CN107020582A - 一种复合分散剂水基液体磁性磨具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种复合分散剂水基液体磁性磨具及其制备方法，属于机械零件的表面光整加工领域，其特征在于是一种具有高稳定性的复合分散剂水基液体磁性磨具及制备方法。本发明磨具由质量百分比65%～80%的磁性粒子、15%～25%的去离子水、0.5%～3%的表面活性剂、0.5%～2%的抗氧化剂、0.3%～1%保湿剂、0.3%～1.5%的pH调节剂、1%～2%的纳米级粒子、7%～10%的磨料粒子组成，优点在于，提出了基于密封纯滚动的搅拌方式，使用复合分散剂结合其他功能试剂代替单一分散剂，在配方中加入保湿剂，减少水分的蒸发，加入纳米级粒子，起到填补大分子间的空隙的作用，增强其空间位阻作用，本发明磨具具有稳定性及再分散性好，流动性好，零场粘度低，无毒，回收方便的特点。

Description

一种复合分散剂水基液体磁性磨具及其制备方法

技术领域

本发明一种复合分散剂水基液体磁性磨具及其制备方法，属于机械零件的表面光整加工领域，具体涉及一种具有高稳定性的复合分散剂水基液体磁性磨具及制备方法。

背景技术

随着现代化高速、高精度设备的发展，机械零件的表面质量对整机的装配精度、性能和使用寿命有着重要的影响，因此对零件的表面质量也提出了越来越高的要求，表面光整加工已经成为现代产品制造中的一道必要的工序。

液体磁性磨具光整加工技术是基于液体磁性磨具的磁流变性开发的精密表面光整加工技术，可以实现对金属或非金属材料机械零件的非规则外表面或内表面的精密光整加工。在没有外部磁场作用时，液体磁性磨具是包含各种固体微粒的稳定的水基悬浮体系，具备良好流动性；在使用磨具对工件进行光整加工时，将被加工工件浸没在磨具中，此时施加外部磁场，磨具的流变学性能会迅速发生变化，粘度迅速增加，表观上变“硬”，沿着与工件相接触的表面形成 “柔性研磨层”，当工件与该研磨层发生相对运动时，就可以实现对工件表面的光整加工。

根据液体磁性磨具光整加工的加工机理，对液体磁性磨具的要求为：稳定性好，即配制完成的液体磁性磨具经过长时间的静置，其中的各种固体微粒不发生沉降或沉降率很低，而沉降率越大，液体磁性磨具的加工能力越差；再分散性好，即加工过零件的、已经发生固体微粒沉降的液体磁性磨具经过再分散后，能够重新形成稳定的悬浮液，从而实现加工中的重复利用；零场粘度低，即液体磁性磨具在无外部磁场时具有好的流动性，能够与被加工工件完全接触；流变性好，即液体磁性磨具能够在磁场作用下迅速形成强大的剪切应力变化，实现抛光；另外要求无毒、不挥发和不氧化。

检索到已授权专利“液体磁性磨具及其制备方法”（ZL 200510012687.1），其主要用十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠作为分散剂，制得磨具稳定性较差，配制完成的磨具静置后其中的固体微粒很快发生沉降，而且使用其对零件进行光整加工后无法再分散而失去加工能力。

发明内容

本发明一种复合分散剂水基液体磁性磨具及其制备方法的目的在于：主要解决的技术问题是克服现有的液体磁性磨具稳定性差及再分散性差的缺点，提供一种复合分散剂水基液体磁性磨具及其制备方法，该液体磁性磨具具有强的稳定性及再分散性。

本发明一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于是一种复合分散剂水基液体磁性磨具，该复合分散剂水基液体磁性磨具（如图1所示），包括以下质量分数的组份：

