CN110450061A - 一种改性耐磨材料及耐磨材料的表面改性方法、树脂结合剂磨具 - Google Patents

一种改性耐磨材料及耐磨材料的表面改性方法、树脂结合剂磨具 Download PDF

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Abstract

本发明属于磨料磨具技术领域，具体涉及一种改性耐磨材料及耐磨材料的表面改性方法、树脂结合剂磨具。本发明的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将镀金属耐磨材料颗粒进行表面羟基化处理。采用本发明的表面改性方法改性得到的改性耐磨材料在树脂结合剂磨具中作为磨料使用时，与树脂结合剂之间具有较强的结合能，在磨削过程中不易氧化脱落，从而延长了树脂结合剂磨具的使用寿命。

Description

一种改性耐磨材料及耐磨材料的表面改性方法、树脂结合剂 磨具
技术领域
本发明属于磨料磨具技术领域，具体涉及一种改性耐磨材料及耐磨材料的表面改性方法、树脂结合剂磨具。
背景技术
树脂结合剂磨具是指以树脂(有机高分子化合物)为结合剂，将磨料粘结在一起，形成一种具有一定强度的磨削工具。由于树脂结合剂与磨料的浸润性不好，结合不紧密，在磨削过程中磨料经常脱落。
现有技术中，多采用对磨料进行改性的方法来达到改善磨料与树脂结合剂的结合状态，增加树脂结合剂对磨料的把持力的目的。如《金刚石改性处理对不同树脂砂轮磨削性能的影响》(叶晓川等，金刚石与磨料磨具工具，第五期第30卷，65～68页)一文中公开了一种金刚石磨料表面改性的方法，在该方法中先将金刚石在0.11g/mL的氢氧化钠溶液中于80℃恒温搅拌4h，然后除去金刚石表面的杂质、洗涤烘干，然后用硅烷偶联剂的醇水溶液在79℃恒温搅拌下对金刚石进行进一步表面处理，然后洗净烘干，即得改性的金刚石。郑州大学的王飞的硕士论文《纳米金刚石表面胺化改性及其表征》一文中公开了多种对金刚石进行胺化改性方法，在纳米金刚石表面获得氨基官能团。如先用甲硼烷-四氢呋喃加合物将纳米金刚石(ND)羟基化(反应条件为：冷凝回流72h)，然后用硅烷偶联剂APTMES(3-氨基丙基三甲氧基硅烷)与羟基反应，得到ND-NH2；还可以先采用SOCl2将ND表面的羟基和羧基转化为酰氯，得到ND-COCl(反应条件为：70℃，冷凝回流24h)，再与乙二胺反应(反应条件为：60℃，冷凝回流24h)得到ND-NH2。
采用上述现有技术对金刚石进行表面处理，虽然能够增强极性溶剂对金刚石的浸润性，但作为树脂结合剂磨具的磨料使用时仍存在易氧化脱落的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨材料的表面改性方法，采用该方法改性的耐磨材料作为树脂结合剂磨具的磨料时不易氧化脱落。
本发明的目的还在于提供一种改性耐磨材料，该材料作为树脂结合剂磨具的磨料时不易氧化脱落。
本发明的目的还在于提供一种树脂结合剂磨具，该磨具中磨料不易氧化脱落。
为实现上述目的，本发明的耐磨材料的表面改性方法采用的技术方案为：
一种耐磨材料的表面改性方法，包括以下步骤：将镀金属耐磨材料颗粒进行表面羟基化处理。
本发明提供了一种针对含有金属镀层的耐磨材料的表面改性方法，经过改性的耐磨材料作为树脂结合剂的磨料时，在磨削过程中耐磨材料表面由于金属镀层的存在不易被氧化，金属镀层羟基化后与树脂结合剂结合使得树脂结合剂对耐磨材料的把持力增加，使得耐磨材料不易脱落，提高了磨具的使用寿命以及磨削性能。
所述镀金属耐磨材料颗粒包括耐磨材料颗粒和镀覆在耐磨材料颗粒表面的金属镀层；所述耐磨材料颗粒选自金刚石、立方氮化硼、碳化硅、刚玉中的至少一种；所述金属镀层为镍、钴、铜、钛中的至少一种金属形成的镀层。上述镀金属耐磨材料颗粒为常规材料，容易得到。
所述金属镀层的厚度为400～900nm。上述镀层厚度为市售镀覆耐磨材料的常规镀层厚度，容易得到。
所述镀金属耐磨材料颗粒在表面羟基化处理前先进行表面氧化处理，经过表面氧化处理后的金属镀层更容易进行羟基化处理。
所述表面氧化处理包括：将镀金属耐磨材料颗粒在含氧气氛中氧化，所述氧化的温度为400～600℃，时间为1～2h。采用上述条件可保证镀金属耐磨材料颗粒表面的金属镀层表面快速、充分氧化。
为使耐磨材料的表面充分羟基化，所述表面羟基化处理包括：将镀金属耐磨材料颗粒在碱液中进行浸泡处理。
所述碱液中OH-的浓度为1～1.5mol/L；所述浸泡处理的温度为70～80℃，时间为2～3h。
为便于耐磨材料与其他有机分子如树脂结合剂结合，所述表面改性方法还包括将羟基化处理后的镀金属耐磨材料颗粒表面的金属镀层进行活性基团改性；所述活性基团改性为氨基化改性。
所述氨基化改性是采用含有氨基和/或亚氨基的偶联剂对羟基化处理后的镀金属耐磨材料颗粒表面的金属镀层进行改性处理。偶联剂容易与羟基发生化学偶联，使得氨基官能团修饰在镀金属耐磨材料颗粒表面。
为使镀金属耐磨材料颗粒充分氨基化，采用偶联剂进行改性处理的方法包括：将羟基化处理后的镀金属耐磨材料颗粒与偶联剂分散在溶剂中于60～100℃进行保温处理。
所述偶联剂为硅烷偶联剂，采用硅烷偶联剂使氨基化条件较温和。
所述硅烷偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。上述硅烷偶联剂的硅氧键很容易与羟基发生化学偶联，从而在镀金属耐磨材料颗粒表面修饰氨基官能团。
本发明的改性耐磨材料采用的技术方案为：
一种采用上述表面改性方法改性得到的改性耐磨材料。
本发明的改性耐磨材料作为树脂结合剂的磨料时，在磨削过程中不易氧化脱落，能够有效发挥磨削性能。
本发明的树脂结合剂磨具采用的技术方案为：
一种树脂结合剂磨具，包括磨料和树脂结合剂，所述磨料为上述改性的耐磨材料。本发明的树脂结合剂磨具在使用过程中磨料不易氧化脱落，具有较好的磨削性能和较长的使用寿命。
具体实施方式
本发明的耐磨材料的表面改性方法，包括以下步骤：将镀金属耐磨材料颗粒进行表面羟基化处理。
所述耐磨材料为能够作为磨具磨料使用的耐磨材料。
优选的，镀金属耐磨材料颗粒的平均粒径大于5μm。进一步优选的，镀金属耐磨材料颗粒的平均粒径为6～12μm。
所述镀金属耐磨材料颗粒包括耐磨材料颗粒和镀覆在耐磨材料颗粒表面的金属镀层。优选的，金属镀层的厚度为400～900nm。进一步优选的，金属镀层的厚度为500～800nm。
所述表面羟基化处理包括：将镀金属耐磨材料颗粒在碱液中进行浸泡处理。
优选的，浸泡处理的温度为70～80℃。进一步优选的，浸泡处理的时间为2～3h。
优选的，所述碱液中的碱为四甲基氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
