CN106493650A - 一种强韧性陶瓷砂轮的制备方法 - Google Patents

一种强韧性陶瓷砂轮的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强韧性陶瓷砂轮的制备方法，属于砂轮制备技术领域。本发明首先将废弃铝制易拉罐切割成碎片后脱漆处理，再将其与废弃玻璃碎片混合球磨成粉加热拉丝处理，随后将得到的改性玻璃纤维与金刚石粉末、石墨混合球磨成粉，将得到的混合粉末与α‑氰基丙烯酸酯放入模具中压制成坯体，最后将坯体置于激光熔覆装置下熔覆烧结处理，即可制备得一种强韧性陶瓷砂轮，本发明制得的陶瓷砂轮具有较强韧性，大大提高了砂轮整体的抗冲击性能和负载能力，适合恶劣环境下的打磨工作，不易发生开裂和崩缺现象，工作稳定性更高，使用寿命更长，具有广泛的应用空间。

Description

一种强韧性陶瓷砂轮的制备方法
技术领域
本发明公开了一种强韧性陶瓷砂轮的制备方法，属于砂轮制备技术领域。
背景技术
砂轮是磨削加工的工具，正确使用砂轮不但可以充分发挥磨床效能，提高生产率，降低成本，并可保证产品零件的加工质量。近几年来随着技术创新与高科技产品的不断涌现，零件的加工精度与表面完整性要求愈来愈高。例如，广泛用于液压随动系统中精密偶件的阀芯与阀套的配合精度常要求达到μm 级，录像头、影碟机等精密零件的加工精度已提高到0.1μm，激光陀螺平面反射镜的平面度误差要求小于0.05μm，Ra＜0.001μm。因此，精密和超精密磨削、高生产率磨
削和难加工材料磨削等先进磨削工艺在生产中的使用面日益扩大。可是传统的刚玉砂轮和碳化硅砂轮已难以满足生产需要，须用各种新型磨料的砂轮。
陶瓷砂轮是由磨料、结合剂、气孔组成的，属于非均质材料。陶瓷砂轮具有良好的化学稳定性，加工时可以采用各种切削液，适用范围广泛，也可进行干磨。陶瓷砂轮可以广泛用于平面、内外圆的磨削，并适用于各种零部件的成形磨削。
现有的陶瓷砂轮结构脆弱，不适于在恶劣的冲击或重负荷条件下工作，容易发生开裂和崩缺问题，给磨削加工带来了许多困难。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对现有的陶瓷砂轮结构脆弱，在恶劣的冲击或重负荷条件下工作容易发生开裂和崩缺问题，提供一种强韧性陶瓷砂轮的制备方法，该方法首先将废弃铝制易拉罐切割成碎片后脱漆处理，再将其与废弃玻璃碎片混合球磨成粉加热拉丝处理，随后将得到的改性玻璃纤维与金刚石粉末、石墨混合球磨成粉，将得到的混合粉末与α-氰基丙烯酸酯放入模具中压制成坯体，最后将坯体置于激光熔覆装置下熔覆烧结，制备得一种强韧性陶瓷砂轮，本发明制得的陶瓷砂轮具有较强韧性，大大提高了砂轮整体的抗冲击性能和负载能力，适合恶劣环境下的打磨工作，不易发生开裂和崩缺现象，工作稳定性更高，使用寿命更长，具有广泛的应用空间。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）收集废弃铝制易拉罐，将其洗净静置晾干后，切割至大小为1cm2易拉罐碎片，按重量份数计，分别称量15～20份易拉罐碎片、3～5份质量份数5%硫酸溶液、25～30份N,N-二甲基甲酰胺和25～30份二甲基亚砜置于烧杯中，搅拌混合并置于65～70℃下水浴加热1～2h，随后过滤并收集滤渣，用去离子水洗涤3～5次后，自然晾干制备得脱漆易拉罐碎片；
（2）收集废弃玻璃，将其洗净后自然晾干，随后置于液压破碎机中破碎得玻璃碎片，按质量比1:3，将上述制备的脱漆易拉罐碎片与玻璃碎片搅拌混合，在250～300r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过80～90目筛，收集得混合球磨粉末；
