CN104911011B - 基于elid的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液及其制备方法 - Google Patents
基于elid的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
基于ELID的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液及其制备方法适用于在线电解修整磨削领域。各组分质量百分含量为：1％～3％的机油、0.5％～0.7％的猪油、2％～3％的脂肪酸二乙醇酰胺、2.5％～3.5％的环烷酸钠、1.3％～2％的钼酸钙、0.8％～1.2％的苯骈三氮唑、0.8％～0.9％的氯化脂肪酸、1.5％～2.5％的乙丙醇、0.7％～0.9％的邻苯苯酚、0.5％～0.7％的乳化硅油、0.2％～0.4％的乙二胺四乙酸钠、0.5％～0.7％的氯化钠和84％～84.5％的蒸馏水。还提供了制备方法。该磨削液效率高、成本低、绿色无污染，减小亚表面损伤、减小残余应力、抗粘附、避免磨粒对工件的划伤，满足工件精密超精密在线电解修整镜面加工需求。该磨削液广泛适用于航空航天、军工、精密电子等精密加工领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于高体积分数铝基碳化硅复合材料精密超精密磨削领域的在线电解修整磨削技术专用磨削液。该磨削液效率高、成本低、绿色无污染，有效减小亚表面损伤、减小残余应力、抗粘附、避免磨粒对工件的划伤，满足工件精密超精密在线电解修整镜面加工需求。该磨削液广泛适用于航空航天、军工、精密电子等精密加工领域。
背景技术
铝基碳化硅复合材料除了具有基体金属或合金所具备的良好的抗冲击性能、抗疲劳性能、导热性能、导电性能和抗断裂性能以外,还具有较高耐磨性能和较低热膨胀系数,同时强度、刚度都很高。在精密仪器、航天、军工、汽车制造等领域具有广阔应用与发展空间。由于铝基碳化硅复合材料中存在碳化硅颗粒，导致其加工难度大。碳化硅颗粒体积分数、尺寸越大，其加工难度越大。在加工过程中，铝基体在磨削热的影响下熔化，产生积屑瘤，导致加工件表面质量低，加工精度低；碳化硅颗粒使得砂轮磨损严重，导致加工成本高,难以获得稳定的形位、尺寸公差。铝基碳化硅复合材料加工难题，严重制约了该材料在航空航天、军工等领域的应用。该磨削液的产生有助于解决铝基碳化硅复合材料的加工难题。其相关专利及参考文献目前并未查阅到。
发明内容
本发明为了克服现有的普通磨削液对高体积分数铝基碳化硅复合材料加工后，被加工件表面质量不均匀，砂轮磨损严重，无法实现镜面级超精密加工，不能满足实际应用要求等问题。应用该磨削液能减少砂轮磨损，抗粘附、有效提高高体积分数铝基碳化硅复合材料加工表面质量和精度，满足实际生产要求。
基于ELID的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液，其特征在于：包括机油、猪油、脂肪酸二乙醇酰胺、环烷酸钠、钼酸钙、苯骈三氮唑、氯化脂肪酸、乙丙醇、邻苯苯酚、乳化硅油、乙二胺四乙酸钠、氯化钠、蒸馏水，各组分质量百分含量为：1％～3％的机油、0.5％～0.7％的猪油、2％～3％的脂肪酸二乙醇酰胺、2.5％～3.5％的环烷酸钠、1.3％～2％的钼酸钙、0.8％～1.2％的苯骈三氮唑、0.8％～0.9％的氯化脂肪酸、1.5％～2.5％的乙丙醇、0.7％～0.9％的邻苯苯酚、0.5％～0.7％的乳化硅油、0.2％～0.4％的乙二胺四乙酸钠、0.5％～0.7％的氯化钠和84％～84.5％的蒸馏水。
进一步，其特征在于各组分质量百分含量为：2％的机油、0.6％的猪油、2.5％的脂肪酸二乙醇酰胺、3％的环烷酸钠、1.7％的钼酸钙、1％的苯骈三氮唑、0.85％的氯化脂肪酸、2％的乙丙醇、0.8％的邻苯苯酚、0.6％的乳化硅油、0.3％的乙二胺四乙酸钠、0.6％的氯化钠、84.05％％的蒸馏水。
所述的基于ELID的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
