CN107214634A - 一种金刚石砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石砂轮及其制备方法，属于五金工具领域。本发明金刚石砂轮包括金刚石基料、树脂粘合剂、陶瓷粘合剂、炭黑、增韧剂和无水乙醇；本发明先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合得混合粘合剂，加入金刚石基料搅拌后，再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇搅拌混合得砂轮料，于砂轮模具中压制成型得砂轮坯体，再于烧结炉中进行烧结成型后自然冷却，即得金刚石砂轮。本发明的有益效果是：本发明金刚石砂轮磨削效果好，强度高，同时具有较佳的耐冲击性能。

Description

一种金刚石砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金刚石砂轮及其制备方法，属于五金工具领域。

背景技术

金刚石砂轮以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成的中央有通孔的圆形固结磨具称作金刚石砂轮（合金砂轮）。

金刚石砂轮分为金属结合剂金刚石砂轮、树脂结合剂金刚石砂轮和陶瓷结合剂金刚石砂轮。其中，树脂结合剂金刚石砂轮是以粉末状人造金刚石为磨料，以树脂粉或树脂液为粘合剂，加入适当的填充材料，通过配制、混合、成型、固化、机械加工等工艺过程制成的具有一定几何形状、能适用不同磨削要求的一种金刚石磨具。但是树脂结合剂为有机材料，受其材料本征性能限制，砂轮耐水性、耐磨性较差，不能采用碱性冷却液；另外树脂与金刚石磨粒的结合强度低，磨削加工时砂轮磨耗大，磨具的形状保持性差，不适合精密成型磨削。

陶瓷结合剂金刚石砂轮是以陶瓷、玻璃或微晶玻璃等无机材料作结合剂与人造金刚石磨料混合后，采用粉料压制成型方法成型后经高温烧结而成。在烧结温度下，结合剂材料软化而出现部分液相，结合剂将金刚石磨料润湿、包裹，在结合剂与金刚石磨料界面处发生一系列的物理化学变化，结合剂将金刚石磨料牢固粘接，形成具有一定形状的磨具。但由于陶瓷结合剂为脆性材料易断裂而引起金刚石磨料脱落，导致砂轮磨削效果差，强度低、耐冲击性能差。

因此，如何实现一种磨削效果好、强度高、耐冲击性能佳的金刚石砂轮是业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对传统陶瓷结合剂金刚石砂轮由于陶瓷结合剂为脆性材料易断裂而引起金刚石磨料脱落，导致砂轮磨削效果差，强度低、耐冲击性能差的弊端，提供了一种金刚石砂轮及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种金刚石砂轮，按重量份数计，包括100～120份金刚石基料、10～20份树脂粘合剂、3～5份陶瓷粘合剂、2～4份炭黑、1～3份增韧剂和4～5份无水乙醇；

所述的金刚石基料按重量份数计，包括80～100份金刚石微粉、5～10份柠檬酸钠、1～3份钙铁辉石、1～3份铝粉、2～4份钠长石、0.3～0.5份铜粉、0.1～0.3份锌粉；

所述的金刚石基料的制备方法为：

（1）将柠檬酸钠加入10倍质量的水中，得柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉，加入球磨罐中研磨3～5h后，得研磨料；

（2）将研磨料加入反应釜中，并加入金刚石微粉，加热至200～220℃，搅拌后出料，得混合料后放入烘箱中干燥，得干燥物后加入真空炉中，加热至1100～1200℃，保温10～15min后冷却至室温，并出炉，即可得到金刚石基料。

所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的一种。

所述的陶瓷粘合剂按重量份数计，包括15～20份纳米二氧化硅溶胶、10～20份纳米二氧化钛、1～3份淀粉、5～10份氧化硼和3～5份二氧化锰。

所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、魔芋淀粉中的一种或多种。

所述的纳米二氧化硅溶胶的质量分数为20%。

所述的增韧剂为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维中的一种。

所述的一种金刚石砂轮的制备方法，具体制备步骤为：

（1）将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合，得混合粘合剂，并置于搅拌机中，向搅拌机中加入金刚石基料，搅拌1～2h后，再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇，以600～800r/min转速搅拌混合2～4h，得砂轮料；

（2）将砂轮料倒入砂轮模具中，刮平后在温度为220～300℃，压力为100～150MPa压力下，保压压制80～100min，压制过程中，每8～10min放气一次；

（3）压制成型后得砂轮坯体，放入烧结炉中进行烧结成型，烧结体系为：150～170℃、5～6h，200～250℃、2～4h，500～550℃、50～60min，烧结后自然冷却，即得金刚石砂轮。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明将金刚石微粉和钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉、锌粉复合后，经过高温处理后，物质之间会发生化学反应，在金刚石微粉表面形成化合物，从而得到金刚石基料，有利于降低金刚石的热损伤，而且可使金刚石基料与结合剂之间的结合力增大，使结合剂不易断裂、脱落，使制得的砂轮磨削能力好，强度高；

