与铜粉、锡粉、铝粉放在一起混合搅拌均匀，然后加入聚乙烯醇进行混合,聚乙烯醇的加入量约为金刚石重量的2.5%-3%；

（2）将非金属添加剂二氧化硅、电镀铜包球形石墨、四氧化三铁粉末一并加入进行混合；

（3）将上述粉末装入石墨模具，加压达到100MPa-250MPa后保压5-10分钟；连同模具放入烧结炉中进行热压烧结，烧结气氛为氨分解气，得到在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片。如图2所示金刚石精磨片烧结工艺示意图，属于金属结合剂热压成型工艺。将烧结温度匀速升温至520℃左右，并开始施加压力8-10MPa，继续升温至650℃左右烧结，保温5-10分钟，保温结束1-5分钟后卸压，随炉冷却，低于70℃时出炉。

实施例1：

磨料：金刚石粒度W50，100%浓度的金刚石。

结合剂：铜粉质量百分比为46%，锡粉33%，铝粉8%的金属添加剂和电镀铜包球形石墨粉12%，二氧化硅0.6%，四氧化三铁粉末0.4%的非金属添加剂。

烧结方法：采用上述热压烧结工艺制作精磨片。

实施例2：

磨料：粒度W10，100%浓度的金刚石。

结合剂：铜粉质量百分比为47.2%，锡粉32.6%，铝粉7.8%的金属添加剂和电镀铜包球形石墨粉11.7%，二氧化硅0.5%，四氧化三铁粉末0.2%的非金属添加剂。

烧结方法：采用上述热压烧结工艺制作精磨片。

Claims

1.在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片，其特征在于，精磨片原材料包括：超硬磨料和金属结合剂，其中超硬磨料为金刚石微粉，粒度为小于等于W50；金属结合剂为青铜结合剂，金刚石浓度范围为75%-100%；金属结合剂采用多元合金系结合剂，其主要成分为：铜粉质量百分比为45%-50%、锡粉30%-35%、铝粉7%-8%、铜包球形石墨粉11%-12%、二氧化硅0.2%-0.7%、四氧化三铁粉末0.1%-0.4%。

2.按照权利要求1的精磨片，其特征在于，金属结合剂中的主要成分，粒度应大于200目。

3.按照权利要求1的精磨片，其特征在于，铜包球形石墨粉为电镀铜包球形石墨粉。

4.按照权利要求1的精磨片，其特征在于，铜包球形石墨粉为球形粉末颗粒，粒度大于600目，铜包球形石墨粉的固定炭含量大于99%。

5.按照权利要求1的精磨片，其特征在于，铜包球形石墨粉中石墨表面铜包覆率达到70%以上,表面铜被氧化率小于5%，镀层平均厚度为6-8um。

6.制备权利要求1-5所述的任一精磨片的方法，其特征在于，采用热压烧结工艺，包括以下步骤:

7.按照权利要求6的方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中使用的结合剂的原料优选在使用前进行预处理，主要包括金属粉末粒度细化处理、氧化粉末的还原处理和硬化粉末的退火处理。

8.按照权利要求6的方法，其特征在于，步骤（3）热压烧结工艺：将烧结温度升温至500℃-540℃，并施加8-10Mpa的压力，同时继续升温至650℃-700℃烧结，保温5-10分钟，保温结束1-5分钟后卸压，随炉冷却，低于70℃时出炉。

9.按照权利要求8的方法，其特征在于，将烧结温度升温至520℃时开始施加压力。