CN109021921B - 一种镀衣磨料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镀衣磨料及其制备方法。本发明的镀衣磨料的制备方法，包括如下步骤：对磨料进行预处理，得到预处理磨料；采用含有铁盐的浸渍溶液对所述预处理磨料进行浸渍；对浸渍后的预处理磨料进行干燥、煅烧，得到镀衣磨料。本发明制备的镀衣磨料强度高，对结合剂的结合能力强，磨削效果优异。

Description

一种镀衣磨料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磨料，尤其是涉及一种镀衣磨料及其制备方法。

背景技术

棕刚玉是以优质磨料级矾土为原料，在碳素材料和铁屑存在下于电弧炉中经2250℃以上高温精炼制得的棕褐色人造刚玉，主要化学成份为AL₂O₃，含量在95-97％左右，此外还含有少量的Fe、Si、Ti等元素。棕刚玉因具有自锐性好、磨削力强、价格便宜等优势，从而广泛用于制造砂轮、磨块、砂带等。

棕刚玉磨料是通过棕刚玉研磨而成，磨料在熔块冷却、破碎加工过程中，由于受冷却速度和机械力的影响，磨料内部存在一定的内应力和微裂纹等缺陷，该磨料在制备磨具时会影响磨料的强度和磨削性能。随着磨削技术的发展，对磨料进行后处理越来越受到重视；采用镀衣材料对磨料表面进行镀衣处理，是提高磨料强度、对结合剂的结合能力以及磨具磨削性能的有效途径。然而，现有方法制备的镀衣磨料在强度、结合能力及磨削性能等方面仍有待提高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供一种镀衣磨料及其制备方法，该制备方法制备的镀衣磨料的强度高，对结合剂的结合能力强，磨削效果优异。

本发明提供的一种镀衣磨料的制备方法，包括如下步骤：

对磨料进行预处理，得到预处理磨料；

采用含有铁盐的浸渍溶液对所述预处理磨料进行浸渍；

对浸渍后的预处理磨料进行干燥、煅烧，得到镀衣磨料。

本发明的制备方法对磨料不作严格限制，可以采用本领域的常规磨料，例如棕刚玉磨料等。本发明的制备方法，通过对磨料进行预处理和浸渍，在磨料表面形成镀衣层，不仅可以修复磨料的微裂纹等缺陷，此外还能大大提高磨料的强度、结合能力及磨削效果。

在本发明中，所述预处理包括碱处理，所述碱处理采用浓度为4-10％的碱溶液进行；优选地，碱溶液的浓度为6-8％。本发明所述浓度指的是碱溶液中碱的质量含量；对碱不作严格限定，例如可以采用NaOH等。

本发明的碱处理用于对磨料表面进行一定程度的腐蚀，以便增加磨料表面的粗糙度，该方式提高了磨料表面的毛细管作用，从而有利于提高磨料与粘结剂之间的粘结效果，使磨料不易脱落，进而提高了磨具的磨削效果和耐用度；研究发现，碱溶液的浓度在低于上述浓度范围(例如在常规碱洗浓度1-2％)时无法对磨料表面形成所需的特定腐蚀，而在高于上述浓度范围时易对磨料形成一定的损害，从而降低了磨料的性能。

更进一步地，在加热条件下进行所述碱处理，其中控制碱处理的温度为60-80℃，时间为20-40min。研究发现，在加热条件、特别是在上述特定的加热条件下进行所述碱处理，能够显著提高磨料对结合剂的结合能力，进而获得意料不到的磨削效果。

在本发明中，所述预处理还包括热处理，控制所述热处理的温度为1000-1200℃，时间为2.5-4.5h；优选地，在所述碱处理后进行所述热处理。本发明的热处理，一方面用于消除磨料在制备过程中产生的微细裂纹等缺陷，从而增加磨料的强度；另一方面用于增加磨料的毛细管作用及亲水性，从而进一步增强了磨料对粘结剂的吸附作用。

