CN107256750B - 一种包覆型磁性磨粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种包覆型磁性磨粒及其制备方法，包覆型磁性磨粒由氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：1～3；Fe离子与氨水氨离子的摩尔比为1：2～7的；四氧化三铁：改性剂的质量比为1～5；乙醇：水为1：5的比例配置的乙醇‑水溶液；正硅酸乙酯：溶液的体积比为1：20～30；氨水：溶液的体积比为1：20～30的比例配置。制备步骤：（1）称取氯化铁、氯化亚铁、氨水、改性剂、乙醇、正硅酸乙酯、蒸馏水；（2）将蒸馏水和氯化铁、氯化亚铁混合配置成溶液；（3）加入氨水搅拌；（4）干燥；（5）将上述干燥产物、活性剂和蒸馏水配置成溶液并分散；（6）加入醇水溶液搅拌；（7）滴加正硅酸乙酯；（8）滴加氨水，搅拌；（8）将产物抽滤后干燥。本发明成本低，易于回收。

Description

一种包覆型磁性磨粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及机械零件的表面光整加工领域，具体涉及一种包覆型磁性磨粒及制备方法。

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。

磁性研磨是利用作用于磨具和工件之间的外加磁场力吸引磁性磨粒，形成“柔性磁刷”，以改善工件表面质量。其中，磁性磨料对研磨加工效率、精度、表面质量起着决定性作用，是制约着磁性研磨加工技术深入推广的主要因素。目前，国内外应用的磁性磨料制备技术有多种，如粘结法、原位反应复合法、粉末冶金法、激光烧结、微波烧结、等离子粉末熔融和雾法快凝等。其中，现在较为成熟且常用的制备工艺为粘接法和烧结法，其制备工艺的后续，都需要对磨料进行破碎和筛分，大大加大的劳动力和制备时间，且采用手工破碎的方式，颗粒中不可避免地存在裂痕，因此应尽可能降低破碎时间，减少反复破碎。因此，为解决这一问题，研制出一种制备工艺相对简单，工艺无需破碎，成本低的磁性磨粒对推动该技术的生产应用具有深远的意义。

根据检索到的专利，二氧化硅包覆四氧化三铁的专利 CN 201510176768.9，其主要制备的复合材料粒径分布在纳米级别，且主要适用于医学、污水吸附等领域，在机械研磨中尚未有直接应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现在常用的粘接法和烧结法的磁性磨粒的制备工艺需要破碎这一问题，提供一种包覆型磁性磨粒及其制备方法，该磁性磨粒可以直接成型，无需再破碎。

本发明所述包覆型磁性磨粒的制备方法具体步骤为：

（1）将氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：1～3的比例，称取氯化亚铁和氯化铁放入烧杯中；

（2）在烧杯中加入的蒸馏水，用300～500r/min的转速搅拌，使之均匀的分散到蒸馏水中，配置成氯化亚铁-氯化铁-蒸馏水溶液，代号A溶液，用保鲜膜密封；

（3）将上述A溶液置于恒温搅拌器上，将转速调至200～400r/min，将温度调至15度～80度，恒温搅拌混合均匀；

（4）在上述混合均匀的A溶液中，以Fe离子与氨水氨离子的摩尔比为1：2～7的比例加入氨水，用保鲜膜密封，使其在碱性条件下生成沉淀；

（5）反应2～4h后，将烧杯取出，用超强磁铁吸引生成的四氧化三铁使其沉淀在杯底，倒掉液体，用水反复清洗几次，直到溶液由碱性变成中性为止，最后一次用蒸馏水洗涤；

（6）将洗涤完的粉末放入鼓风干燥箱中，在温度范围为50～80度下，干燥8～12小时的时间后，将干燥完的粉末放入研钵中研磨至均匀。

（7）以四氧化三铁：柠檬酸钠改性剂的质量比为1：1～5，称取柠檬酸钠改性剂，溶于蒸馏水中，配置成柠檬酸钠-蒸馏水溶液，取1～5g上述制备的四氧化三铁加入到上述混合均匀的柠檬酸钠-蒸馏水溶液中，形成四氧化三铁-柠檬酸钠-蒸馏水溶液，代号为B溶液，并置于超声分散器中超声分散20～40min，使其混合均匀；

