CN106753241B

CN106753241B - 磁性磨料及其制备方法

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Publication number: CN106753241B
Application number: CN201611081753.5A
Authority: CN
Inventors: 牛伟
Original assignee: Zhengzhou Hongji Abrasive Tech Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Hongji Abrasive Tech Co Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2019-02-05
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: CN106753241A

Abstract

本发明提供了一种磁性磨料，它包括感磁核和包裹所述感磁核的研磨壳体的核壳结构。所述研磨壳体包括结合剂和磨料颗粒，所述磨料颗粒是通过热熔所述结合剂粘结在所述感磁核上的。通过对所述感磁核表面包裹层的合理设计，增强了磁性磨料研磨效率并保留了自锐性，从而保证了研磨过程的一致性和稳定性。所述磁性磨料以感磁材料为核，磁性磨料易回收。本发明还提供一种磁性磨料的制备方法，包括提供一种感磁核颗粒和一种结合剂颗粒；磁性磨料半成品小球的制备及烧结步骤。该方法选用高温烧结后的结合剂粉体对磨料颗粒和感磁核颗粒进行粘结，有效降低了所述感磁核颗粒的氧化程度。该制备方法工艺简单、易于工业化生产。

Description

磁性磨料及其制备方法

技术领域

本发明涉及研磨材料领域，具体的说，涉及了一种磁性磨料及其制备方法。

背景技术

磨料在工业上应用非常广泛，有工业牙齿之称，特别是加工高精度或低粗糙度的零件或特别硬的零件时，磨料必不可少。随着我国机械制造业的快速发展和结构性调整，磨料行业对磨料的质量要求越来越高，促使磨料生产企业不断地改进生产工艺。

目前，研磨加工中的磁力研磨技术是一种光整加工技术，由于其使用的磁性磨料可以形成具有自锐性，特殊的适应性的磁刷。因此，此项技术正越来越多的被应用于生产领域，尤其是复杂形状工件和精密抛光领域。磁性磨料的制备是磁性研磨技术中的重要部份，也是制约磁性研磨技术发展的重要因素。而磁性磨料的烧结方法主要有激光烧结法和热压烧结法。其中激光烧结法是采用铁粉加普通磨料，通过加热、熔化、混合、重凝等物理化学过程制备成一定尺寸的磁性磨料。此方法简单易行，制成的磁性磨料尺寸合适。缺点是制成的磁性磨料易氧化、组织疏松、密度低，磨料相颗粒易剥落。热压烧结法主要是在烧结温度在1200℃左右烧结3h～6h，并常用钛粉、钼粉作结合剂，经热压烧结制备所得。该方法缺点是热压过程中温度测量准确性较差，温度不均匀，最终质量往往受粉末原始氧化程度影响较大，还与填装重量的准确性、磨具尺寸稳定性及压力有关。而且制的得样块破碎难，需要线切割成片、成条再破碎，难以批量生产。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

由鉴于此，本发明确有必要提供一种研磨效率高、自锐性好且易回收的磁性磨料及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种磁性磨料，它具有核壳结构，所述核壳结构包括感磁核和包裹所述感磁核的研磨壳体，所述研磨壳体包括结合剂和磨料颗粒，所述磨料颗粒是通过热熔所述结合剂粘结在所述感磁核上的。

基于上述，所述核壳结构为多核结构，所述多核结构包括多个周围包裹着所述研磨壳体的所述感磁核。多个所述感磁核之间间隔排布或存在有多个所述感磁核直接相接触的现象，优选地，选用以多个所述感磁核之间间隔排布，多个所述感磁核之间包裹所述研磨壳体结构的磁性磨料。

基于上述，所述感磁核为粒度5微米～100微米的铁基合金颗粒，且所述铁基合金颗粒中铁元素质量百分含量为50%～98%。其中，所述感磁核的形状可以为圆形、椭圆形、菱形、长方形，优选为地所述感磁核的形状为圆形或椭圆形。