本发明对浸渍溶液所采用的铁盐不作严格限制；具体地，所述铁盐可以选自聚合硅酸铝铁、硫酸亚铁、硝酸铁和氯化铁中的至少一种，优选为聚合硅酸铝铁。研究发现，采用聚合硅酸铝铁进行浸渍能够获得更佳的处理效果，原因可能在于聚合硅酸铝铁的聚合度较高，其中硅、铁、氧等元素通过共价键或离子键结合，从而易于形成环状链构成的连续三维网络构架，从而加强了与磨料之间的结合力。

此外，所述浸渍溶液中铁盐的质量含量可以为0.1-0.5％，优选为0.1-0.3％。铁盐浓度过低(小于0.1％)，无法在磨料表面形成均匀、完整的镀衣层；铁盐浓度过高(大于0.5％)，导致镀衣层过厚，在使用过程中易剥落，从而降低了镀衣磨料的强度。

进一步地，所述浸渍溶液还可以包括水溶性钛酸酯；所述浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量可以为0.05-0.15％。对水溶性钛酸酯不作严格限制，例如可以采用仪征天扬化工厂的水溶性钛酸酯200S。研究表明，在浸渍溶液中添加水溶性钛酸酯具有与铁盐的协同作用，其能够在磨料表面形成氧化物保护层，进一步提高了磨料与粘结剂的结合力，还提高了磨料的磨削性能，此外显著延长了磨具的使用寿命。

本发明对浸渍的条件不作严格限制，其中浸渍温度可以为常温，浸渍时间可以为20-40min。此外，浸渍时，可以使浸渍溶液浸没预处理磨料；具体地，每1000g预处理磨料可以采用1000-2000mL浸渍溶液进行浸渍。

本发明对干燥条件不作严格限制；具体地，所述干燥的温度可以为100-150℃，时间可以为0.5-1.5h。

在本发明中，所述煅烧的温度为550-750℃，时间为0.5-1.5h。研究发现，经上述预处理后，煅烧在相对较低的温度下进行即可在磨料表面形成质量优异的镀衣层，该镀衣层的强度较高，镀衣磨料在磨削时不易破损，使用寿命长，耐用度高，磨削效率显著提高。

本发明还提供一种镀衣磨料，按照上述任一所述的制备方法制得。

本发明的制备方法，在采用浸渍溶液对磨料进行浸渍之前，通过特定的预处理工艺，大大提高了后续浸渍处理的效果，制备的镀衣磨料的强度高，对结合剂的结合能力强，磨削效果优异。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1、预处理

首先，在加热条件下采用浓度为6％左右的NaOH溶液对棕刚玉磨料进行碱处理，控制碱处理的温度为70℃左右，时间为20min左右，碱处理结束后，水洗。

接着，对上述碱处理后的棕刚玉磨料进行热处理，控制热处理的温度为1000℃左右，时间为3h左右，得到预处理磨料。

2、浸渍

将聚合硅酸铝铁和水溶性钛酸酯200S(购自仪征天扬化工厂)溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中聚合硅酸铝铁的质量含量为0.2％左右，浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量为0.1％左右。

在常温下将预处理磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用1500mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为30min左右。

3、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在120℃左右的温度下干燥3h，随后在700℃左右的温度下煅烧1h，制得镀衣磨料。

实施例2

1、预处理

首先，在加热条件下采用浓度为8％左右的NaOH溶液对棕刚玉磨料进行碱处理，控制碱处理的温度为60℃左右，时间为30min左右，碱处理结束后，水洗。

接着，对上述碱处理后的棕刚玉磨料进行热处理，控制热处理的温度为1100℃左右，时间为2.5h左右，得到预处理磨料。

2、浸渍

将聚合硅酸铝铁和水溶性钛酸酯200S(购自仪征天扬化工厂)溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中聚合硅酸铝铁的质量含量为0.1％左右，浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量为0.15％左右。