（8）将上述B溶液重新分散在一定量的去离子水中，形成四氧化三铁-柠檬酸钠-去离子水溶液，代号为C溶液,使其总体积为10～20ml；

（9）在改性后的溶液中，加入乙醇：蒸馏水为1：5的比例配置成一定量的乙醇-水溶液，其与上述C溶液混合，形成乙醇-蒸馏水-四氧化三铁-柠檬酸钠-去离子水溶液，代号为D溶液在高速机械搅拌30～50min；

（10）按正硅酸乙酯：D溶液的体积比为1：20～30的比例滴加正硅酸乙酯，继续搅拌30～50min,形成混合均匀的E溶液；

（11）按氨水：E溶液的体积比为1：2～3的比例加入氨水，以2～5滴/秒的速率滴加，搅拌两小时,形成F溶液；

（12）将上述F溶液置于真空过滤泵中，抽滤后放于干燥箱，干燥12小时。

本发明所述包覆型磁性磨粒解决目前技术问题所采用的技术方案是：1、使用化学包覆之间的化学键连接磨粒相与磁力相代替粘接法和烧结法中物理粘接的磨粒相与磁力相。利用化学的水解缩合反应，使无机物二氧化硅反应生成在四氧化三铁颗粒表面，从而形成结构稳定的小颗粒的磁性磨粒。2、提出本发明所述的简易快捷的制备工艺。由于现在常用的烧结法、粘接法制备磨料时，均需把块状的磨料破碎成小颗粒，然后进行筛分。在工艺中，耗时长，劳动力大，且机械破碎的过程中，所需破碎力大，导致部分磨料发生分离，进而对磁性磨粒性能造成不利影响。

本发明所述包覆型磁性磨粒的优点是颗粒小，工艺简单，无需破碎，磁响应性能好，成本低，易于回收。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所述测试B-H曲线的原理图。

图2是本发明实施例1中磁性磨粒包覆前后的B-H曲线图。

图3是本发明实施例2中制备的磁性磨粒的红外光谱图。

图4是本发明实施例3中的制备的磁性磨粒的X射线表征图。

图5是本发明实施例3中的制备的磁性磨粒的TEM表征图。

图6是本发明所述包覆前后对比图。

具体实施方式

以下实施例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例具体明示的内容。

实施例 1

实施例所用原料如下：

氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：2；Fe离子与氨水氨离子的摩尔比为1：3的比例浓度为25%的氨水90ml；四氧化三铁：改性剂的质量比为1：3，称取1g四氧化三铁和3g的柠檬酸钠改性剂；加入乙醇：水为1：5的比例配置成60ml的乙醇-水溶液；按正硅酸乙酯：溶液的体积比为1：20的比例加3ml的正硅酸乙酯；按氨水：溶液的体积比为1：2的比例加30ml的氨水，以一定速率为2滴/秒的速率滴加。

制备步骤如下：

（1）将氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：2的比例，分别称取8.57g的氯化亚铁和11.6504g的氯化铁放入烧杯中。

（2）在烧杯中加入400ml的蒸馏水，用350r/min的转速搅拌，使之均匀的分散到蒸馏水中，配置成一定浓度的溶液，用保鲜膜密封。

（3）将上述溶液置于恒温搅拌器上，将转速调至300r/min，将温度调至20度，恒温搅拌一定时间，使其混合均匀；

（4）在上述溶液中，加入90ml的氨水，用保鲜膜密封，使其在碱性条件下生成沉淀，其反应原理为：

（5）反应一段时间后，将烧杯取出，用超强磁铁吸引生成的四氧化三铁使其沉淀在杯底，倒掉液体，用水反复清洗几次，直到溶液由碱性变成中性为止，最后一次用蒸馏水洗涤。

（6）将洗涤完的粉末放入鼓风干燥箱中，在温度范围为60度下，干燥8小时的时间后，将干燥完的粉末放入研钵中研磨一定的时间，使团聚成块的粉末粉碎均匀。

（7）以四氧化三铁：改性剂的质量比为1：3，称取1g四氧化三铁和3g的柠檬酸钠改性剂，溶于50ml的蒸馏水中，配置成一定浓度的溶液，将其置于超声分散器中超声分散20min，使其混合均匀。

