CN109136911A - 纳米镀膜材料及利用纳米渗透提升磨具硬度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及镀膜领域，具体涉及一种纳米镀膜材料及利用纳米渗透提升磨具硬度的方法。一种纳米镀膜材料主要由多种原料制成，以质量百分比计，多种所述原料包括0.1‑0.9％钒钛混合物、0.5‑1.5％硅类物质、0.05‑0.2％树脂类化合物、2‑5％含铝化合物以及其余量为金属。其与磨具基体有良好的结合力，同时，能够显著提升磨具表面的硬度和耐磨性能。

Description

纳米镀膜材料及利用纳米渗透提升磨具硬度的方法
技术领域
本发明涉及镀膜领域，具体涉及一种纳米镀膜材料及利用纳米渗透提升磨具硬度的方法。
背景技术
磨具(Abrasives)是用以磨削、研磨和抛光的工具。磨具在使用过程中与工作件摩擦，容易造成磨具磨粒的脱落，破坏磨具的几何形状，降低磨具的打磨效果，而现有技术中一般采用金刚石、立方氮化硼等与结合剂固结增加磨具的耐磨性能，或者是在磨具表面镀一层耐磨金属层，但是现有技术中采用的镀膜材料含量复杂，且与磨具结合力低，继而导致磨具耐磨性能和硬度提升低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米镀膜材料，其与磨具基体有良好的结合力，同时，能够显著提升磨具表面的硬度和耐磨性能。
本发明的另一目的在于提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，该方法能够快有效保证纳米镀膜材料与磨具有良好的结合力，提升磨具的耐磨性能和硬度。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，以质量百分比计，多种所述原料包括0.1-0.9％钒钛混合物、0.5-1.5％硅类物质、0.05-0.2％树脂类化合物、2-5％含铝化合物以及其余量为金属。
本发明还提出一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：将上述的纳米镀膜材料采用激光喷涂至磨具表面。
本发明纳米镀膜材料及利用纳米渗透提升磨具硬度的方法的有益效果是：该纳米镀膜材料通过钒钛混合物、硅类物质、树脂类化合物、含铝化合物和金属之间的协同作用，不仅仅可以增加镀膜材料与磨具表面的结合强度，同时可以有效提升磨具表面的硬度和耐磨性能，保证磨具的打磨效果，延长磨具的使用寿命。同时，通过利用纳米级气态分子能够快速渗透到磨具表面，继而提升磨具表面各个分子之间的结合力，提升镀膜材料与磨具之间的结合力，进一步提升磨具的耐磨性能，和后利用熔融状态的镀膜材料进一步提升磨具的硬度和耐磨性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面对本发明实施例的纳米镀膜材料及利用纳米渗透提升磨具硬度的方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，以质量百分比计，多种原料包括0.1-0.9％钒钛混合物、0.5-1.5％硅类物质、0.05-0.2％树脂类化合物、2-5％含铝化合物以及其余量为金属。以质量百分比计，多种原料0.2-0.8％钒钛混合物、0.7-1.3％硅类物质、0.1-0.15％树脂类化合物、2.5-4％含铝化合物以及其余量为金属。优选，多种原料包括0.5-0.7％钒钛混合物、0.8-1％硅类物质、0.12-0.14％树脂类化合物、3-3.5％含铝化合物以及其余量为金属。
钒钛混合物、硅类物质、含铝化合物、树脂类化合物以及金属能够有效提升镀膜材料的耐磨性能和硬度，减少磨具表面在打磨过程中的损耗，继而延长磨具的使用寿命，提升磨具打磨效果。具体地，钒钛混合物能够镀膜材料提供良好的延展性，便于镀膜材料均匀分布在磨具表面，同时，能够增加镀膜材料的硬度，并能够提升其耐磨性能。金属也能够增加磨具表面的耐磨性，而硅类物质结构稳定，且通过硅类物质、含铝化合物、钒钛混合物以及金属相互作用，进一步提升硅类物质结构的稳定性，同时提升镀层材料的硬度性能。而树脂类化合物则能够进一步提升镀膜材料与基体的粘结能力，进一步减少磨具的磨损消耗，同时与钒钛混合物、硅类物质和金属相互协同作用，提升镀层材料的粘结能力和耐磨性能。