在常温下将预处理磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用1200mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为40min左右。

3、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在150℃左右的温度下干燥2h，随后在600℃左右的温度下煅烧1.5h，制得镀衣磨料。

实施例3

1、预处理

首先，在加热条件下采用浓度为4％左右的NaOH溶液对棕刚玉磨料进行碱处理，控制碱处理的温度为80℃左右，时间为40min左右，碱处理结束后，水洗。

接着，对上述碱处理后的棕刚玉磨料进行热处理，控制热处理的温度为1200℃左右，时间为4.5h左右，得到预处理磨料。

2、浸渍

将聚合硅酸铝铁和水溶性钛酸酯200S(购自仪征天扬化工厂)溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中聚合硅酸铝铁的质量含量为0.3％左右，浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量为0.1％左右。

在常温下将预处理磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用2000mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为20min左右。

3、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在100℃左右的温度下干燥4h，随后在750℃左右的温度下煅烧0.5h，制得镀衣磨料。

实施例4

1、预处理

首先，在加热条件下采用浓度为10％左右的NaOH溶液对棕刚玉磨料进行碱处理，控制碱处理的温度为60℃左右，时间为25min左右，碱处理结束后，水洗。

接着，对上述碱处理后的棕刚玉磨料进行热处理，控制热处理的温度为1050℃左右，时间为3.5h左右，得到预处理磨料。

2、浸渍

将硫酸亚铁和水溶性钛酸酯200S(购自仪征天扬化工厂)溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中硫酸亚铁的质量含量为0.5％左右，浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量为0.05％左右。

在常温下将预处理磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用1000mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为30min左右。

3、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在135℃左右的温度下干燥2.5h，随后在650℃左右的温度下煅烧2h，制得镀衣磨料。

实施例5

1、预处理

首先，在常温下采用浓度为6％左右的NaOH溶液对棕刚玉磨料进行碱处理，控制碱处理的时间为20min左右，碱处理结束后，水洗。

接着，对上述碱处理后的棕刚玉磨料进行热处理，控制热处理的温度为1000℃左右，时间为3h左右，得到预处理磨料。

2、浸渍

将氯化铁和水溶性钛酸酯200S(购自仪征天扬化工厂)溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中氯化铁的质量含量为0.2％左右，浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量为0.1％左右。

在常温下将预处理磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用1500mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为30min左右。

3、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在120℃左右的温度下干燥3h，随后在700℃左右的温度下煅烧1h，制得镀衣磨料。

对照例1

除浸渍溶液采用聚合硅酸铝铁与水溶性硅烷的混合溶液之外，其它与实施例1基本相同；制备方法具体如下：

1、预处理

首先，在加热条件下采用浓度为6％左右的NaOH溶液对棕刚玉磨料进行碱处理，控制碱处理的温度为70℃左右，时间为20min左右，碱处理结束后，水洗。

接着，对上述碱处理后的棕刚玉磨料进行热处理，控制热处理的温度为1000℃左右，时间为3h左右，得到预处理磨料。

2、浸渍

将聚合硅酸铝铁和水溶性硅烷溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中聚合硅酸铝铁的质量含量为0.2％左右，浸渍溶液中水溶性硅烷的质量含量为0.1％左右。

在常温下将预处理磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用1500mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为30min左右。

3、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在120℃左右的温度下干燥3h，随后在700℃左右的温度下煅烧1h，制得镀衣磨料。

对照例2

除浸渍溶液不添加水溶性钛酸酯之外，其它与实施例1基本相同；制备方法具体如下：

1、预处理

首先，在加热条件下采用浓度为6％左右的NaOH溶液对棕刚玉磨料进行碱处理，控制碱处理的温度为70℃左右，时间为20min左右，碱处理结束后，水洗。

接着，对上述碱处理后的棕刚玉磨料进行热处理，控制热处理的温度为1000℃左右，时间为3h左右，得到预处理磨料。

2、浸渍

将聚合硅酸铝铁溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中聚合硅酸铝铁的质量含量为0.3％左右。