基于上述，所述磁性磨料为球形或椭圆形，所述磁性磨料粒度为11微米～106微米。

基于上述，所述感磁核的磁导率大于20 H/m。

基于上述，所述结合剂是通过高温烧结以下质量份的原料制备的：18～50份SiO₂、10～30份α-Al₂O₃、18～50份B₂O₃、1～5份K₂O、5～10份Li₂O、1～5份ZnO、0.5～4份MgO、0.1～1.1份La₂O₃、0.2～1.3份Y₂O₃。在高温烧结过程中，上述各原料之间会发生物理和化学变化，使得各原料成分之间发生熔融混合形成玻璃态的固相，利用较低的温度就可以将呈现固态状的玻璃态结合剂再次进行熔融，从而大幅降低了利用该结合剂将磨料颗粒粘结在所述感磁核上所需的温度。有效避免了所述感磁核被氧化现象；使得该磁性磨料的居里温度在850℃以下，仍能够保持较好的研磨性能。

基于上述，所述磨料颗粒的质量为所述磁性磨料质量的10%～80%，且所述磨料颗粒为稀土、超硬材料、软质磨料中的一种或几种材料的组合。所述磨料颗粒的粒度远大于所述感磁核颗粒的粒度，优选地所述磨料颗粒粒度小于4000目。

本发明还提供一种磁性磨料的制备方法，具体包括以下步骤：

提供一种感磁核颗粒和一种结合剂颗粒；所述结合剂颗粒的粒度远大于所述感磁核颗粒的粒度，优选地所述结合剂颗粒小于4000目；

依次在所述感磁核颗粒表面包裹粘附所述结合剂颗粒和磨料颗粒，形成磁性磨料半成品小球；

在800℃～950℃温度下烧结所述磁性磨料半成品小球1小时～2.5小时，从而在所述感磁核颗粒表面形成研磨壳体，制得所述磁性磨料。

基于上述，提供一种所述结合剂颗粒的步骤包括：

按照下述质量份计算，首先将18～50份SiO₂、10～30份α-Al₂O₃、18～50份B₂O₃、1～5份K₂O、5～10份Li₂O、1～5份ZnO、0.5～4份MgO、0.1～1.1份La₂O₃和0.2～1.3份Y₂O₃进行均匀混合、研磨破碎、筛分处理得到粒度小于200目的混合粉末；在1200℃～1500℃温度下熔炼所述混合粉末1小时～2.5小时；然后经过冷却、研磨破碎、风选处理，得到粒度小于4000目的所述结合剂颗粒。

基于上述，所述磁性磨料的制备方法还包括在所述感磁核颗粒表面依次交替包裹粘结所述结合剂颗粒和所述磨料颗粒，形成粒度小于150目的所述磁性磨料半成品小球的步骤。具体地，在所述感磁核表面首先包裹所述结合剂颗粒形成第一层结合剂包裹层；并在所述第一层结合剂包裹层表面粘结所述磨料颗粒形成第一层磨料颗粒包裹层；然后再在所述第一层磨料颗粒包裹层表面包裹一层所述结合剂颗粒形成第二层结合剂包裹层；在第二层结合剂包裹层表面再包裹一层所述磨料颗粒形成第二层磨料颗粒包裹层；最后依次重复上述包裹结合剂和磨料颗粒的步骤，从而得到粒度小于150目的磁性磨料半成品小球。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

1、在所述感磁核表面依次包覆结合剂和磨料颗粒，并经加热熔融、冷却，从而在所述感磁核表面形成所述研磨壳体，改善了所述感磁核与所述磨料颗粒的相容性，提高了所述磨料颗粒与所述感磁核之间的结合力从而提高了该磁性磨料的使用寿命。同时，还保留了该磁性磨料的自锐性，即当所述磁性磨料处于研磨工作状态时，位于所述研磨壳体最外层的磨料颗粒由于受到机械摩擦导致该最外层磨料颗粒的棱角逐渐趋于平滑，使得位于最外层的磨料颗粒磨削力下降，导致其受到较大的机械摩擦力和冲击力，当该机械摩擦力和冲击力大于所述结合力的粘附力时，该最外层的磨料颗粒就会从研磨壳体上脱落，从而使得位于研磨壳体内部的磨料颗粒层暴露在出来，成为磁性磨料的新最外层，该新最外层中的磨料颗粒棱角分明，重复上述研磨工作，直至研磨工作停止，因此，磁性磨料在具有较好的自锐性的同时，还具有耐用度高、使用寿命长的优点。