磁性粒子 65%～80%，

去离子水 15%～25%，

表面活性剂 0.5%～3%，

抗氧化剂 0.5%～2%，

保湿剂 0.3%～1%，

pH调节剂 0.3%～1.5%，

纳米级粒子 0.3%～2%，和

磨料粒子 7%～10%。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的磁性粒子为羰基铁粉，粒径大小在3～5μm（如图2所示），含Fe纯度大于97%。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的表面活性剂为六偏磷酸钠和PAA混合使用，或六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠混合使用，或羧甲基纤维素钠和PAA混合使用。其中六偏磷酸钠和PAA质量比为20∶1～20∶3；六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠质量比为5∶1～5∶4；羧甲基纤维素钠和PAA质量比为1∶10～3∶10。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的抗氧化剂为亚硝酸钠。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的保湿剂为丙三醇。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的pH调节剂为无水碳酸钠。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的纳米级粒子为纳米二氧化硅。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的磨料粒子为绿碳化硅，平均粒径为1μm。

上述一种复合分散剂水基液体磁性磨具的制备方法，其特征在于该制备方法的具体步骤为：

1）根据本发明所述组份，按质量分数称取去离子水、表面活性剂、亚硝酸钠、丙三醇和无水碳酸钠；

2）将去离子水置于一容器罐中，然后添加表面活性剂，采用搅拌器搅拌，将转速调至300～400r/min，搅拌使之均匀的分散到去离子水中；

3）将亚硝酸钠和无水碳酸钠加入到混合溶液中，在容器中混合，调节pH值至8～10，将转速调至300～400r/min，搅拌5～10min；

4）将丙三醇加入到混合溶液中，在溶液中混合，保持转速，搅拌5～10min；

5）根据发明所述组份，按质量分数，称量纳米二氧化硅，加入容器中，将转速提至400～450 r/min，搅拌10～20min；

（6）根据发明所述组份，按质量分数，称量羰基铁粉，加入容器中，将转速提高至450～600r/min，强力分散0.5～1.5h；

7）根据发明所述组份，按质量分数，称量绿碳化硅，加入容器中，再次强力分散0.5～1.5h；

8）将所配置的混合溶液倒入封闭式滚动搅拌机中（如图3所示），强力分散4～8h，转速40～60 r/min。

本发明一种复合分散剂水基液体磁性磨具及其制备方法，其优点及用途在于：

1、使用复合分散剂结合其他功能试剂代替单一分散剂。利用复合分散剂间的相互作用，形成空间位阻，与静电排斥同时相互作用，形成高稳定的分散体系。在配方中加入保湿剂，从而减少水分的蒸发。加入纳米级粒子，起到填补大分子间的空隙的作用，增强其空间位阻作用。

2、提出本发明所述的基于密封纯滚动的搅拌方式的制备方法。由于原有的制备技术是采用机械搅拌或者是球磨搅拌方式，机械搅拌的过程中，高速的搅拌会在分散固体微粒的同时破坏分散剂间的相互作用；球磨混合搅拌过程中，由于过强的作用力而对配制的磨具中铁粉颗粒的粒径和形态带来影响，同时也会造成分散稳定剂无法稳定吸附在铁粉颗粒表面，造成分散稳定性变差。密封纯滚动搅拌避免了上述不利影响。

3、本发明所述液体磁性磨具沉降稳定性好，抗氧化性强，不易挥发，磁响应性能好，剪切应力高，成本低，易于回收。

附图说明

图1是本发明所述复合分散剂水基液体磁性磨具。

图2是本发明实施例中羰基铁粉的粒径分布图。

图3是本发明实施例中使用的密封纯滚动装置。

图4是本发明实施例1中的固体微粒沉降图。

图5是本发明实施例2中的固体微粒沉降图。

图6是本发明实施例3中的固体微粒沉降图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

以下实施方式是仅为更进一步说明本发明，在不违反本发明的主旨下，本发明应不限于以下实施方式具体明示的内容。

实施方式1

实施方式所用原料如下：

去离子水为20.4%，羰基铁粉为67%，表面活性剂为1.3%，纳米二氧化硅为0.5%，调节剂和抗氧化剂为0.8%，保湿剂为0.3%，绿碳化硅粒子为9.7%。配方中表面活性剂选择六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠，质量比为40∶3。

