CN109571303B - 一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法 - Google Patents

Abstract

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，属于磨具制备技术领域，包括如下步骤：（1）按照砂轮块、浸渗剂重量比为（65~80）︰（4~12），先将要浸渗的陶瓷磨具和浸渗剂放入高压釜内，密封；（2）向高压釜中注入二氧化碳，并将压力和温度分别调到72.8 atm、31.1℃以上，使二氧化碳达到超临界状态；（3）将搅拌浸渗0.5‑1h；（4）浸渗完成后，减压使超临界二氧化碳转化为气体，并释放，冷却至常温后取出磨具即可。本发明采用超临界流体浸渗陶瓷磨具，一方面提高砂轮浸渗的效率和浸渗的均匀性，同时解决了常规方法浸渗后陶瓷砂轮气孔被完全堵塞的难题。

Description

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法

技术领域

本发明属于磨具制备技术领域，具体涉及一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法。

背景技术

砂轮浸渗是利用浸渗剂渗入到多孔性的陶瓷结合剂砂轮孔隙中，使砂轮孔隙内部填充一层固体润滑膜，一方面增加结合剂对磨料的把持力，防止磨料过早脱落，另一方面，磨削时能起到磨粒与切屑以及磨粒与工件表面间的润滑作用，改善磨削条件，达到降低工件粗糙度的目的。

目前常用的浸渗方法有常压浸渗、真空浸渗、压力浸渗和真空压力浸渗等。浸渗剂多为有机物或有机物加固体润滑剂组成，一般呈粘流态存在，自然状态下粘度较大，采用常压自然浸渗方法有时无法完全浸透，造成砂轮内外浸渗效果不一致，采用真空浸渗或压力浸渗可以强制使浸渗剂进入到砂轮内部，但浸渗后浸渗剂在砂轮中的附着量难以控制，且砂轮表面粘附的浸渗剂很难清理，浸渗后陶瓷砂轮气孔被完全堵塞，在一定程度上会影响。尤其当陶瓷磨具粒度低于W10时，磨具内部气孔孔径急剧变小，上述常规方法要大幅延长浸渗时间，且难以达到预设效果。

超临界二氧化碳其密度近于液体，粘度近于气体，具有极强的渗透能力，能更加快速的渗入固体材料的缝隙中；且通过修饰剂调整液体极性后，已成为多种有机物质的良好溶剂，这完全满足砂轮浸渗工艺中对载体溶液的要求。其次，超临界二氧化碳流体凭借超强的渗透能力能快速渗入无机润滑剂团聚颗粒缝隙中，弱化颗粒之间的结合强度，在剪切、碰撞、挤压过程中将无机润滑剂团聚体打散，提高润滑剂颗粒分散的均匀性，进而改善磨具整体磨削性能的稳定性。再次，砂轮浸渗完成后，通过减压即可使超临界二氧化碳完全转变为气体，在排出的过程中会在浸渗剂内形成气体排出通道，有效避免把砂轮气孔完全堵塞，从而避免造成负面影响。

超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法一方面提高砂轮浸渗的效率，同时解决了常规方法浸渗后陶瓷砂轮气孔被完全堵塞的难题。尤其是在细粒度磨具浸渗中，更是发挥出常规方法难以企及的高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，包括如下步骤：

（1）按照砂轮块、浸渗剂重量比为（65~80）︰（4~12），先将要浸渗的陶瓷磨具和浸渗剂放入高压釜内，密封；

（2）向高压釜中注入二氧化碳，并将压力和温度分别调到72.8 atm、31.1 ℃以上，使二氧化碳达到超临界状态；

（3）将搅拌浸渗0.5-1h；

（4）浸渗完成后，减压使超临界二氧化碳转化为气体，并释放，冷却至常温后取出磨具即可。

进一步地，浸渗剂组分由硫磺、石蜡、醇酸树脂和硬脂酸中的一种或者两种以上任意比例的混合物。

进一步地，浸渗剂中还可加入润滑剂，润滑剂为石墨、二硫化钼和六方氮化硼中的一种或者两种以上任意比例的混合物，浸渗剂和润滑剂的质量比为（8~10）︰（2~3）。

进一步地，浸渗剂中还可加入用以调整超临界二氧化碳极性的修饰剂，所述修饰剂为二硫化碳、乙醇和己烷中的一种或两种以上任意比例的混合物，所述浸渗剂和修饰剂的质量比为（8~11）︰（2~5）。