进一步地，以重量份计，所述钒钛混合物包括1-5份钛类物质和1-3份钒类物质。钒类物质能够细化磨具表面金属的组织和晶粒，提高晶粒粗化或者脱落的温度，从而起到增加磨具耐磨性。同时，钛类物质能够形成一层致密的保护膜，进一步提升磨具的耐磨性能，同时，即使有磨具有磨损，钛类物质能够自愈或者重新再生，进一步提升磨具的耐磨性能。
进一步地，钛类物质包括金属钛、钛铁或者钛钢，钒类物质包括金属钒、钒铁或者钒钢。
进一步地，硅类物质包括二氧化硅或者硅碳，二氧化硅和硅碳结构稳定，能够进一步在磨具表面形成稳定的防护层，同时其可以与钛类物质、钒类物质、含铝化合物、树脂类化合物以及金属相互协同作用，提升镀膜材料的硬度和粘结力。
进一步地，树脂类化合物环氧类树脂，进一步优选为环氧树脂，最优选为有机钛环氧树脂。树脂不仅仅提供镀膜材料与磨具之间的粘结力，同时增加镀膜材料各个物质之间的作用力，进一步提升镀膜材料的耐磨性能。有机钛环氧树脂为含有机钛结构的环氧树脂，在本发明实施例中其能够提供良好的粘结力，同时促进钛类物质发挥其自愈能力。
进一步地，金属为铜、锌或铁。上述金属物质为镀膜材料提供最基本的耐磨性能，同时，能够增加镀膜材料的硬度。
进一步地，含量化合物为氧化铝。
进一步地，本发明实施例还提供一种纳米镀膜材料的制备方法，将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合后再与硅类物质和树脂类化合物的混合物进行混合即可。
进一步地，本发明实施例还提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：
将钒钛混合物、含铝化合物和金属分别进行研磨，使得粒径接近，便于熔融混合，同时，有利于镀膜材料与磨具表面更稳定的结合。
将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合得到第一混合物，第一混合物的粒径为120-150纳米。而后将第一混合物加热熔融，第一混合物加热熔融后得到气态的金属离子混合物，而后将金属离子混合物与磨具表面接触，由于金属离子混合物为纳米级，能够充分进入磨具表面分子之间的空隙，使得磨具表面的金属离子排列更紧密。
同时，将硅类物质和树脂类化合物混合得到第二混合物，第二混合物的粒径为200-300纳米，而后将第二混合物加热熔融得到气体分子，而后将气体分子与磨具表面接触，此时金属离子混合物也有磨具表面接触，两种气态物质均为纳米级，均能进行纳米渗透，气体分子能够增加金属离子之间的作用力，同时，便于后续与熔融状态的液体作用，进一步提升镀膜材料与磨具的结合力。
同时，在气体分子和金属离子混合物与磨具表面接触的过程中，施加10-15Mpa的压力，进一步提升镀膜材料与磨具表面的结合力，进一步保证磨具的硬度。
而后将熔融状态的第一混合物和第二混合物同时激光喷涂于磨具表面，此时熔融状态的第一混合物和第二混合物能够快速与磨具表面结合，提升磨具的耐磨性能和硬度，且保证镀膜材料与磨具表面的结合力。
进一步地，喷涂采用的是激光喷涂，采用激光喷涂能够提升喷涂效果，且利于提升镀膜材料与磨具表面的结合力。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，多种原料包括0.1％钒钛混合物、0.5％硅类物质、0.05％树脂类化合物、2％含铝化合物以及其余量为金属。其中，钒钛混合物包括1份钛类物质和1份钒类物质；钛类物质为金属钛，钒类物质为金属钒，硅类物质为二氧化硅，树脂类化合物为有机钛环氧树脂，金属为铜，含铝化合物为氧化铝。
本实施例提供一种纳米镀膜材料的制备方法，将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合后与硅类物质和树脂类化合物的混合物进行混合。
本实施例提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：
将钒钛混合物、含铝化合物和金属分别进行研磨。将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合得到第一混合物，第一混合物的粒径为125-145纳米。
将硅类物质和树脂类化合物的混合得到第二混合物，第二混合物的粒径为205-295纳米。