（8）将其重新分散在一定量的去离子水中，使其总体积为10ml。

（9）在改性后的溶液中，加入乙醇：水为1：5的比例配置成60ml的乙醇-水溶液，其与上述溶液混合，在高速机械搅拌一段时间；

（10）按正硅酸乙酯：溶液的体积比为1：20的比例加3ml的正硅酸乙酯，继续搅拌一段时间；

（11）按氨水：溶液的体积比为1：2的比例加30ml的氨水，以一定速率为2滴/秒的速率滴加，搅拌两小时，其工作原理为：

（12）将上述溶液置于真空过滤泵中，抽滤后放于干燥箱，干燥12小时。

制得的本发明所述包覆的磁性磨粒，具有较好的B-H曲线，且包覆前后的磁导性能相差较小，用图1的原理测得包覆前后的B-H曲线。在图2中，纵轴为磁感应强度B，横轴磁场强度H。

当横轴为1300kA/m时，纵轴接近0.39T且变化趋于平缓，表示达到磁饱磁感应强度。如图2所示，包覆前的饱和磁感应强度高于包覆后的磁感应强度，且相差较小。初始时未包覆的磁场强度为0.26T，包覆后为0.233T,相差0.27T；趋于饱和时，未包覆的的磁场强度为0.38T，包覆后为0.34T,相差0.04T。

实施例2

一种本发明的包覆型磁性磨粒，与实施例1的包覆型磁性磨粒成分和制备过程基本相同，区别在于，步骤中的氯化亚铁和氯化铁的质量选择了7.95g和16.22g，从而制备出粒度不一样的四氧化三铁。

制备步骤如下：

（1）将氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：1.5的比例，分别称取7.05g的氯化亚铁和16.22g的氯化铁放入烧杯中。

（2）在烧杯中加入200ml的蒸馏水，用350r/min的转速搅拌，使之均匀的分散到蒸馏水中，配置成一定浓度的溶液，用保鲜膜密封。

（3）将上述溶液置于恒温搅拌器上，将转速调至300r/min，将温度调至50度，恒温搅拌一定时间，使其混合均匀；

（4）在上述溶液中，加入80ml的氨水，用保鲜膜密封，使其在碱性条件下生成沉淀。

（5）反应一段时间后，将烧杯取出，用超强磁铁吸引生成的四氧化三铁使其沉淀在杯底，倒掉液体，用水反复清洗几次，直到溶液由碱性变成中性为止，最后一次用蒸馏水洗涤。

（6）将洗涤完的粉末放入鼓风干燥箱中，在温度范围为60度下，干燥8小时的时间后，将干燥完的粉末放入研钵中研磨一定的时间，使团聚成块的粉末粉碎均匀。

（7）以四氧化三铁：改性剂的质量比为1：3，称取1g四氧化三铁和3g的柠檬酸钠改性剂，溶于50ml的蒸馏水中，配置成一定浓度的溶液，将其置于超声分散器中超声分散20min，使其混合均匀。

（8）将其重新分散在一定量的去离子水中，使其总体积为10ml。

（9）在改性后的溶液中，加入乙醇：水为1：5的比例配置成60ml的乙醇-水溶液，其与上述溶液混合，在高速机械搅拌一段时间；

（10）按正硅酸乙酯：溶液的体积比为1：20的比例加3ml的正硅酸乙酯，继续搅拌一段时间；

（11）按氨水：溶液的体积比为1：2的比例加30ml的氨水，以2滴/秒的速率滴加，搅拌两小时；

（12）将上述溶液置于真空过滤泵中，抽滤后放于干燥箱，干燥12小时。

制得的本发明所述包覆磁性磨粒。图3为产物的红外光谱图，从图中可以看出，在1100左右有一个强吸收峰，此强吸收峰是由Si—O—Si的不对称伸缩振动引起的，在950左右处的小吸收峰是由Si—O(H)伸缩振动引起，800处的吸收峰则是由Si—O—Si伸缩振动引起，460处是O—Si—O基团的振动峰，而在580 处为Fe—O振动吸收峰。此图说明二氧化硅成功的包覆在四氧化三铁上。

实施例3

一种本发明的包覆型磁性磨粒，与实施例1的包覆型磁性磨粒成分和制备过程基本相同，区别在于，步骤中的氯化亚铁和氯化铁的质量选择了8.57g和11.6504g，从而制备出粒度不一样的四氧化三铁。