2、以感磁材料作为该磁性磨料的核体材料，使得该磁性磨料容易被磁化和容易退磁，从而在利用该磁性磨料对工件研磨后，磁性磨料易于回收重复利用，特别能够应用于数控机床的研磨加工。

3、将所述结合剂在制备过程前经过高温烧结处理，使得各原料成分之间发生熔融混合形成玻璃态的固相，利用较低的温度就可以将呈现固态状的玻璃态结合剂再次进行熔融，从而大幅降低了利用该结合剂将磨料颗粒粘结在所述感磁核上所需的温度，有效避免了所述感磁核被氧化现象；使得该磁性磨料的居里温度在850℃以下，同时仍能够保持较好的研磨性能。经过对结合剂的高温烧结，降低了不同磁性磨料颗粒之间的粘连概率，使得制备的磁性磨料颗粒之间较为松散、易于分离，有利于实现批量生产。

附图说明

图1和图2是本发明提供的磁性磨料立体结构示意图。

图3和图4是本发明提供的磁性磨料的外部形态扫描电镜图。

图5是本发明提供的磁性磨料的表面形貌扫描电镜图。

图中，1：感磁核；2、结合剂；3：磨料颗粒。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种磁性磨料，具体结构示意图参见图1和图2，该磁性磨料是具有核壳结构的球形或椭圆形、且粒度为150目左右的磁性磨料。它具体包括感磁核1和通过烧结粘结在所述感磁核1表面的研磨壳体，其中所述研磨壳体是由结合剂2和磨料颗粒3混合经加热熔融、冷却制备的。从而使得所述磨料颗粒3通过熔融凝固后的所述结合剂2粘结在所述感磁核1上。

采用扫描电镜对本实施例提供的所述磁性材料进行检测，结构如图3和图4和图5所示，由图中可见，该磁性磨料外部形状为球形或椭圆形，且出现有以多个感磁核1和同时粘结在多个所述感磁核1表面的研磨壳体，形成的具有多核结构的球形或椭圆形磁性磨料颗粒。分析认为，由于在制备所述磁性磨料过程中，不同磁性磨料上的所述结合剂在受热熔融、冷却凝固过程中，会存在相互粘连现象，因此会导致制备的所述磁性磨料出现多核结构现象。

其中，所述感磁核的形状优选为球形或椭圆形。所述感磁核1的材料为磁导率大于20 H/m的铁基合金，包括铁硅系合金、铁铝系合金、铁硅铝系合金、镍铁系合金或铁钴系合金。本实施例选用为磁导率大于20 H/m且粒度为50 微米～100 微米的镍铁系合金作为感磁核材料，且该镍铁系合金中的铁元素质量百分含量为70%，镍元素质量百分含量为30%。

其中，所述结合剂是通过以下步骤制备的：按照质量份计算，首先将18份SiO₂、30份α-Al₂O₃、20份B₂O₃、份K₂O、10份Li₂O、5份ZnO、4份MgO、0.5份La₂O₃、0.2份Y₂O₃进行混合、研磨破碎、筛分处理得到粒度小于200目的混合粉末，然后在1200℃温度下对所述混合粉末熔炼1小时，冷却，经研磨破碎、风选得到粒度小于4000目的所述结合剂。

所述磨料颗粒为软质磨料，优选地，该软质磨料为氧化铝且在所述磁性磨料中所述氧化铝的质量百分含量为40%。

本实施例还提供一种磁性磨料的制备方法，具体包括以下步骤：

按照上述结合剂的制备方法提供一种粒度小于4000目的所述结合剂颗粒。

利用机械混捻依次在所述感磁核表面首先包裹所述结合剂颗粒形成第一层结合剂包裹层；并在所述第一层结合剂包裹层表面粘结所述磨料颗粒形成第一层磨料颗粒包裹层；然后再在所述第一层磨料颗粒包裹层表面包裹一层所述结合剂颗粒形成第二层结合剂包裹层；在第二层结合剂包裹层表面再包裹一层所述磨料颗粒形成第二层磨料颗粒包裹层；最后依次重复上述包裹的步骤，从而得到粒度小于150目的磁性磨料半成品小球。