所述碱液中OH-的浓度为1～1.5mol/L。
优选的，所述碱液中的溶剂为乙醇和水的混合溶液，二者的体积比为1:1。
本发明的树脂结合剂磨具中所用树脂结合剂为可以和改性的耐磨材料表面的改性基团结合的树脂结合剂。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
耐磨材料的表面改性方法的实施例1
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有镍金属层(金属层厚度为600～800nm)的金刚石(镀金属金刚石的颗粒平均粒径为6μm)超声波清洗后烘干，然后放置在马弗炉中在600℃下在空气中氧化1h；然后将氧化后的镀金属金刚石分散在含有四甲基氢氧化铵的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1mol/L)，加热至70℃搅拌2h，即得表面羟基化的镀金属金刚石。
耐磨材料的表面改性方法的实施例2
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有镍金属层(金属层厚度为500～700nm)的金刚石(镀金属金刚石的颗粒平均粒径为8μm)超声波清洗后烘干，然后放置在马弗炉中在500℃条件下在空气中氧化2h；然后将氧化后的镀金属金刚石分散在含有四甲基氢氧化铵的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1.5mol/L)，加热至80℃搅拌2h，即得表面羟基化的镀金属金刚石。
耐磨材料的表面改性方法的实施例3
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有镍金属层(金属层厚度为500～700nm)的金刚石(镀金属金刚石的颗粒平均粒径为10μm)超声波清洗后烘干，然后放置在马弗炉中在600℃下在空气中氧化1h；然后将氧化后的镀金属金刚石分散在含有氢氧化钾的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1:1，混合溶液中OH-的浓度为1.3mol/L)，加热至70℃搅拌3h，即得表面羟基化的镀金属金刚石；
将表面羟基化的镀金属金刚石分散在乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1)，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，在80℃下恒温搅拌6h，即得氨基化后的镀金属金刚石。
耐磨材料的表面改性方法的实施例4
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有钛金属层(金属层厚度为500～700nm)的金刚石(镀金属金刚石的颗粒平均粒径为12μm)超声波清洗后烘干，然后放置在马弗炉中在400℃下在空气中氧化1h；然后将氧化后的镀金属金刚石分散在含有四甲基氢氧化铵(TMAH)的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1mol/L)，加热至70℃搅拌2h，即得表面羟基化的镀金属金刚石；
将表面羟基化的镀金属金刚石分散在乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1:1)，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，在90℃下恒温搅拌6h，即得氨基化后的镀金属金刚石。
耐磨材料的表面改性方法的实施例5
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有铜金属层(金属层厚度为500～800nm)的金刚石(镀金属金刚石的颗粒粒径为10μm)超声波清洗后烘干，然后放置在马弗炉中在600℃下在空气中氧化2h；然后将氧化后的镀金属金刚石分散在含有氢氧化钠的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1mol/L)，加热至70℃搅拌2h，即得表面羟基化的镀金属金刚石；
将表面羟基化的镀金属金刚石分散在乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1)，然后加入γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，在70℃下恒温搅拌8h，即得氨基化后的镀金属金刚石。
耐磨材料的表面改性方法的实施例6
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有镍金属层(金属层厚度为600～800nm)的金刚石(镀金属金刚石的颗粒平均粒径为6μm)超声波清洗后烘干，然后将镀金属金刚石分散在含有四甲基氢氧化铵的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1mol/L)，加热至70℃搅拌2h，即得表面羟基化的镀金属金刚石。
耐磨材料的表面改性方法的实施例7
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有钴金属层(金属层厚度为500～800nm)的立方氮化硼(镀金属立方氮化硼颗粒的平均粒径为10μm)超声波清洗后烘干，然后放置在马弗炉中在600℃下在空气中氧化2h；然后将氧化后的镀金属立方氮化硼分散在含有氢氧化钠的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1mol/L)，加热至70℃搅拌2h，即得表面羟基化的镀金属立方氮化硼；
将表面羟基化的镀金属立方氮化硼分散在乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1)，然后加入N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在70℃下恒温搅拌8h，即得氨基化后的镀金属立方氮化硼。
耐磨材料的表面改性方法的实施例8
本实施例的耐磨材料的表面改性方法包括以下步骤：将表面镀有钴金属层(金属层厚度为500～800nm)的碳化硅(镀金属碳化硅的颗粒的平均粒径为10μm)超声波清洗后烘干，然后放置在马弗炉中在600℃下在空气中氧化2h；然后将氧化后的镀金属碳化硅分散在含有氢氧化钠的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1mol/L)，加热至70℃搅拌2h，即得表面羟基化的镀金属碳化硅；