制备步骤如下：

（1）将氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：1.5的比例，分别称取8.57g的氯化亚铁和11.6504g的氯化铁放入烧杯中。

（2）在烧杯中加入400ml的蒸馏水，用400r/min的转速搅拌，使之均匀的分散到蒸馏水中，配置成一定浓度的溶液，用保鲜膜密封。

（3）将上述溶液置于恒温搅拌器上，将转速调至500r/min，将温度调至50度，恒温搅拌一定时间，使其混合均匀；

（4）在上述溶液中，加入90ml的氨水，用保鲜膜密封，以2滴/秒的速度滴加，使其在碱性条件下生成沉淀。

（5）反应一段时间后，将烧杯取出，用超强磁铁吸引生成的四氧化三铁使其沉淀在杯底，倒掉液体，用水反复清洗几次，直到溶液由碱性变成中性为止，最后一次用蒸馏水洗涤。

（6）将洗涤完的粉末放入鼓风干燥箱中，在温度范围为60度下，干燥12小时的时间后，将干燥完的粉末放入研钵中研磨一定的时间，使团聚成块的粉末粉碎均匀。

（7）以四氧化三铁：改性剂的质量比为1：3，称取1g四氧化三铁和3g的柠檬酸钠改性剂，溶于50ml的蒸馏水中，配置成一定浓度的溶液，将其置于超声分散器中超声分散30min，使其混合均匀。

（8）将其重新分散在一定量的去离子水中，使其总体积为10ml。

（9）在改性后的溶液中，加入乙醇：水为1：5的比例配置成60ml的乙醇-水溶液，其与上述溶液混合，在高速机械搅拌一段时间；

（10）按正硅酸乙酯：溶液的体积比为1：20的比例加3ml的正硅酸乙酯，继续搅拌一段时间；

（11）按氨水：溶液的体积比为2：3的比例加40ml的氨水，以一定速率为2滴/秒的速率滴加，搅拌两小时；

（12）将上述溶液置于真空过滤泵中，抽滤后放于干燥箱，干燥12小时。

制得的本发明所述包覆磁性磨粒。用X射线衍射仪测定所制得的磨粒的特征峰和晶格结构，如图4所示，与标准卡的衍射峰对比可得，该物质中包含二氧化硅和四氧化三铁，图中几乎没有其他的杂质峰，表明所制得的为纯二氧化硅与四氧化三铁。用透射电镜表征磨粒的微观形貌，如图5 所示，图中红色圈出的部分中，结合X射线分析可知，深色为四氧化三铁，周围的浅色为包覆的二氧化硅；且整体来看，磨粒结晶完整，呈球形，粒子大小分布较为均匀。

图6为包覆前后的四氧化三铁图，从图左边可以看出，制备出的四氧化三铁颜色为黑色，粉末更细小。从图右边在包覆二氧化硅后，其颜色变为浅灰，粒径比未包覆的四氧化三铁大。

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例。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 (2)

1.一种包覆型磁性磨粒，其特征在于：包覆型磁性磨粒为四氧化三铁外包覆有二氧化硅；包覆层厚度与四氧化三铁的粒径比为1:3；

在制备包覆型磁性磨粒过程中包括以下配料：氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：1～3；Fe离子与氨水氨离子的摩尔比为1：2～7；四氧化三铁：改性剂的质量比为1～5g；乙醇：水为1：5ml的比例配置的乙醇-水溶液；正硅酸乙酯：溶液的体积比为1：20～30ml；氨水：溶液的体积比为1：20～30ml的比例配置；

包覆型磁性磨粒的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氯化亚铁和氯化铁按铁离子的摩尔比为1：1～3的比例，称取氯化亚铁和氯化铁放入烧杯中；

（2）在烧杯中加入的蒸馏水，用300～500r/min的转速搅拌，使氯化亚铁和氯化铁均匀的分散到蒸馏水中，配置成氯化亚铁-氯化铁-蒸馏水溶液，代号A溶液，用保鲜膜密封；