（3）将混合球磨粉末置于坩埚中，在250～300℃下预热1～2h，随后按10℃/min升温至800～900℃，保温反应1～2h后，将其置于单孔拉丝坩埚中，控制喷丝板温度为780～800℃，拉丝机转速为4000～4500r/min，拉丝制备得改性玻璃纤维；
（4）按重量份数计，分别称量45～50份粒度为200μm的金刚石粉末、10～15份石墨、15～20份上述制备的改性玻璃纤维置于球磨机中，在450～500r/min下球磨3～5h，收集得混合粉末，按质量比1：3，将α-氰基丙烯酸酯与混合粉末搅拌混合并置于厚度为10mm的模具中，在100MPa下压制5～10min，随后静置6～8h后，脱模并收集坯体；
（5）将上述制备的坯体置于激光熔覆装置下，设置激光功率为1.5～2.0kW，光斑直径为5mm，扫描速度为5mm/s，接搭率为50%，在激光熔覆装置中的同轴处通入氩气进行保护，待熔覆烧结完成后，即可制备得一种强韧性陶瓷砂轮。
经检测，本发明制得的强韧性陶瓷砂轮其抗折强度达95～98MPa，用本发明制得的陶瓷砂轮磨削效率是普通砂轮的30～100倍，同时磨耗仅为普通砂轮的0. 5～0.8%，陶瓷砂轮回转速度为125～150m/s，能在80m/s线速度下使用，大大降低了工人的工作强度，提高了工作效率。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的陶瓷砂轮结构牢固，韧性好，耐冲击效果好，大大提高了负载能力，能在恶劣条件下稳定的开展磨削工作；
（2）本发明制得的强韧性陶瓷砂轮耐磨性能较好，砂轮强度高，工作时不易出现开裂、崩缺现象，扩大了陶瓷砂轮的使用范围。
具体实施方式
首先收集废弃铝制易拉罐，将其洗净静置晾干后，切割至大小为1cm2易拉罐碎片，按重量份数计，分别称量15～20份易拉罐碎片、3～5份质量份数5%硫酸溶液、25～30份N,N-二甲基甲酰胺和25～30份二甲基亚砜置于烧杯中，搅拌混合并置于65～70℃下水浴加热1～2h，随后过滤并收集滤渣，用去离子水洗涤3～5次后，自然晾干制备得脱漆易拉罐碎片；随后收集废弃玻璃，将其洗净后自然晾干，随后置于液压破碎机中破碎得玻璃碎片，按质量比1:3，将上述制备的脱漆易拉罐碎片与玻璃碎片搅拌混合，在250～300r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过80～90目筛，收集得混合球磨粉末；再将混合球磨粉末置于坩埚中，在250～300℃下预热1～2h，随后按10℃/min升温至800～900℃，保温反应1～2h后，将其置于单孔拉丝坩埚中，控制喷丝板温度为780～800℃，拉丝机转速为4000～4500r/min，拉丝制备得改性玻璃纤维；再按重量份数计，分别称量45～50份粒度为200μm的金刚石粉末、10～15份石墨、15～20份上述制备的改性玻璃纤维置于球磨机中，在450～500r/min下球磨3～5h，收集得混合粉末，按质量比1：3，将α-氰基丙烯酸酯与混合粉末搅拌混合并置于厚度为10mm的模具中，在100MPa下压制5～10min，随后静置6～8h后，脱模并收集坯体；最后将上述制备的坯体置于激光熔覆装置下，设置激光功率为1.5～2.0kW，光斑直径为5mm，扫描速度为5mm/s，接搭率为50%，在激光熔覆装置中的同轴处通入氩气进行保护，待熔覆烧结完成后，即可制备得一种强韧性陶瓷砂轮。
实例1