将表面羟基化的镀金属碳化硅分散在乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1)，然后加入N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，在70℃下恒温搅拌8h，即得氨基化后的镀金属碳化硅。
改性耐磨材料的实施例1
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例1的方法改性得到的改性耐磨材料。
改性耐磨材料的实施例2
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例2的方法改性得到的改性耐磨材料。
改性耐磨材料的实施例3
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例3的方法改性得到的改性耐磨材料。
改性耐磨材料的实施例4
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例4的方法改性得到的改性耐磨材料。
改性耐磨材料的实施例5
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例5的方法改性得到的改性耐磨材料。
改性耐磨材料的实施例6
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例6的方法改性得到的改性耐磨材料。
改性耐磨材料的实施例7
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例7的方法改性得到的改性耐磨材料。
改性耐磨材料的实施例8
本实施例的改性耐磨材料为采用耐磨材料的表面改性方法的实施例8的方法改性得到的改性耐磨材料。
树脂结合剂磨具的实施例1
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例1中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮由包括以下步骤的方法制得：按重量分数称取各原料，将原料混合均匀，然后在150℃条件下压制成型，180℃固化2h后进行机加工，即得。
树脂结合剂磨具的实施例2
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2.5份的磨料，3.5份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例2中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于磨料种类及重量份数不同，其余均相同。
树脂结合剂磨具的实施例3
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2份的磨料，4份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例3中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于磨料种类及重量份数不同，其余均相同。
树脂结合剂磨具的实施例4
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例4中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于磨料种类不同，其余均相同。
树脂结合剂磨具的实施例5
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例5中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于磨料种类不同，其余均相同。
树脂结合剂磨具的实施例6
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例6中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于磨料种类不同，其余均相同。
树脂结合剂磨具的实施例7
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例7中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于磨料种类不同，其余均相同。
树脂结合剂磨具的实施例8
本实施例的树脂结合剂磨具为树脂结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，其中磨料为改性耐磨材料的实施例8中的改性耐磨材料。本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于磨料种类不同，其余均相同。
对比例1
本对比例的树脂结合剂砂轮包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，磨料为表面羟基化的金刚石。金刚石表面羟基化的方法具体包括以下步骤：将颗粒平均粒径为6μm的金刚石超声清洗后烘干，然后分散在含有四甲基氢氧化铵的乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为1：1，混合溶液中OH-的浓度为1mol/L)，加热至70℃搅拌2h，即得表面羟基化的金刚石。本对比例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于所用磨料不同，其余均相同。
对比例2
本对比例的树脂结合剂砂轮包括以下重量份数的组分：2.9份的磨料，3.1份的热固性酚醛树脂(购买于孟州鑫磊树脂有限责任公司)，磨料为表面镀镍金属的金刚石(颗粒平均粒径为6μm)，镍金属采用现有技术镀在金刚石表面。本对比例的树脂结合剂砂轮的制备方法参照树脂结合剂磨具的实施例1中的制备方法，区别仅在于所用磨料不同，其余均相同。
试验例
对本发明的树脂结合剂磨具的实施例1～8的砂轮和对比例1～2的砂轮进行磨削性能测试，具体测试方法为：将磨块和被磨试样在夹具上夹紧，在磨块夹具上放置15N的砝码，开动机器使被磨试样旋转，并使磨块左右晃动。磨削30min后，清理干净磨块与被磨试样，称重，计算磨削比。测试结果如表1所示。
表1树脂结合剂砂轮的磨削试验结果
由表1可知，采用本发明的表面改性方法得到的改性耐磨材料作为砂轮磨料时，能够有效提高砂轮的磨削比，磨削比可达到1.2以上。