制备步骤如下：

1）根据发明所述配方，按质量分数，称量去离子水70ml，0.3g羧甲基纤维素钠、4g六偏磷酸钠，2gNaNO₂和1ml丙三醇和1.5g无水碳酸钠；

2）将去离子水置于一容器罐中，然后加入六偏磷酸钠与羧甲基纤维素钠，采用搅拌器搅拌，将转速调至300r/min，搅拌使之均匀的分散到去离子水中；

3）将亚硝酸钠和无水碳酸钠加入到混合溶液中，在容器中混合，调节pH值至8～10，将转速调至300～400r/min，搅拌5min；

4）将丙三醇加入到混合溶液中，在溶液中混合，保持转速，搅拌5min。

5）根据发明所述配方，按质量分数，称量1.7g的纳米二氧化硅，加入容器中，将转速提至400～450 r/min，搅拌15min；

6）根据发明所述配方，按质量分数，称量230g的羰基铁粉，加入容器中，将转速提高至450～600r/min，强力分散0.5h；

7）根据发明所述配方，按质量分数，称量30g的绿碳化硅，加入容器中，再次强力分散0.5h；

8）将所配置的混合溶液倒入如图3所示的封闭式滚动搅拌机中，强力分散6h，转速40r/min。

制得的本发明所述液体磁性磨具，具有低的零场粘度，在室温下用SV-10粘度计，测得其零场表观粘度为278 mPa.s。在图4及图5中，纵轴为固体微粒沉降量，横轴为静置观测时间，当纵轴为100ml，表示不发生沉降。如图4所示，配置完成的液体磁性磨具静置1h内，固体微粒基本不发生沉降；随着时间的延长，粒子发生的沉降比率增大，但是到6h左右达到稳定，不再继续沉降，沉降量仅4ml，观测时间为16h。

实施方式2

实施方式所用原料如下：

去离子水为20.4%，羰基铁粉为67%，表面活性剂为1.3%，纳米二氧化硅为0.5%，调节剂和抗氧化剂为0.8%，保湿剂为0.3%，绿碳化硅粒子为9.7%。配方中表面活性剂选择六偏磷酸钠和PAA，质量比为5∶2。

制备步骤如下：

1）根据发明所述配方，按质量分数，称量去离子水70ml，1.25gPAA、3g六偏磷酸钠，2gNaNO₂和1ml丙三醇和2g无水碳酸钠；

2）将去离子水置于一容器罐中，然后加入六偏磷酸钠与PAA，采用搅拌器搅拌，将转速调至300r/min，搅拌使之均匀的分散到去离子水中；

3）将亚硝酸钠和少量的无水碳酸钠加入到混合溶液中，在容器中混合，调节pH值至8～10，将转速调至300～400r/min，搅拌5min；

4）将丙三醇加入到混合溶液中，在溶液中混合，保持转速，搅拌5min；

5）根据发明所述配方，按质量分数，称量1.7g的纳米二氧化硅，加入容器中，将转速提至400～450 r/min，搅拌15min。

6）根据发明所述配方，按质量分数，称量230g的羰基铁粉，加入容器中，将转速提高至450～600r/min，强力分散0.5h；

7）根据发明所述配方，按质量分数，称量30g的绿碳化硅，加入容器中，再次强力分散0.5h；

8）将所配置的混合溶液倒入如图3所示的封闭式滚动搅拌机中，强力分散6h，转速40r/min。

制得的本发明所述液体磁性磨具，具有低的零场粘度，在室温下用SV-10粘度计，测得其零场表观粘度为205mPa.s。如图5所示，配置完成的液体磁性磨具静置2h内，固体微粒基本不发生沉降；随着时间的延长，粒子发生的沉降比率增大，但是到10h左右达到稳定，不再继续沉降，此时沉降量8ml，观测时间为16h。

实施方式3

实施方式所用原料如下：

去离子水为20.4%，羰基铁粉为67%，表面活性剂为1.1%，纳米二氧化硅为0.7%，调节剂和抗氧化剂为0.8%，保湿剂为0.3%，绿碳化硅粒子为9.7%。配方中表面活性剂选择羧甲基纤维素钠和PAA，质量比为1∶10。

