CN108865063A - 氧化铝基磨料及其制备方法 - Google Patents

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徐纪凤
王敏
高永玺
马海强
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Abstract

本发明涉及一种氧化铝基磨料及其制备方法，属于磨料技术领域。所述的氧化铝基磨料，由下列质量分数的物质组成：Al2O3 98.5‑99.60％；Cr2O3 0.08‑0.20％；TiO2 0.30‑0.45％；杂质，余量。制得的氧化铝基磨料具有高的抗冲击性能、耐磨性和独特的磨削性能，能延长砂轮的使用寿命，使其在高速运转下，仍保持极佳的形状。本发明还提供其制备方法，包括八个步骤，科学合理，简单易行。

Description

氧化铝基磨料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铝基磨料及其制备方法，属于磨料技术领域。
背景技术
随着复合加工新材料的出现，对于磨削要求越来越高，性能单一的磨料不能再适合磨削的发展。对磨料的性能的要求也越来越高，需要既具有高的磨削效率，又具有较好的光洁度。为此我们研发出了集多种磨料性能于一体的新型磨料。用此磨料做成的砂轮，可以延长砂轮的使用寿命，使其在高速运转下条件下仍保持极佳的形状。适合于合金钢、热敏钢、机器工具的打磨、表层、柱面和无心研磨。国内无此类产品的生产，所以，亟需此种磨料的研发和制备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种氧化铝基磨料，磨料具有高的抗冲击性能、耐磨性和独特的磨削性能，能延长砂轮的使用寿命，使其在高速运转下，仍保持极佳的形状。
同时，本发明还提供其制备方法，科学合理，简单易行。
本发明所述的氧化铝基磨料，由下列质量分数的物质组成：
所述的Al2O3粉纯度≥98.4％，灼减≤0.8％，粒度325筛上≥75％，即粒径大于325筛的氧化铝粉含量占总质量的75％以上。
所述的Cr2O3纯度≥97％，烧减≤1.0％，粒度325筛上≤0.50％。
所述的TiO2纯度≥98％，粒度325筛上≤0.10％。
所述的杂质为Fe2O3、SiO2或Na2O中的一种或几种。
本发明所述的氧化铝基磨料的制备方法，包括以下步骤：
1)物料准备
准备好质量比例的氧化铝粉、氧化铬和氧化钛；
2)冶炼
将氧化铝粉风送至电弧炉内，再加入氧化铬和氧化钛，冶炼时间为40小时，在2050℃下，将氧化铝粉、氧化铬和氧化钛分6个阶段依次加入；
3)冷却
冶炼完毕静止2个小时，对炉皮水冷15+1小时，停止浇水，自然冷却4-5天；
4)碎选
待加工炉坨在安全情况下取下腰绳，使用专用工具吊运至擂碎台上，擂碎座升到2-3m的高度，然后拉动插销将炉坨摔碎，用破碎锤将大块炉坨打碎至250mm以下，人工挑选，将炉边、炉底和黑色夹杂挑出；
5)破碎
采用颚式破碎机和对辊机对块料进行破碎；
6)分级筛分
采用振筛机将破碎的物料分成不同的粒度号；
7)磁选
使用磁选机磁选，采用5辊800*404的高强磁选机；
8)后处理加工
包括精筛分，检查和包装入库。
氧化铝、氧化铬和氧化钛可以形成连续的固溶体，在磨料中，氧化铬和氧化钛以置换固溶体状态存在刚玉晶体之中，使刚玉晶格产生某些变形，增加了晶体的抗冲击能力和磨料的物理性能。
所述的步骤2)中，冶炼分六个阶段进行加料，一至三阶段加料时供电压力和供电电流为：150-170v，4300-4500A；四至六阶段加料时供电压力和供电电流为：140-160V，4400-4600A。
所述的步骤2)中，冶炼分六个阶段进行，六个阶段冶炼时间依次为0-4h，4-5h，5-8h，8-20h，20-39h，39-40h。
所述的步骤2)中，加料的六个阶段中，第二阶段和第六阶段为控制期，不加料，第一、第三、第四和第五阶段加料时氧化铝粉与氧化铬和氧化钛的总质量比分别为：138-142:1；140-144:1；130-135:1；150-155:1。
所述的步骤2)中，氧化铬和氧化钛的质量比为1:1.8～3.0。
所述的第一、第三、第四和第五阶段加料时，每一阶段中每个小时的投入量都是相同的。