Claims (10)

1.一种耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：将镀金属耐磨材料颗粒进行表面羟基化处理。
2.根据权利要求1所述的耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，所述镀金属耐磨材料颗粒包括耐磨材料颗粒和镀覆在耐磨材料颗粒表面的金属镀层；所述耐磨材料颗粒选自金刚石、立方氮化硼、碳化硅、刚玉中的至少一种；所述金属镀层为镍、钴、铜、钛中的至少一种金属形成的镀层。
3.根据权利要求2所述的耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，所述金属镀层的厚度为400～900nm。
4.根据权利要求1所述的耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，所述镀金属耐磨材料颗粒在表面羟基化处理前先进行表面氧化处理。
5.根据权利要求1所述的耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，所述表面羟基化处理包括：将镀金属耐磨材料颗粒在碱液中进行浸泡处理。
6.根据权利要求1所述的耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，所述表面改性方法还包括将羟基化处理后的镀金属耐磨材料颗粒表面的金属镀层进行活性基团改性；所述活性基团改性为氨基化改性。
7.根据权利要求6所述的耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，所述氨基化改性是采用含有氨基和/或亚氨基的偶联剂对羟基化处理后的镀金属耐磨材料颗粒表面的金属镀层进行改性处理。
8.根据权利要求7所述的耐磨材料的表面改性方法，其特征在于，采用偶联剂进行改性处理的方法包括：将羟基化处理后的镀金属耐磨材料颗粒与偶联剂分散在溶剂中于60～100℃进行保温处理。
9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的耐磨材料的表面改性方法改性得到的改性耐磨材料。
10.一种树脂结合剂磨具，包括磨料和树脂结合剂，其特征在于，所述磨料为权利要求9所述的改性耐磨材料。
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