（2）本发明将陶瓷结合剂和树脂粘合剂进行复合使用，使用后可以使砂轮的修整修锐能力、磨削效果得到明显改善，同时，复合结合剂对金刚石基料的把持力好，在磨削时可承受较重载荷，且磨料不易过早脱落，砂轮耐用度好，加工效率高，耐冲击性佳。

具体实施方式

按重量份数计，分别选取80～100份金刚石微粉、5～10份柠檬酸钠、1～3份钙铁辉石、1～3份铝粉、2～4份钠长石、0.3～0.5份铜粉、0.1～0.3份锌粉；先将柠檬酸钠加入10倍质量的水中，得柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉，加入球磨罐中研磨3～5h后，得研磨料；将研磨料加入反应釜中，并加入金刚石微粉，加热至200～220℃，搅拌10～15min后出料，得混合料后放入烘箱中，在100～120℃温度下干燥8～10h，得干燥物后加入真空炉中，加热至1100～1200℃，保温10～15min后冷却至室温，并出炉，即可得到金刚石基料；按重量份数计，分别选取15～20份质量分数20%纳米二氧化硅溶胶、10～20份纳米二氧化钛、1～3份淀粉、5～10份氧化硼和3～5份二氧化锰，搅拌混合后得陶瓷粘合剂，按重量份数剂，选取100～120份金刚石基料、10～20份树脂粘合剂、3～5份陶瓷粘合剂、2～4份炭黑、1～3份增韧剂和4～5份无水乙醇；先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合，得混合粘合剂，并置于搅拌机中，向搅拌机中加入金刚石基料，搅拌1～2h后，再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇，以600～800r/min转速搅拌混合2～4h，得砂轮料；将砂轮料倒入砂轮模具中，刮平后在温度为220～300℃，压力为100～150MPa压力下，保压压制80～100min，压制过程中，每8～10min放气一次；压制成型后得砂轮坯体，放入烧结炉中进行烧结成型，烧结体系为：150～170℃、5～6h，200～250℃、2～4h，500～550℃、50～60min，烧结后自然冷却，即得金刚石砂轮。所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、魔芋淀粉中的一种或多种。所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的一种。所述的增韧剂为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维中的一种。

实例1

按重量份数计，分别选取80份金刚石微粉、5份柠檬酸钠、1份钙铁辉石、1份铝粉、2份钠长石、0.3份铜粉、0.1份锌粉；先将柠檬酸钠加入10倍质量的水中，得柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉，加入球磨罐中研磨3h后，得研磨料；将研磨料加入反应釜中，并加入金刚石微粉，加热至200℃，搅拌10min后出料，得混合料后放入烘箱中，在100℃温度下干燥8h，得干燥物后加入真空炉中，加热至1100℃，保温10min后冷却至室温，并出炉，即可得到金刚石基料；按重量份数计，分别选取15份质量分数20%纳米二氧化硅溶胶、10份纳米二氧化钛、1份淀粉、5份氧化硼和3份二氧化锰，搅拌混合后得陶瓷粘合剂，按重量份数剂，选取100份金刚石基料、10份树脂粘合剂、3份陶瓷粘合剂、2份炭黑、1份增韧剂和4份无水乙醇；先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合，得混合粘合剂，并置于搅拌机中，向搅拌机中加入金刚石基料，搅拌1h后，再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇，以600r/min转速搅拌混合2h，得砂轮料；将砂轮料倒入砂轮模具中，刮平后在温度为220℃，压力为100MPa压力下，保压压制80min，压制过程中，每8min放气一次；压制成型后得砂轮坯体，放入烧结炉中进行烧结成型，烧结体系为：150℃、5h，200℃、2h，500℃、50min，烧结后自然冷却，即得金刚石砂轮。所述的淀粉为马铃薯淀粉。所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺树脂。所述的增韧剂为芳纶纤维。

实例2

按重量份数计，分别选取90份金刚石微粉、8份柠檬酸钠、2份钙铁辉石、2份铝粉、3份钠长石、0.4份铜粉、0.2份锌粉；先将柠檬酸钠加入10倍质量的水中，得柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉，加入球磨罐中研磨4h后，得研磨料；将研磨料加入反应釜中，并加入金刚石微粉，加热至210℃，搅拌13min后出料，得混合料后放入烘箱中，在110℃温度下干燥9h，得干燥物后加入真空炉中，加热至1150℃，保温13min后冷却至室温，并出炉，即可得到金刚石基料；按重量份数计，分别选取18份质量分数20%纳米二氧化硅溶胶、15份纳米二氧化钛、2份淀粉、8份氧化硼和4份二氧化锰，搅拌混合后得陶瓷粘合剂，按重量份数剂，选取110份金刚石基料、15份树脂粘合剂、4份陶瓷粘合剂、3份炭黑、2份增韧剂和5份无水乙醇；先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合，得混合粘合剂，并置于搅拌机中，向搅拌机中加入金刚石基料，搅拌2h后，再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇，以700r/min转速搅拌混合3h，得砂轮料；将砂轮料倒入砂轮模具中，刮平后在温度为260℃，压力为130MPa压力下，保压压制90min，压制过程中，每9min放气一次；压制成型后得砂轮坯体，放入烧结炉中进行烧结成型，烧结体系为：160℃、6h，230℃、3h，530℃、55min，烧结后自然冷却，即得金刚石砂轮。所述的淀粉为玉米淀粉。所述的树脂粘合剂为酚醛树脂。所述的增韧剂为聚酯纤维。