而后分别将第一混合物和第二混合物加热熔融，同时将第一混合物加热熔融后得到气态的金属离子混合物和第二混合物加热熔融后得到气态分子与磨具表面接触，同时施加10Mpa的压力。
而后将熔融状态的第一混合物和第二混合物同时激光喷涂于磨具表面。
实施例2
本实施例提供一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，多种原料包括0.9％钒钛混合物、1.5％硅类物质、0.1％树脂类化合物、5％含铝化合物以及其余量为金属。其中，钒钛混合物包括5份钛类物质和3份钒类物质；钛类物质为钛铁，钒类物质为钒铁，硅类物质为二硅碳，树脂类化合物为环氧树脂，金属为铁，含铝化合物为氧化铝。
本实施例提供一种纳米镀膜材料的制备方法，将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合后与硅类物质和树脂类化合物的混合物进行混合。
本实施例提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：
将钒钛混合物、含铝化合物和金属分别进行研磨。将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合得到第一混合物，第一混合物的粒径为130-140纳米。
将硅类物质和树脂类化合物的混合得到第二混合物，第二混合物的粒径为210-280纳米。
而后分别将第一混合物和第二混合物加热熔融，同时将第一混合物加热熔融后得到气态的金属离子混合物和第二混合物加热熔融后得到气态分子与磨具表面接触，同时施加15Mpa的压力。
而后将熔融状态的第一混合物和第二混合物同时激光喷涂于磨具表面。
实施例3
本实施例提供一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，多种原料包括0.2％钒钛混合物、0.7％硅类物质、0.1％树脂类化合物、2.5％含铝化合物以及其余量为金属。其中，钒钛混合物包括2份钛类物质和2份钒类物质；钛类物质为钛钢，钒类物质为钒钢，硅类物质为硅碳，树脂类化合物为环氧树脂，金属为锌，含铝化合物为氧化铝。
本实施例提供一种纳米镀膜材料的制备方法，将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合后与硅类物质和树脂类化合物的混合物进行混合。
本实施例提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：
将钒钛混合物、含铝化合物和金属分别进行研磨。将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合得到第一混合物，第一混合物的粒径为135-148纳米。
将硅类物质和树脂类化合物的混合得到第二混合物，第二混合物的粒径为220-290纳米。
而后分别将第一混合物和第二混合物加热熔融，同时将第一混合物加热熔融后得到气态的金属离子混合物和第二混合物加热熔融后得到气态分子与磨具表面接触，同时施加12Mpa的压力。
而后将熔融状态的第一混合物和第二混合物同时激光喷涂于磨具表面。
实施例4
本实施例提供一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，多种原料包括0.8％钒钛混合物、1.3％硅类物质、0.15％树脂类化合物、4％含铝化合物以及其余量为金属。其中，钒钛混合物包括3份钛类物质和1.5份钒类物质；钛类物质为钛钢和钛铁的混合物，钒类物质为钒钢和钒铁的混合物，硅类物质为二氧化硅，树脂类化合物为机钛环氧树脂，金属为铜，含铝化合物为氧化铝。
本实施例提供一种纳米镀膜材料的制备方法，将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合后与硅类物质和树脂类化合物的混合物进行混合。
本实施例提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：
将钒钛混合物、含铝化合物和金属分别进行研磨。将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合得到第一混合物，第一混合物的粒径为121-137纳米。