所述磁性磨料半成品小球经烘干处理后，在800℃温度下进行烧结1小时，从而在所述感磁核表面形成研磨壳体，经筛分制得粒度为150目左右的所述磁性磨料。

本实施例中利用机械混捻在所述感磁核表面依次包覆结合剂烧结粉体和磨料，并经加热熔融、冷却从而在所述感磁核表面形成所述研磨壳体，改善了所述感磁核与所述磨料颗粒的相容性，提高了所述磨料颗粒与所述感磁核之间的结合力从而提高了该磁性磨料的使用寿命。同时，还保留了该磁性磨料的自锐性。另一方面，该磁性磨料以感磁材料作为核体材料，使得该磁性磨料容易被磁化和容易退磁，从而在利用该磁性磨料对工件研磨后，磁性磨料易于回收重复利用，特别能够应用于数控机床的研磨加工。

在制备方法中，将所述结合剂在制备过程前经过高温烧结处理，使得各原料成分之间发生熔融混合形成玻璃态的固相，利用较低的温度就可以将呈现固态状的玻璃态结合剂再次进行熔融，从而大幅降低了利用该结合剂将磨料颗粒粘结在所述感磁核上所需的温度，有效避免了所述感磁核被氧化现象；使得该磁性磨料的居里温度在850℃以下，同时仍能够保持较好的研磨性能。经过对结合剂的高温烧结，降低了不同磁性磨料颗粒之间的粘连概率，使得制备的磁性磨料颗粒之间较为松散、易于分离，有利于实现批量生产。

实施例2

本实施例提供一种磁性磨料，所述磁性磨料结构与实施例1中的磁性磨料结构大致相同，不同之处在于本实施例提供的所述磁性磨料粒度为100目左右。所述结合剂是通过以下步骤制备的：按照质量份计算，首先将SiO₂ 18份、α-Al₂O₃ 30份、B₂O₃ 18份、K₂O 1份、Li₂O 10份、ZnO 5份、MgO 0.5份、La₂O₃ 1.1份、Y₂O₃ 0.2份进行混合、研磨破碎、筛分处理得到粒度小于200目的混合粉末，然后在1200℃温度下对所述混合粉末熔炼1小时，冷却后经研磨破碎、风选得到粒度小于4000目的所述结合剂颗粒。

所述磨料颗粒2为超硬材料，优选地，该超硬材料为聚晶氮化硼颗粒且所述磁性磨料中所述磨料颗粒的质量百分含量为50%。

本实施例选用粒度50微米～100微米镍铁系合金作为感磁核，并控制在制得的所述镍铁系合金中铁元素质量百分含量为15%，镍元素质量百分含量为30%。本实施例还提供一种磁性磨料的制备方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

对比例1

本对比例1提供一种磁性磨料，该磁性磨料在结构没有呈现层次分明的核壳结构；在原料组成上，本对比实施例2中未先对所述结合剂进行高温烧结处理，且所述结合剂具体包括以下质量份的原料：SiO₂ 50份、α-Al₂O₃ 10份、B₂O₃ 18份、K₂O 5份、Li₂O 10份、ZnO 5份、MgO 4份、La₂O₃ 1.1份、Y₂O₃ 0.2份。

所述磨料为稀土材料且所述磁性磨料中所述稀土材料的质量百分含量为30%。

在制备方法上采用同时向机械混捻机里添加结合剂、磨料和感磁核，经机械混捻得到预烧结的磁性磨料小球，并在900℃温度下对所述磁性磨料小球进行烧结，经筛分制得与实施例1相同粒度的所述磁性磨料。

对比例2

本对比例2提供一种磁性磨料，该磁性磨料在结构上与实施例1中的结构相同；在原料组成上，本对比实施例2中未先对所述结合剂进行高温热处理，且所述结合剂具体包括以下质量份的原料：SiO₂ 50份、α-Al₂O₃ 10份、B₂O₃ 18份、K₂O 5份、Li₂O 10份、ZnO 5份、MgO4份、La₂O₃ 1.1份、Y₂O₃ 0.2份。