实例3

按重量份数计，分别选取100份金刚石微粉、10份柠檬酸钠、3份钙铁辉石、3份铝粉、4份钠长石、0.5份铜粉、0.3份锌粉；先将柠檬酸钠加入10倍质量的水中，得柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉，加入球磨罐中研磨5h后，得研磨料；将研磨料加入反应釜中，并加入金刚石微粉，加热至220℃，搅拌15min后出料，得混合料后放入烘箱中，在120℃温度下干燥10h，得干燥物后加入真空炉中，加热至1200℃，保温15min后冷却至室温，并出炉，即可得到金刚石基料；按重量份数计，分别选取20份质量分数20%纳米二氧化硅溶胶、20份纳米二氧化钛、3份淀粉、10份氧化硼和5份二氧化锰，搅拌混合后得陶瓷粘合剂，按重量份数剂，选取120份金刚石基料、20份树脂粘合剂、5份陶瓷粘合剂、4份炭黑、3份增韧剂和5份无水乙醇；先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合，得混合粘合剂，并置于搅拌机中，向搅拌机中加入金刚石基料，搅拌2h后，再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇，以800r/min转速搅拌混合4h，得砂轮料；将砂轮料倒入砂轮模具中，刮平后在温度为300℃，压力为150MPa压力下，保压压制100min，压制过程中，每10min放气一次；压制成型后得砂轮坯体，放入烧结炉中进行烧结成型，烧结体系为：170℃、6h，250℃、4h，550℃、60min，烧结后自然冷却，即得金刚石砂轮。所述的淀粉为魔芋淀粉。所述的树脂粘合剂为环氧树脂。所述的增韧剂为玻璃纤维。

对照例：苏州某公司生产的1A1350D-36T-127H-7X金刚石砂轮。

将上述实施例所得金刚石砂轮与对照例的金刚石砂轮进行检测，具体检测如下：

1、抗弯强度：采用三点抗弯强度法在SKZ-500型数显抗折试验机测试抗弯强度；

2、硬度：采用HR-150DT洛氏硬度仪测量砂轮的洛氏硬度，压头为淬火钢球，直径为1.59mm，载荷为980N；

3、抗折强度：采用三点弯曲法，利用万能材料试验机测定金刚石砂轮折断时的载荷，并对其抗折强度进行计算；

4、冲击强度：采用XJ-300A型冲击试验机进行测定；

5、表面粗糙度：利用TR200手持式粗糙度仪，采取随机取点并求其算术平方根的方法得出磨削后金刚石砂轮的表面粗糙度值。

结果如表一所示。

表一：

由上表可知，本发明金刚石砂轮磨削效果好，强度高，同时具有较佳的耐冲击性能。

Claims (7)

1.一种金刚石砂轮，按重量份数计，包括100～120份金刚石基料、10～20份树脂粘合剂、3～5份陶瓷粘合剂、2～4份炭黑、1～3份增韧剂和4～5份无水乙醇；

其特征在于：所述的金刚石基料按重量份数计，包括80～100份金刚石微粉、5～10份柠檬酸钠、1～3份钙铁辉石、1～3份铝粉、2～4份钠长石、0.3～0.5份铜粉、0.1～0.3份锌粉；

所述的金刚石基料的制备方法为：

将柠檬酸钠加入10倍质量的水中，得柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉，加入球磨罐中研磨3～5h后，得研磨料；

将研磨料加入反应釜中，并加入金刚石微粉，加热至200～220℃，搅拌后出料，得混合料后放入烘箱中干燥，得干燥物后加入真空炉中，加热至1100～1200℃，保温10～15min后冷却至室温，并出炉，即可得到金刚石基料。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮，其特征在于：所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮，其特征在于：所述的陶瓷粘合剂按重量份数计，包括15～20份纳米二氧化硅溶胶、10～20份纳米二氧化钛、1～3份淀粉、5～10份氧化硼和3～5份二氧化锰。

4.根据权利要求3所述的一种金刚石砂轮，其特征在于：所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、魔芋淀粉中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的一种金刚石砂轮，其特征在于：所述的纳米二氧化硅溶胶的质量分数为20%。

6.根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮，其特征在于：所述的增韧剂为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维中的一种。

7.如权利要求1所述的一种金刚石砂轮的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：

（1）将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合，得混合粘合剂，并置于搅拌机中，向搅拌机中加入金刚石基料，搅拌1～2h后，再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇，以600～800r/min转速搅拌混合2～4h，得砂轮料；

（2）将砂轮料倒入砂轮模具中，刮平后在温度为220～300℃，压力为100～150MPa压力下，保压压制80～100min，压制过程中，每8～10min放气一次；

（3）压制成型后得砂轮坯体，放入烧结炉中进行烧结成型，烧结体系为：150～170℃、5～6h，200～250℃、2～4h，500～550℃、50～60min，烧结后自然冷却，即得金刚石砂轮。