将硅类物质和树脂类化合物的混合得到第二混合物，第二混合物的粒径为230-260纳米。
而后分别将第一混合物和第二混合物加热熔融，同时将第一混合物加热熔融后得到气态的金属离子混合物和第二混合物加热熔融后得到气态分子与磨具表面接触，同时施加14Mpa的压力。
而后将熔融状态的第一混合物和第二混合物同时激光喷涂于磨具表面。
实施例5
本实施例提供一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，多种原料包括0.5％钒钛混合物、0.8％硅类物质、0.12％树脂类化合物、3％含铝化合物以及其余量为金属。其中，钒钛混合物包括3.5份钛类物质和2份钒类物质；钛类物质为钛铁，钒类物质为钒钢，硅类物质为硅碳，树脂类化合物为机钛环氧树脂，金属为铜，含铝化合物为氧化铝。
本实施例提供一种纳米镀膜材料的制备方法，将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合后与硅类物质和树脂类化合物的混合物进行混合。
本实施例提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：
将钒钛混合物、含铝化合物和金属分别进行研磨。将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合得到第一混合物，第一混合物的粒径为130-147纳米。
将硅类物质和树脂类化合物的混合得到第二混合物，第二混合物的粒径为205-289纳米。
而后分别将第一混合物和第二混合物加热熔融，同时将第一混合物加热熔融后得到气态的金属离子混合物和第二混合物加热熔融后得到气态分子与磨具表面接触，同时施加11Mpa的压力。
而后将熔融状态的第一混合物和第二混合物同时激光喷涂于磨具表面。
实施例6
本实施例提供一种纳米镀膜材料，其主要由多种原料制成，多种原料包括0.7％钒钛混合物、1％硅类物质、0.14％树脂类化合物、3.5％含铝化合物以及其余量为金属。其中，钒钛混合物包括4份钛类物质和2.5份钒类物质；钛类物质为钛铁和金属钛的混合物，钒类物质为钒钢，硅类物质为硅碳，树脂类化合物为机钛环氧树脂，金属为铜，含铝化合物为氧化铝。
本实施例提供一种纳米镀膜材料的制备方法，将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合后与硅类物质和树脂类化合物的混合物进行混合。
本实施例提供一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，包括以下步骤：
将钒钛混合物、含铝化合物和金属分别进行研磨。将钒钛混合物、含铝化合物和金属混合得到第一混合物，第一混合物的粒径为120-150纳米。
将硅类物质和树脂类化合物的混合得到第二混合物，第二混合物的粒径为200-300纳米。
而后分别将第一混合物和第二混合物加热熔融，同时将第一混合物加热熔融后得到气态的金属离子混合物和第二混合物加热熔融后得到气态分子与磨具表面接触，同时施加13.5Mpa的压力。
而后将熔融状态的第一混合物和第二混合物同时激光喷涂于磨具表面。
对比例
对比例1：按照实施例1的方式喷涂镀膜材料，区别在于镀膜材料仅为金属铜。
对比例2：按照实施例1的方式喷涂镀膜材料，镀膜原料不变，区别在于镀膜材料为1％钒钛混合物、2％硅类物质、0.5％树脂类化合物、10％含铝化合物其余量为金属。
对比例3：按照实施例1的方式喷涂镀膜材料，区别在于镀膜材料为0.1％钒钛混合物、2％含铝化合物以及其余量为金属。
对比例4：按照实施例1的方式喷涂镀膜材料，区别在于镀膜材料为0.5％硅类物质、0.05％树脂类化合物以及其余量为金属。
对比例5：采用实施例1的方式喷涂镀膜材料，区别在于未将气态金属离子和气态分子与磨具接触，直接将熔融状态的第一混合物和第二混合物喷涂于磨具表面。
对比例6：采用实施例1的方式喷涂镀膜材料，区别在于未施加压力。
实验例
利用实施例1-6以及对比例1-6的镀膜材料在相同材质的磨具表面喷涂相同厚度以及相同大小的镀膜，而后对喷涂有镀膜的表面的硬度、耐磨性能以及结合强度进行检测，具体镀膜的硬度通过划痕试验法进行检测，镀膜的结合强度通过GB/T8642-2002进行测试；镀膜的耐磨性能通过磨料磨损试验进行测试，分别测定通过磨损机后涂层的质量，涂层质量减少越少耐磨能力越强。具体检测结果参见表1。