将机油和猪油加热融化后混合备用；
将除蒸馏水、机油和猪油外其余物质加入蒸馏水，均匀搅拌、溶解得到磨削液；其余物质同时或者分批加入蒸馏水；
或者将直接除蒸馏水外的所有物质加热到100℃以上然后加入蒸馏水，搅拌均匀，冷却得到磨削液。
该磨削液的制备方法只要保证各部分都能均匀分散在蒸馏水中即可。
所述机油和猪油构成混合油为油性剂，在磨削过程中增强磨削液的油性和渗透能力且形成润滑膜，降低砂轮损耗，保证边界润滑有较低的摩擦系数；
所述脂肪酸二乙醇酰胺、环烷酸钠为表面活性剂，与水混合后产生乳状液实现磨削液乳化，增加接触面积且有杀菌消毒作用；
所述钼酸钙为无机防锈剂，防止机床、砂轮锈蚀，保持良好磨削性能并在砂轮表面形成铁-氧化铁-钼氧化物的保护膜；
所述苯骈三氮唑为有机缓蚀剂，与钼酸钙协同防锈并能在砂轮表面产生致密氧化膜；
所述氯化脂肪酸为极压抗磨剂，保证边界极压润滑，提高工件表面加工质量；
所述乙丙醇为偶合剂，增强磨削液各成份的协同作用，提高磨削效率和磨削质量；
所述邻苯苯酚为防腐剂，用于磨削液的防止腐败失效，延长磨削液使用时间；
所述乳化硅油为消泡剂，抑制磨削过程中泡沫产生或消除已产生的泡沫，保持磨削液稳定；
所述乙二胺四乙酸钠为金属离子封锁剂，使阳极溶解物急速络合沉淀，保持磨削液的洁净；
所述氯化钠为电解质，进一步增强磨削液的电解能力，更好的实现砂轮的电解修锐。
本发明所涉及的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液与传统磨削液不同，主要的优点在于：
1)既具有普通磨削液的性能，又具有电解成膜的特性；
2)无腐蚀、抗粘附，无污染、无毒害，润滑、冷却效果好；
3)被加工件表面易形成保护膜，减少划伤、残余应力低，加工质量精度高；
4)质量稳定性好。
附图说明
图1采用专用磨削液磨削后的工件表面图。
图2采用普通磨削液磨削后的工件表面。
具体实施方式
设计高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削实验检验该磨削液的磨削效果、特点，并与传统磨削液相对比验证、突出该磨削液的优越性。
1、实施实验
(1)实施条件
实验设备：MSG-612CNC超精密成型平面磨床，TR300表面粗糙度测量仪，S-3400NⅡ型扫描电子显微镜、BCPCAS4800扫描电子显微镜。
磨削条件：室温，本发明的高体积分数铝基碳化硅复合材料专用磨削液，体积分数为40％的铝基碳化硅复合材料，铁基金刚石砂轮。
磨削参数：主轴转速n＝2000r/min，磨削深度ap＝0.2μm，工件移动速度vw＝3m/mim，试件经过粗磨、半精磨、精磨、光磨后，对其表面加工质量进行检测、分析。
(2)专用磨削液的配制
按下列质量分数：2％的机油、0.6％的猪油、2.5％的脂肪酸二乙醇酰胺、3％的环烷酸钠、1.7％的钼酸钙、1％的苯骈三氮唑、0.85％的氯化脂肪酸、2％的乙丙醇、0.8％的邻苯苯酚、0.6％的乳化硅油、0.3％的乙二胺四乙酸钠、0.6％的氯化钠、84.05％的蒸馏水配制而成。
专用磨削液的制备方法，具体步骤如下：
②机油和猪油加热至60℃融化、混合备用；
②将苯骈三氮唑、氯化脂肪酸、乳化硅油加入部分蒸馏水中，加热至50℃搅拌融合，冷却备用；
③室温下将脂肪酸二乙醇酰胺、环烷酸钠、钼酸钙、乙丙醇、邻苯苯酚、乙二胺四乙酸钠、氯化钠加入剩余的蒸馏水，均匀搅拌、溶解；
④将①、②、③步所得的液体混合，加热至80℃搅拌均匀，冷却；
⑤将④所得的液体与蒸馏水按比例混合充分搅拌直至均匀，得到高体积分数铝基碳化硅复合材料专用磨削液。
本实验的磨削效果见附表1，附图1所示。
2、对比试验A
(1)实施条件同实施实验1。
(2)普通油基磨削液
按下列质量分数：70％的煤油，9％的猪油，6％的三乙醇胺，5％的脂肪酸甘油酯、10％的蒸馏水配制而成。
普通油基磨削液的制备方法：
①将9％的猪油加热，至熔化；
②将6％的三乙醇胺，5％的脂肪酸甘油酯、10％的蒸馏水混合，搅拌均匀备用；
③将①、②所得溶液混合加热至50℃，冷却备用；
④将上述溶液与煤油混合搅拌即可。
本实验的磨削效果见附表2所示。
3、对比试验B
(1)实施条件同实施实验1。