把金属氧化物TiO2和Cr2O3充分混掺均匀，加入到电弧冶炼炉中，使这两种氧化物在高温熔融条件下与氧化铝氧化物形成固溶体，改变材料的晶格结构和化学键力，从而使其集合了棕刚玉和白刚玉、铬刚玉的优点，且还有自己独特的磨削性能。用于粗磨可提高加工效率，用于精磨可提高工件的表面质量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.所述的磨料具有高的抗冲击性能、耐磨性和独特的磨削性能；用于粗磨可提高加工效率，用于精磨可提高工件的表面质量；还能延长砂轮的使用寿命，可实现高速运转时仍保持极佳的形状；适合合金钢、热敏刚、机器工具的打磨、表层、柱面打磨和无心研磨。
2.由于氧化铬和氧化钛的加入，改善了磨料的性能，磨料的品质提高，生产利润提高了20％以上；
3.所述的制备方法，科学合理，简单易行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种氧化铝基磨料，由下列质量分数的物质组成，Al2O3 99.02％；Fe2O3 0.06％；SiO20.27％；Na2O 0.07％；Cr2O3 0.17％；TiO2 0.41％。
称取适量质量的上述物质，所述质量都以kg为单位，按如下步骤进行制备：
1.物料准备
称取质量比例的氧化铝粉、氧化铬和氧化钛；
2.冶炼
将氧化铝粉风送至电弧炉内，再加入氧化铬和氧化钛；冶炼时间为40小时，在2050℃下，将氧化铝粉、氧化铬和氧化钛分别分6个阶段投入；1-3阶段加料时供电电压和供电电流为：160V，4300A，4-6阶段加料时，电压和电流为：150V，4500A；冶炼分6个阶段进行，6个阶段冶炼时间依次为0-4h，4-5h，5-8h，8-20h，20-39h，39-40h；6个阶段中第2和第6阶段为控制期，加料量为零，第1、第3、第4和第5阶段加料时氧化铝粉质量与氧化铬和氧化钛的质量和分别为：2800，20；2010，14.1；7200，54；5220，34.2；其中，氧化铬和氧化钛的质量分别为：6.8，13.2；4.8，9.3；18，36；11.4，22.8。
3.冷却
冶炼完毕后静止2个小时，对炉皮水冷14小时，停止浇水，再自然冷却5天；
4.碎选
待加工炉坨在安全情况下取下腰绳，使用专用工具吊运至擂碎台上，对准擂碎座升到2-3m的高度，然后拉动插销将炉坨摔碎，用破碎锤将大块炉坨打碎至220mm，人工挑选，将炉边、炉底和黑色夹杂挑出；
5.破碎
采用颚式破碎机和对辊机对块料进行破碎；
6.分级筛
采用振筛机将破碎的物料分成不同的粒度号；
7.磁选
使用磁选机磁选，型号为5辊800*404的高强磁选机；
8.后处理加工
包括精筛分、检查和包装入库。
实施例2
一种氧化铝基磨料，由下列质量分数的物质组成，Al2O3 99.1％；Fe2O3 0.08％；SiO2 0.1％；Na2O 0.25％；Cr2O3 0.11％；TiO20.36％。
称取适量质量的上述物质，所述质量都以kg为单位，按如下步骤进行制备：
1.物料准备
称取质量比例的氧化铝粉、氧化铬和氧化钛；
2.冶炼
将氧化铝粉风送至电弧炉内，再加入氧化铬和氧化钛；冶炼时间为40小时，在2050℃下，将氧化铝粉、氧化铬和氧化钛分6个阶段投入；1-3阶段加料时供电电压和供电电流为：160V，4300A，4-6阶段加料时，电压和电流为：150V，4500A；冶炼分6个阶段进行，6个阶段冶炼时间依次为0-4h，4-5h，5-8h，8-20h，20-39h，39-40h；6个阶段中第2和第6阶段为控制期，加料量为零，第1、第3、第4和第5阶段加料时氧化铝粉质量与氧化铬和氧化钛的质量和分别为3360，24；2100，15；7332，56.4；5400，36；其中，氧化铬和氧化钛的质量分别为6，18；3.7，11.3；14.1，42.3；9，27。
3.冷却
冶炼完毕后静止2个小时，对炉皮水冷16小时，停止浇水，再自然冷却4天；
4.碎选
待加工炉坨在安全情况下取下腰绳，并使用专用工具吊运至擂碎台上，对准擂碎座升到2-3m的高度，然后拉动插销将炉坨摔碎，用破碎锤将大块炉坨打碎至240mm，人工挑选，将炉边、炉底、黑色夹杂挑出；
5.破碎
采用颚式破碎机和对辊机对块料进行破碎；
6.分级筛
采用振筛机将破碎的物料分成不同的粒度号；
7.磁选
使用磁选机磁选，型号为5辊800*404的高强磁选机；
8.后处理加工
包括精筛分、检查和包装入库。
磨料韧性是指在磨削力的作用下磨粒抵抗破碎的能力，在磨削过程中，磨料的磨损与磨料的硬度、抗热震能力、抗冲击、抗压及抗磨损能力密切相关，所用这些性能综合在一起可用韧性来表达。
将本产品与市售产品白刚玉F46、铬刚玉F46和棕刚玉F46进行韧性和硬度的性能测试，测试结构如表1所示。
表1本产品与市售产品韧性和硬度的比较
材质 韧性(％) 硬度kg/mm2
白刚玉F46 42 2100
铬刚玉F46 44 2146
棕刚玉F46 45 2041
本产品F46 48 2240