（3）将上述A溶液置于恒温搅拌器上，将转速调至200～400r/min，将温度调至15度～80度，恒温搅拌混合均匀；

（4）在上述混合均匀的A溶液中，以Fe离子与氨水氨离子的摩尔比为1：2～7的比例加入氨水，用保鲜膜密封，使其在碱性条件下生成沉淀；

（5）反应2～4h后，将烧杯取出，用超强磁铁吸引生成的四氧化三铁使其沉淀在杯底，倒掉液体，用水反复清洗几次，直到A溶液由碱性变成中性为止，最后一次用蒸馏水洗涤；

（6）将洗涤完的粉末放入鼓风干燥箱中，在温度范围为50～80度下，干燥8～12小时的时间后，将干燥后的块状物放入研钵中研磨成粉末；

（7）以四氧化三铁：柠檬酸钠改性剂的质量比为1：1～5，称取柠檬酸钠改性剂，溶于蒸馏水中，配置成柠檬酸钠-蒸馏水溶液，取1～5g四氧化三铁加入到混合均匀的柠檬酸钠-蒸馏水溶液中，形成四氧化三铁-柠檬酸钠-蒸馏水溶液，代号为B溶液，并置于超声分散器中超声分散20～40min，使B溶液混合均匀；

（8）将上述B溶液重新分散在去离子水中，形成四氧化三铁-柠檬酸钠-去离子水溶液，代号为C溶液,使C溶液的总体积为10～20ml；

（9）在C溶液中加入乙醇：蒸馏水为1：5的比例配置成乙醇-水溶液，乙醇-水溶液与上述C溶液混合，形成乙醇-蒸馏水-四氧化三铁-柠檬酸钠-去离子水溶液，代号为D溶液，D溶液在高速机械搅拌30～50min；

（10）按正硅酸乙酯：D溶液的体积比为1：20～30的比例滴加正硅酸乙酯，继续搅拌30～50min,形成混合均匀的代号是E溶液；

（11）按氨水：E溶液的体积比为1：2～3的比例加入氨水，以2～5滴/秒的速率滴加，搅拌两小时,形成F溶液；

（12）将F溶液置于真空过滤泵中，抽滤后放于干燥箱，干燥12小时；

所述包覆型磁性磨粒用于机械零件的表面光整加工以提高机械零件的表面质量；

根据氯化亚铁和氯化铁的质量选择制备粒度不一样的四氧化三铁。

2.如权利要求1中所述的包覆型磁性磨粒，其特征在于：制备步骤是：

（1）分别称取8.57g的氯化亚铁和11.6504g的氯化铁放入烧杯中；

（2）在烧杯中加入400ml的蒸馏水，用350r/min的转速搅拌，使之均匀的分散到蒸馏水中，配置成A溶液，用保鲜膜密封；

（3）将A溶液置于恒温搅拌器上，将转速调至300r/min，将温度调至20度，恒温搅拌一定时间，使A溶液混合均匀；

（4）在A溶液中，加入90ml的氨水，用保鲜膜密封，使A溶液在碱性条件下生成沉淀；

；

（5）反应一段时间后，将烧杯取出，用超强磁铁吸引生成的四氧化三铁使其沉淀在杯底，倒掉液体，用水反复清洗，直到A溶液由碱性变成中性为止，最后一次用蒸馏水洗涤；

（6）将洗涤完的粉末放入鼓风干燥箱中，在温度范围为60度下，干燥8小时的时间后，将干燥完的粉末放入研钵中研磨，使团聚成块的粉末粉碎均匀；

（7）称取1g四氧化三铁和3g的柠檬酸钠改性剂，溶于50ml的蒸馏水中，配置成B溶液，将其置于超声分散器中超声分散20min，使B溶液混合均匀；

（8）将B溶液重新分散在一定量的去离子水中，成为C溶液，C溶液总体积为10ml；

（9）按照乙醇：水为1：5的比例配置60ml的乙醇-水溶液；将乙醇-水溶液加入到C溶液成为D溶液，D溶液在高速机械搅拌45分钟；

（10）按正硅酸乙酯：D溶液的体积比为1：20的比例加3ml的正硅酸乙酯，成为E溶液，继续搅拌40分钟；

（11）按氨水：E溶液的体积比为1：2的比例加30ml的氨水，以2滴/秒的速率滴加，搅拌两小时，形成F溶液；

；

（12）将F溶液置于真空过滤泵中，抽滤后放于干燥箱，干燥12小时；

制得的包覆的磁性磨粒的磁场强度为0.233T；趋于饱和时的磁场强度为0.34T。

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