在常温下将预处理磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用1500mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为30min左右。

3、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在120℃左右的温度下干燥3h，随后在700℃左右的温度下煅烧1h，制得镀衣磨料。

对照例3

采用公开号为CN 101823243A的发明专利申请实施例1方法制备镀衣磨料(常规碱洗处理采用浓度为2％左右的NaOH溶液进行)。

对照例4

除不进行预处理之外，其它与实施例1基本相同；制备方法具体如下：

1、浸渍

将聚合硅酸铝铁和水溶性钛酸酯200S(购自仪征天扬化工厂)溶于水，制得浸渍溶液；其中，浸渍溶液中聚合硅酸铝铁的质量含量为0.2％左右，浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量为0.1％左右。

在常温下将棕刚玉磨料浸渍于上述浸渍溶液中，其中每1000g预处理磨料采用1500mL左右的浸渍溶液进行浸渍，浸渍时间为30min左右。

2、干燥、煅烧

将浸渍后的预处理磨料在120℃左右的温度下干燥3h，随后在700℃左右的温度下煅烧1h，制得镀衣磨料。

试验例

一、抗压强度测定

以一定质量的实施例1-5和对照例1-4的镀衣磨料放入直径20mm的钢模中，在250MPa的条件下受压，计算未被压碎的颗粒百分数，按如下公式计算镀衣磨料的抗压强度：

抗压强度＝压后未碎的磨料质量/压前的磨料质量×100％

抗压强度测定结果见表1。

二、亲水性测定

按行业标准JB/T 7984.4-2001进行亲水性测定，结果见表1。

二、磨削性能实验

将实施例1-5和对照例1-4的镀衣磨料分别制成D165磨片，在砂布砂纸磨削性能测试仪上按行业标准JB/T 10155-1999进行检测，结果见表1。

表1镀衣磨料性能检测结果

上述结果表明：

1、采用本申请特定的预处理能够提高磨料与粘结剂之间的粘结效果，磨料不易脱落；特别是，在加热条件下进行碱处理，制得镀衣磨料的磨削效果显著提高。

2、采用本申请特定的浸渍工艺能够在磨料表面形成质量良好的镀衣层；特别是，采用聚合硅酸铝铁作为铁盐能够获得更佳的浸渍效果，此外在浸渍溶液中添加水溶性钛酸酯具有与铁盐的协同作用，进一步提高了磨料与粘结剂的结合力，磨削性能显著提高，磨具的使用寿命明显延长。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种镀衣磨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

对磨料进行预处理，得到预处理磨料；

采用含有铁盐的浸渍溶液对所述预处理磨料进行浸渍；

对浸渍后的预处理磨料进行干燥、煅烧，得到镀衣磨料；

所述铁盐选自聚合硅酸铝铁；所述浸渍溶液中铁盐的质量含量为0.1-0.5％；

所述浸渍溶液还包括水溶性钛酸酯；所述浸渍溶液中水溶性钛酸酯的质量含量为0.05-0.15％；

所述预处理包括碱处理，所述碱处理采用浓度为4-10％的碱溶液进行；所述碱处理后进行热处理；

在加热条件下进行所述碱处理，其中控制碱处理的温度为60-80℃，时间为20-40min；

所述浸渍的时间为20-40min；且每1000g预处理磨料采用1000-2000mL浸渍溶液进行浸渍。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液的浓度为6-8％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为1000-1200℃，时间为2.5-4.5h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍溶液中铁盐的质量含量为0.1-0.3％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100-150℃，时间为2-4h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为550-750℃，时间为0.5-2h。

7.一种镀衣磨料，其特征在于，按照权利要求1至6任一所述的制备方法制得。