Claims (8)

1.一种氧化铝基磨料，其特征在于：由下列质量分数的物质组成：
2.根据权利要求1所述的氧化铝基磨料，其特征在于：Al2O3纯度≥98.4％，Cr2O3纯度≥97％，TiO2纯度≥98％。
3.一种权利要求1所述的氧化铝基磨料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)物料准备
准备好质量比例的氧化铝粉、氧化铬和氧化钛；
2)冶炼
将氧化铝粉风送至电弧炉内，再加入氧化铬和氧化钛；冶炼时间为40个小时，在2050℃下，将氧化铝粉、氧化铬和氧化钛分别分6个阶段投入；
3)冷却
冶炼完毕后静止2个小时，对炉皮水冷15+1小时，停止浇水，再自然冷却4-5天；
4)碎选
取下加工炉坨的腰绳，并使用工具吊运至擂碎台上，擂碎座升到2-3m的高度后，拉动插销将炉坨摔碎，用破碎锤将大块炉坨打碎至250mm以下，进行挑选，将炉边、炉底和黑色夹杂挑出；
5)破碎
采用颚式破碎机和对辊机对块料进行破碎；
6)分级筛分
采用振筛机将破碎的物料分成不同的粒度号；
7)磁选
使用磁选机磁选，选用型号为5辊800*404的高强磁选机；
8)后处理加工
包括精筛分、检查和包装入库。
4.根据权利要求3所述的氧化铝基磨料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，冶炼分六个阶段进行加料，一至三阶段加料时供电压力和供电电流为：150-170v，4300-4500A；四至六阶段加料时供电压力和供电电流为：140-160V，4400-4600A。
5.根据权利要求3所述的氧化铝基磨料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，冶炼分六个阶段进行，冶炼时间依次为0-4h，4-5h，5-8h，8-20h，20-39h，39-40h。
6.根据权利要求4所述的氧化铝基磨料的制备方法，其特征在于：六个阶段冶炼加入料中，第二阶段和第六阶段为控制期，加料量为零，第一、第三、第四和第五阶段加料时氧化铝粉与氧化铬和氧化钛的总质量比分别为：138-142:1；140-144:1；130-135:1；150-155:1。
7.根据权利要求6所述的氧化铝基磨料的制备方法，其特征在于：氧化铬和氧化钛的质量比为1:1.8～3.0。
8.根据权利要求6所述的氧化铝基磨料的制备方法，其特征在于：第一、第三、第四和第五阶段加料时，每一阶段中每个小时的投入量都是相同的。
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