制备步骤如下：

（1）根据发明所述配方，按质量分数，称量去离子水70ml，3.5gPAA、0.35g羧甲基纤维素钠，2gNaNO₂和1ml丙三醇和2g的无水碳酸钠。

（2）将去离子水置于一容器罐中，然后加入羧甲基纤维素钠与PAA，采用搅拌器搅拌，将转速调至300r/min，搅拌使之均匀的分散到去离子水中。

（3）将亚硝酸钠和无水碳酸钠加入到混合溶液中，在容器中混合，调节pH值至8～10，将转速调至300～400r/min，搅拌5min。

（4）将丙三醇加入到混合溶液中，在溶液中混合，保持转速，搅拌5min。

（5）根据发明所述配方，按质量分数，称量2.25g的纳米二氧化硅，加入容器中，将转速提至400～450 r/min，搅拌15min。

（6）根据发明所述配方，按质量分数，称量230g的羰基铁粉，加入容器中，将转速提高至450～600r/min，强力分散0.5h。

（7）根据发明所述配方，按质量分数，称量30g的绿碳化硅，加入容器中，再次强力分散0.5h。

（8）将所配置的混合溶液倒入如图3所示的封闭式滚动搅拌机中，强力分散6h，转速40 r/min。

制得的本发明所述液体磁性磨具，具有低的零场粘度，在室温下用SV-10粘度计，测得其零场表观粘度为202mPa.s。如图6所示，配置完成的液体磁性磨具静置2h内，固体微粒基本不发生沉降；随着时间的延长，粒子发生的沉降比率增大，但是到10h左右达到稳定，不再继续沉降，此时沉降量8ml，观测时间为15h。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于是一种复合分散剂水基液体磁性磨具，该复合分散剂水基液体磁性磨具，包括以下质量分数的组份：

磁性粒子 65%～80%，

去离子水 15%～25%，

表面活性剂 0.5%～3%，

抗氧化剂 0.5%～2%，

保湿剂 0.3%～1%，

pH调节剂 0.3%～1.5%，

纳米级粒子 0.3%～2%，和

磨料粒子 7%～10%。

2.按照权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的磁性粒子为羰基铁粉，粒径大小在3～5μm，含Fe纯度大于97%。

3.按照权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的表面活性剂为六偏磷酸钠和PAA混合使用，或六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠混合使用，或羧甲基纤维素钠和PAA混合使用；其中六偏磷酸钠和PAA质量比为20∶1～20∶3；六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠质量比为5∶1～5∶4；羧甲基纤维素钠和PAA质量比为1∶10～3∶10。

4.按照权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的抗氧化剂为亚硝酸钠。

5.按照权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的保湿剂为丙三醇。

6.按照权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的pH调节剂为无水碳酸钠。

7.按照权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的纳米级粒子为纳米二氧化硅。

8.按照权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具，其特征在于所述的复合分散剂水基液体磁性磨具中，优选的磨料粒子为绿碳化硅，平均粒径为1μm。

9.权利要求1所述一种复合分散剂水基液体磁性磨具的制备方法，其特征在于该制备方法的具体步骤为：

1）根据本发明所述组份，按质量分数称取去离子水、表面活性剂、亚硝酸钠、丙三醇和无水碳酸钠；

2）将去离子水置于一容器罐中，然后添加表面活性剂，采用搅拌器搅拌，将转速调至300～400r/min，搅拌使之均匀的分散到去离子水中；

3）将亚硝酸钠和无水碳酸钠加入到混合溶液中，在容器中混合，调节pH值至8～10，将转速调至300～400r/min，搅拌5～10min；

4）将丙三醇加入到混合溶液中，在溶液中混合，保持转速，搅拌5～10min；

5）根据发明所述组份，按质量分数，称量纳米二氧化硅，加入容器中，将转速提至400～450 r/min，搅拌10～20min；

6）根据发明所述组份，按质量分数，称量羰基铁粉，加入容器中，将转速提高至450～600r/min，强力分散0.5～1.5h；

7）根据发明所述组份，按质量分数，称量绿碳化硅，加入容器中，再次强力分散0.5～1.5h；

8）将所配置的混合溶液倒入封闭式滚动搅拌机中（如图3所示），强力分散4～8h，转速40～60 r/min。