本对比例2所提供的磁性磨料制备方法同实施例2中的制备方法。

测试与分析

将实施例1-2以及对比例 1-2所述制得的磁性磨料分别放入磁场中，分别放入50片测试铝合金工件，开动电源让由东泽研磨有限公司提供的型号为TT830的磁力研磨机正转3分钟，再反转3分钟，取出工件、清洗、烘干，分别得到第1-4批加工后的工件；具体测试结果见下表1和表2。

表1、不同实施例提供的磁性磨料在磁场中的分布状况

序号	磁性磨料在磁场中的分布状况
		实施例1	磨料在磁场中无团结现象，能形成理想磁刷
实施例2	磨料在磁场中无团结现象，能形成理想磁刷
		对比例1	磨料在磁场中有团结现象，不能形成理想磁刷
对比例2	磨料在磁场中有团结现象，不能形成理想磁刷

从表1中可知，本发明的实施例1和2制备的磁性磨料在磁场中不但无团聚现象，而且能形成理想磁刷；而对比例1和2制备的磁性磨料在磁场中有团聚现象，而团聚会影响磨料的工作效率，抛光的效果。

表2、采用不同实施例提供的磁性磨料加工零件粗糙度

从表2中可知，本发明的实施例1和2制备的磁性磨料较对比例1和2在对工件的抛光或磨削能力方面有较大提高。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种磁性磨料，其特征在于，它具有核壳结构，所述核壳结构包括感磁核和包裹所述感磁核的研磨壳体，所述研磨壳体包括结合剂和磨料颗粒，所述结合剂是通过高温烧结以下质量份的原料制备的：18～50份SiO₂、10～30份α-Al₂O₃、18～50份B₂O₃、1～5份K₂O、5～10份Li₂O、1～5份ZnO、0.5～4份MgO、0.1～1.1份La₂O₃和0.2～1.3份Y₂O₃；所述磁性磨料是通过在所述感磁核颗粒表面依次交替包裹粘结所述结合剂和所述磨料颗粒，形成粒度小于150目的磁性磨料半成品小球，然后在800℃～950℃温度下烧结所述磁性磨料半成品小球1小时～2.5小时，从而在所述感磁核颗粒表面形成研磨壳体而制得的。

2.根据权利要求1所述的磁性磨料，其特征在于，所述核壳结构为多核结构，所述多核结构包括多个周围包裹着所述研磨壳体的所述感磁核。

3.根据权利要求1或2所述的磁性磨料，其特征在于，所述感磁核为粒度5微米～100微米的铁基合金颗粒，且所述铁基合金颗粒中铁元素质量百分含量为50%～98%。

4.根据权利要求3所述的磁性磨料，其特征在于，所述感磁核的磁导率大于20 H/m。

5.根据权利要求4所述的磁性磨料，其特征在于，所述磁性磨料的形状为球形或椭圆形，所述磁性磨料粒度为11 微米～106 微米。

6.根据权利要求5所述的磁性磨料，其特征在于，所述磨料颗粒的质量为所述磁性磨料质量的10%～80%，且所述磨料颗粒为稀土、超硬材料、软质磨料中的一种或几种材料的组合。

7.一种磁性磨料的制备方法，具体包括以下步骤：

提供一种感磁核颗粒和一种结合剂颗粒；

在所述感磁核颗粒表面依次交替包裹粘结所述结合剂颗粒和磨料颗粒，形成粒度小于150目的磁性磨料半成品小球；

在800℃～950℃温度下烧结所述磁性磨料半成品小球1小时～2.5小时，从而在所述感磁核颗粒表面形成研磨壳体，制得磁性磨料；

其中，提供一种所述结合剂颗粒的步骤包括：

按照下述质量份计算，首先将18～50份SiO₂、10～30份α-Al₂O₃、18～50份B₂O₃、1～5份K₂O、5～10份Li₂O、1～5份ZnO、0.5～4份MgO、0.1～1.1份La₂O₃和0.2～1.3份Y₂O₃进行均匀混合、研磨破碎、筛分处理得到粒度小于200目的混合粉末；

在1200℃～1500℃温度下熔炼所述混合粉末1小时～2.5小时，然后经过冷却、研磨破碎、风选处理，得到粒度小于4000目的所述结合剂颗粒。