(2)普通水基磨削液
按下列质量分数：15％的氯化钠，3％的钼酸钠，5％的四硼酸钠，2％的重铬酸钠，75％的水配制而成。
普通水基磨削液的制备方法：将各组分混合均匀即可。
本实验的磨削效果见附表3，附图2所示。
分别采用上述三种磨削液对40％的铝基碳化硅复合材料进行磨削加工。从图1和表1可以看出，采用专用磨削液磨削后铝基碳化硅复合材料表面无明显缺陷，加工效果及表面加工精度较高；从图2、表2和表3可发现采用普通磨削液对铝基碳化硅复合材料加工后工件表面精度低，缺陷较多。上述对比可得，专用磨削液磨削效果由于普通磨削液。
表1磨削后的表面粗糙度
表2磨削后的表面粗糙度
表3磨削后的表面粗糙度
表4磨削效果对比
实施例2
3％的机油、0.5％的猪油、2％的脂肪酸二乙醇酰胺、3.5％的环烷酸钠、1.3％的钼酸钙、1.1％的苯骈三氮唑、0.8％的氯化脂肪酸、2.4％的乙丙醇、0.7％的邻苯苯酚、0.5％的乳化硅油、0.2％的乙二胺四乙酸钠、0.5％的氯化钠、83.5％的蒸馏水配成。
配置步骤如下：
①将机油、猪油混合加热到100℃，搅拌均匀，冷却；
②将脂肪酸二乙醇酰胺、环烷酸钠、钼酸钙、苯骈三氮唑、氯化脂肪酸、乙丙醇、邻苯苯酚、乳化硅油、乙二胺四乙酸钠、氯化钠按比例与蒸馏水混合，加热至30℃，搅拌均匀，冷却；
③将①、②步所得液体，按比例与蒸馏水混合，得到磨削液。
表5磨削后的表面粗糙度
实施例3
1.7％的机油、0.7％的猪油、2.3％的脂肪酸二乙醇酰胺、2.4％的环烷酸钠、2％的钼酸钙、1.2％的苯骈三氮唑、0.9％的氯化脂肪酸、2.3％的乙丙醇、0.8％的邻苯苯酚、0.5％的乳化硅油、0.2％的乙二胺四乙酸钠、0.7％的氯化钠、84.3％的蒸馏水配成。
配置步骤如下：
①将机油、猪油、脂肪酸二乙醇酰胺、环烷酸钠、钼酸钙、苯骈三氮唑、氯化脂肪酸、乙丙醇、邻苯苯酚、乳化硅油、乙二胺四乙酸钠、氯化钠混合加热到100℃，搅拌均匀，冷却；
②将第①步所得液体，按比例与蒸馏水混合，得到磨削液。
表6磨削后的表面粗糙度
Claims (3)
1.基于ELID的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液，其特征在于：包括机油、猪油、脂肪酸二乙醇酰胺、环烷酸钠、钼酸钙、苯骈三氮唑、氯化脂肪酸、异丙醇、邻苯苯酚、乳化硅油、乙二胺四乙酸钠、氯化钠和蒸馏水，各组分质量百分含量为：1％～3％的机油、0.5％～0.7％的猪油、2％～3％的脂肪酸二乙醇酰胺、2.5％～3.5％的环烷酸钠、1.3％～2％的钼酸钙、0.8％～1.2％的苯骈三氮唑、0.8％～0.9％的氯化脂肪酸、1.5％～2.5％的异丙醇、0.7％～0.9％的邻苯苯酚、0.5％～0.7％的乳化硅油、0.2％～0.4％的乙二胺四乙酸钠、0.5％～0.7％的氯化钠和84％～84.5％的蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的基于ELID的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液，其特征在于各组分质量百分含量为：2％的机油、0.6％的猪油、2.5％的脂肪酸二乙醇酰胺、3％的环烷酸钠、1.7％的钼酸钙、1％的苯骈三氮唑、0.85％的氯化脂肪酸、2％的异丙醇、0.8％的邻苯苯酚、0.6％的乳化硅油、0.3％的乙二胺四乙酸钠、0.6％的氯化钠、84.05％％的蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的基于ELID的高体积分数铝基碳化硅复合材料磨削液的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
将机油和猪油加热融化后混合备用；
将除蒸馏水、机油和猪油外其余物质加入蒸馏水，均匀搅拌、溶解得到磨削液；其余物质同时或者分批加入蒸馏水；
或者将直接除蒸馏水外的所有物质加热到100℃以上然后加入蒸馏水，搅拌均匀，冷却得到磨削液。
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