首先收集废弃铝制易拉罐，将其洗净静置晾干后，切割至大小为1cm2易拉罐碎片，按重量份数计，分别称量15份易拉罐碎片、3份质量份数5%硫酸溶液、25份N,N-二甲基甲酰胺和25份二甲基亚砜置于烧杯中，搅拌混合并置于65℃下水浴加热1h，随后过滤并收集滤渣，用去离子水洗涤3次后，自然晾干制备得脱漆易拉罐碎片；随后收集废弃玻璃，将其洗净后自然晾干，随后置于液压破碎机中破碎得玻璃碎片，按质量比1:3，将上述制备的脱漆易拉罐碎片与玻璃碎片搅拌混合，在250r/min下球磨3h，待球磨完成后，过800目筛，收集得混合球磨粉末；再将混合球磨粉末置于坩埚中，在250℃下预热1h，随后按10℃/min升温至800℃，保温反应1h后，将其置于单孔拉丝坩埚中，控制喷丝板温度为780℃，拉丝机转速为4000r/min，拉丝制备得改性玻璃纤维；再按重量份数计，分别称量45份粒度为200μm的金刚石粉末、10份石墨、15份上述制备的改性玻璃纤维置于球磨机中，在450r/min下球磨3h，收集得混合粉末，按质量比1：3，将α-氰基丙烯酸酯与混合粉末搅拌混合并置于厚度为10mm的模具中，在100MPa下压制5min，随后静置6h后，脱模并收集坯体；最后将上述制备的坯体置于激光熔覆装置下，设置激光功率为1.5kW，光斑直径为5mm，扫描速度为5mm/s，接搭率为50%，在激光熔覆装置中的同轴处通入氩气进行保护，待熔覆烧结完成后，即可制备得一种强韧性陶瓷砂轮。
本实例操作简便，使用时，经检测，本发明制得的强韧性陶瓷砂轮其抗折强度达95MPa，用本发明制得的陶瓷砂轮磨削效率是普通砂轮的30倍，同时磨耗仅为普通砂轮的0.5%， 陶瓷砂轮回转速度为125m/s，能在80 m/s线速度下使用，大大降低了工人的工作强度，提高了工作效率。
实例2
首先收集废弃铝制易拉罐，将其洗净静置晾干后，切割至大小为1cm2易拉罐碎片，按重量份数计，分别称量18份易拉罐碎片、4份质量份数5%硫酸溶液、28份N,N-二甲基甲酰胺和28份二甲基亚砜置于烧杯中，搅拌混合并置于68℃下水浴加热1.5h，随后过滤并收集滤渣，用去离子水洗涤4次后，自然晾干制备得脱漆易拉罐碎片；随后收集废弃玻璃，将其洗净后自然晾干，随后置于液压破碎机中破碎得玻璃碎片，按质量比1:3，将上述制备的脱漆易拉罐碎片与玻璃碎片搅拌混合，在275r/min下球磨4h，待球磨完成后，过85目筛，收集得混合球磨粉末；再将混合球磨粉末置于坩埚中，在275℃下预热1.5h，随后按10℃/min升温至850℃，保温反应1.5h后，将其置于单孔拉丝坩埚中，控制喷丝板温度为790℃，拉丝机转速为4250r/min，拉丝制备得改性玻璃纤维；再按重量份数计，分别称量48份粒度为200μm的金刚石粉末、13份石墨、18份上述制备的改性玻璃纤维置于球磨机中，在475r/min下球磨4h，收集得混合粉末，按质量比1：3，将α-氰基丙烯酸酯与混合粉末搅拌混合并置于厚度为10mm的模具中，在100MPa下压制8min，随后静置7h后，脱模并收集坯体；最后将上述制备的坯体置于激光熔覆装置下，设置激光功率为1.8kW，光斑直径为5mm，扫描速度为5mm/s，接搭率为50%，在激光熔覆装置中的同轴处通入氩气进行保护，待熔覆烧结完成后，即可制备得一种强韧性陶瓷砂轮。
本实例操作简便，使用时，经检测，本发明制得的强韧性陶瓷砂轮其抗折强度达97MPa，用本发明制得的陶瓷砂轮磨削效率是普通砂轮的65倍，同时磨耗仅为普通砂轮的0.6%， 陶瓷砂轮回转速度为138m/s，能在80 m/s线速度下使用，大大降低了工人的工作强度，提高了工作效率。
实例3