进一步地，步骤（1）中陶瓷模具中磨料为碳化硅、白刚玉、立方氮化硼、金刚石中的任一种，所述磨料的粒度为140目~8000目。

进一步地，所述步骤（2）的具体过程如下：向高压釜内通入二氧化碳以排尽釜内的空气，二氧化碳流量1~3L/min，时间30~60s，将进气口阀门关紧后，加热；当温度达到80~120°时，通过增压器注入二氧化碳使压力达到8~10MPa。

本发明采用超临界流体浸渗陶瓷磨具，利用超临界流体的强渗透性提高砂轮浸渗的效率，并解决超细粒度（8000目以细）陶瓷磨具难以均匀浸渗的难题；改善浸渗剂中无机润滑剂颗粒的分散均匀性；在排出二氧化碳时形成气体通道，解决常规方法浸渗后陶瓷砂轮气孔被完全堵塞的难题。

附图说明

图1为磨料粒度为140目碳化硅陶瓷磨具浸渗前后的对比图；

图2为磨料粒度为8000目金刚石陶瓷磨具浸渗前后的对比图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。下述实施例中所用醇酸树脂为工业级389-5醇酸树脂。

实施例1

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，包括如下步骤：

（1）取长宽高分别为40 mm ×20 mm ×10 mm，磨料粒度为140目碳化硅陶瓷磨具（即碳化硅陶瓷砂轮块）4块，总重80g，紧挨体积为1L的高压釜侧壁、底部放置并固定，再将389-5醇酸树脂8g、石墨2g、乙醇2g加入高压釜内，密封；

（2）向高压釜内通入二氧化碳以排尽釜内的空气，二氧化碳流量2L/min，时间45s，将进气口阀门关紧后，加热，当温度达到80°时，通过增压器注入一定量的二氧化碳使压力达到8MPa；

（3）开动搅拌器，将转速调为120 rpm，在超临界流体的作用下，将溶解和分散在超临界流体中的浸渗物质带入陶瓷磨具的孔道之中，浸渗时间持续0.5 h；

（4）浸渗完成后，打开控制阀，将气体完全释放，冷却至常温后从容器中取出砂轮块。

碳化硅陶瓷磨具浸渗前后的对比图如图1所示，从图1可看出超临界流体浸渗后，有机物在孔洞表面形成均匀的薄的包裹层，包裹层是由浸渗剂形成的，且从外到内均匀一致，磨具中的原有气孔并未堵实。

实施例2

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，包括如下步骤：

（1）取长宽高分别为40 mm × 20 mm ×10 mm，磨料粒度为200目白刚玉陶瓷磨具（即白刚玉陶瓷砂轮块）4块，总重80g，紧挨体积为1L的高压釜侧壁、底部放置并固定，再将石蜡5g、硬脂酸4g、六方氮化硼粉末3g加入高压釜内，密封；

（2）向高压釜内通入二氧化碳以排尽釜内的空气，二氧化碳流量2L/min，时间45s，将进气口阀门关紧后，加热。当温度达到95°时，通过增压器注入一定量的二氧化碳使压力达到8MPa；

（3）开动搅拌器，将转速调为120 rpm，在超临界流体的作用下，将溶解和分散在超临界流体中的浸渗物质带入陶瓷磨具的孔道之中，浸渗时间持续0.5 h；

（4）浸渗完成后，打开高压容器控制阀，将气体完全释放，冷却至常温后从容器中取出砂轮块。

浸渗后的磨具芯部可观察到浸渗物质的存在，且从外到内均匀一致。

实施例3

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，包括如下步骤：

（1）取长宽高分别为40 mm ×20 mm ×10 mm，磨料粒度为170/200（按照《GB_T6406-2016_超硬磨料 粒度检验》进行标识的）立方氮化硼陶瓷磨具（立方氮化硼陶瓷砂轮块）4块，总重80g，紧挨体积为1L的高压釜侧壁、底部放置并固定，再将石蜡8g、硬脂酸2g、二硫化钼粉3g加入高压釜内，密封；

（2）向高压釜内通入二氧化碳以排尽釜内的空气，二氧化碳流量2L/min，时间45s，将进气口阀门关紧后，加热，当温度达到95°时，通过增压器注入一定量的二氧化碳使压力达到8MPa；