表1性能检测结果
根据表1可知，本发明实施1-6提供的镀膜材料具有良好的硬度和耐磨性能，且与磨具表面结合良好，且通过对比对比例1-6和实施例1的结果可知单纯的金属，不能有效改善磨具的耐磨性能和硬度，而任意更改本发明实施例的比例，也会导致耐磨性能和硬度降低，同时改变镀层材料的原料，也不改变镀层材料的相关性能。同时改变本发明实施例的喷涂过程也会导致磨具的耐磨性能、硬度等降低，而只用通过本发明实施例的原料以及原料之间的比例相互协同作用以及喷涂方式，才能有效提升磨具的耐磨性能和硬度。
综上所述，本发明实施例1-6提供的纳米镀膜材料及利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，该纳米镀膜材料通过钒钛混合物、硅类物质、树脂类化合物、含铝化合物和金属之间的协同作用，不仅仅可以增加镀膜材料与磨具表面的结合强度，同时可以有效提升磨具表面的硬度和耐磨性能，保证磨具的打磨效果，延长磨具的使用寿命。同时，通过利用纳米级气态分子能够快速渗透到磨具表面，继而提升磨具表面各个分子之间的结合力，提升镀膜材料与磨具之间的结合力，进一步提升磨具的耐磨性能，和后利用熔融状态的镀膜材料进一步提升磨具的硬度和耐磨性能。
以上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。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (10)

1.一种纳米镀膜材料，其特征在于，其主要由多种原料制成，以质量百分比计，多种所述原料包括0.1-0.9％钒钛混合物、0.5-1.5％硅类物质、0.05-0.2％树脂类化合物、2-5％含铝化合物以及其余量为金属。
2.根据权利要求1所述的纳米镀膜材料，其特征在于，以质量百分比计，多种所述原料0.2-0.8％所述钒钛混合物、0.7-1.3％所述硅类物质、0.1-0.15％所述树脂类化合物、2.5-4％所述含铝化合物以及其余量为所述金属；
优选，多种所述原料包括0.5-0.7％所述钒钛混合物、0.8-1％所述硅类物质、0.12-0.14％所述树脂类化合物、3-3.5％所述含铝化合物以及其余量为所述金属。
3.根据权利要求1或2所述的纳米镀膜材料，其特征在于，以重量份计，所述钒钛混合物包括1-5份钛类物质和1-3份钒类物质。
4.根据权利要求3所述的纳米镀膜材料，其特征在于，所述钛类物质包括金属钛、钛铁或者钛钢，所述钒类物质包括金属钒、钒铁或者钒钢。
5.根据权利要求1所述的纳米镀膜材料，其特征在于，所述硅类物质包括二氧化硅或者硅碳；
优选，所述树脂类化合物为环氧类树脂，进一步优选为环氧树脂，最优选为有机钛环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的纳米镀膜材料，其特征在于，所述金属为铜、锌或铁。
7.一种利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1所述的纳米镀膜材料采用激光喷涂至磨具表面。
8.根据权利要求7所述的利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，其特征在于，将所述纳米镀膜材料采用激光喷涂至磨具表面是将钒钛混合物、含铝化合物与金属混合得到第一混合物；并将硅类物质和树脂类化合物混合得到第二混合物，而后同时将所述第一混合物和所述第二混合物喷涂于磨具表面。
9.根据权利要求8所述的利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，其特征在于，将所述第一混合物和所述第二混合物喷涂于磨具表面是将所述第一混合物加热熔融得到的气态的金属离子混合物和所述第二混合物加热熔融得到的气体分子同时与磨具接触并进行纳米渗透后将熔融状态的所述第二混合物和所述第一混合物同时喷涂于磨具表面。
10.根据权利要求8所述的利用纳米渗透提升磨具硬度的方法，其特征在于，对所述第一混合物和所述第二混合物进行加热熔融之前，对所述第一混合物进行研磨。
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