首先收集废弃铝制易拉罐，将其洗净静置晾干后，切割至大小为1cm2易拉罐碎片，按重量份数计，分别称量20份易拉罐碎片、5份质量份数5%硫酸溶液、30份N,N-二甲基甲酰胺和30份二甲基亚砜置于烧杯中，搅拌混合并置于70℃下水浴加热2h，随后过滤并收集滤渣，用去离子水洗涤5次后，自然晾干制备得脱漆易拉罐碎片；随后收集废弃玻璃，将其洗净后自然晾干，随后置于液压破碎机中破碎得玻璃碎片，按质量比1:3，将上述制备的脱漆易拉罐碎片与玻璃碎片搅拌混合，在300r/min下球磨5h，待球磨完成后，过90目筛，收集得混合球磨粉末；再将混合球磨粉末置于坩埚中，在300℃下预热2h，随后按10℃/min升温至900℃，保温反应2h后，将其置于单孔拉丝坩埚中，控制喷丝板温度为800℃，拉丝机转速为4500r/min，拉丝制备得改性玻璃纤维；再按重量份数计，分别称量50份粒度为200μm的金刚石粉末、15份石墨、20份上述制备的改性玻璃纤维置于球磨机中，在500r/min下球磨5h，收集得混合粉末，按质量比1：3，将α-氰基丙烯酸酯与混合粉末搅拌混合并置于厚度为10mm的模具中，在100MPa下压制10min，随后静置8h后，脱模并收集坯体；最后将上述制备的坯体置于激光熔覆装置下，设置激光功率为2.0kW，光斑直径为5mm，扫描速度为5mm/s，接搭率为50%，在激光熔覆装置中的同轴处通入氩气进行保护，待熔覆烧结完成后，即可制备得一种强韧性陶瓷砂轮。
本实例操作简便，使用时，经检测，本发明制得的强韧性陶瓷砂轮其抗折强度达98MPa，用本发明制得的陶瓷砂轮磨削效率是普通砂轮的100倍，同时磨耗仅为普通砂轮的0.8%， 陶瓷砂轮回转速度为150m/s，能在80 m/s线速度下使用，大大降低了工人的工作强度，提高了工作效率。

Claims (1)

1.一种强韧性陶瓷砂轮的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集废弃铝制易拉罐，将其洗净静置晾干后，切割至大小为1cm2易拉罐碎片，按重量份数计，分别称量15～20份易拉罐碎片、3～5份质量份数5%硫酸溶液、25～30份N,N-二甲基甲酰胺和25～30份二甲基亚砜置于烧杯中，搅拌混合并置于65～70℃下水浴加热1～2h，随后过滤并收集滤渣，用去离子水洗涤3～5次后，自然晾干制备得脱漆易拉罐碎片；
（2）收集废弃玻璃，将其洗净后自然晾干，随后置于液压破碎机中破碎得玻璃碎片，按质量比1:3，将上述制备的脱漆易拉罐碎片与玻璃碎片搅拌混合，在250～300r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过80～90目筛，收集得混合球磨粉末；
（3）将混合球磨粉末置于坩埚中，在250～300℃下预热1～2h，随后按10℃/min升温至800～900℃，保温反应1～2h后，将其置于单孔拉丝坩埚中，控制喷丝板温度为780～800℃，拉丝机转速为4000～4500r/min，拉丝制备得改性玻璃纤维；
（4）按重量份数计，分别称量45～50份粒度为200μm的金刚石粉末、10～15份石墨、15～20份上述制备的改性玻璃纤维置于球磨机中，在450～500r/min下球磨3～5h，收集得混合粉末，按质量比1：3，将α-氰基丙烯酸酯与混合粉末搅拌混合并置于厚度为10mm的模具中，在100MPa下压制5～10min，随后静置6～8h后，脱模并收集坯体；
（5）将上述制备的坯体置于激光熔覆装置下，设置激光功率为1.5～2.0kW，光斑直径为5mm，扫描速度为5mm/s，接搭率为50%，在激光熔覆装置中的同轴处通入氩气进行保护，待熔覆烧结完成后，即可制备得一种强韧性陶瓷砂轮。
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