（3）开动搅拌器，将转速调为120 rpm，在超临界流体的作用下，将溶解和分散在超临界流体中的浸渗物质带入陶瓷磨具的孔道之中，浸渗时间持续0.5 h；

（4）浸渗完成后，打开控制阀，将气体完全释放，冷却至常温后从容器中取出砂轮块。

浸渗后的磨具芯部可检测到二硫化钼的存在，且可以观察到浸渗物质分布均匀一致。

实施例4

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，包括如下步骤：

（1）取长宽高分别为40 mm × 20 mm ×10 mm，磨料粒度800目金刚石陶瓷磨具（即金刚石磨陶瓷砂轮）4块，总重72g，紧挨体积为1L的高压釜侧壁、底部放置并固定，再将石蜡4g、硫磺6g、二硫化碳4g加入高压釜内，密封；

（2）向高压釜内通入二氧化碳以排尽釜内的空气，二氧化碳流量2L/min，时间45s，将进气口阀门关紧后，加热。当温度达到120°时，通过增压器注入一定量的二氧化碳使压力达到10MPa，

（3）开动搅拌器，将转速调为120 rpm，在超临界流体的作用下，将溶解和分散在超临界流体中的浸渗物质带入陶瓷磨具的孔道之中，浸渗时间持续0.5 h；

（4）浸渗完成后，打开控制阀，将气体完全释放，冷却至常温后从容器中取出砂轮块。

所浸渗后的磨具芯部可观察到浸渗物的存在，且浸渗物质分布均匀一致。

实施例5

一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，包括如下步骤：

（1）取长宽高分别为40 mm ×20 mm ×10 mm，磨料粒度为8000目金刚石陶瓷磨具（即金刚石磨陶瓷砂轮块）4块，总重65g，紧挨体积为1L的高压釜侧壁、底部放置并固定。再将石蜡5g、醇酸树脂6g、己烷5g加入高压釜内，密封；

（2）向高压釜内通入二氧化碳以排尽釜内的空气，二氧化碳流量2L/min，时间45s，将进气口阀门关紧后，加热，当温度达到95°时，通过增压器注入一定量的二氧化碳使压力达到10 MPa；

（3）开动搅拌器，将转速调为120 rpm，在超临界流体的作用下，将溶解和分散在超临界流体中的浸渗物质带入陶瓷磨具的孔道之中，浸渗时间持续1 h；

（4）浸渗完成后，打开控制阀，将气体完全释放，冷却至常温后从容器中取出砂轮块。

金刚石陶瓷磨具浸渗前后的对比图如图2所示，从图2中可以看出，含有浸渗剂的超临界流体溶液在超细磨具中具有很强的渗透能力，能有效的将浸渗剂带入细微的空隙中，达到增强磨具强度和润滑的效果。

各实施例的浸渗附着量如下表可知，并对浸渗后各砂轮的强度和使用效果进行检测，详见下表：

上表中的浸渗附着量以陶瓷磨具重量计。

由上表可知，砂轮的浸渗附着量在10.3~13.6%之间，砂轮的强度提升了1.5~8.6%，砂轮的使用效果较同类未浸渗砂轮得到了明显提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按照砂轮块、浸渗剂重量比为（65~80）︰（4~12），先将要浸渗的陶瓷磨具和浸渗剂放入高压釜内，密封；浸渗剂组分由硫磺、石蜡、醇酸树脂和硬脂酸中的一种或者两种以上任意比例的混合物；浸渗剂中加入润滑剂和/或修饰剂，润滑剂为石墨、二硫化钼和六方氮化硼中的一种或者两种以上任意比例的混合物，浸渗剂和润滑剂的质量比为（8~10）︰（2~3）；所述修饰剂为二硫化碳、乙醇和己烷中的一种或两种以上任意比例的混合物，所述浸渗剂和修饰剂的质量比为（8~11）︰（2~5）；

（2）向高压釜中注入二氧化碳，并将压力和温度分别调到72.8 atm、31.1 ℃以上，使二氧化碳达到超临界状态；

（3）将搅拌浸渗0.5-1h；

（4）浸渗完成后，减压使超临界二氧化碳转化为气体，并释放，冷却至常温后取出磨具即可。

2.根据权利要求1所述超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，其特征在于，步骤（1）中陶瓷模具中磨料为碳化硅、白刚玉、立方氮化硼、金刚石中的任一种，所述磨料的粒度为140目~8000目。

3.根据权利要求1所述超临界流体浸渗陶瓷磨具的方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体过程如下：向高压釜内通入二氧化碳以排尽釜内的空气，二氧化碳流量1~3L/min，时间30~60s，将进气口阀门关紧后，加热；当温度达到80~120°时，通过增压器注入二氧化碳使压力达到8~10MPa。

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