CN110586927A - cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，先将cBN粉末超声滤洗并化学镀镍，再与有机物混合凝胶拌和均匀，然后将雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末‑凝胶混合物冲击铁粉表面，最后对镀镍cBN粉末‑凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。此方法具有切削元阵列控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现铁基磁力抛光粉末的高效率和长寿命。

Description

cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及磁力抛光粉末制备技术领域，特别涉及一种cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法。
背景技术
轴类零件特别是应用于航空航天、核反应堆的高性能轴类零件的精密抛光是加工领域的重大课题。常用的物理抛光法(砂轮抛光和研磨介质抛光)和化学抛光法(化学抛光和电化学抛光)均难以兼具零抛光面污染、零件内外径尺寸精度和节能节材的多重要求。为解决上述难题，磁力抛光技术以其绿色精密加工的特点成为一种新兴加工技术，但仍存在磁力抛光粉末效率低、寿命短的问题。因此，寻找一种新方法，增强磁力粉末基体对耐磨切削元的包镶力，并延长其加工寿命至关重要。
发明内容
本发明是针对常见手段难以有效磁力抛光粉末效率低、寿命短的问题的研发领域现状，提供一种cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法。此方法具有表面切削元阵列控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现磁力抛光粉末的高效率和长寿命。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，包括以下步骤：
1)将cBN粉末超声滤洗后，进行化学镀镍处理，再与氧化亚铁有机物混合凝胶拌和均匀，镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶的混合质量比为(2～5):1；得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)将雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，采用气动喷雾将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷速为320～560米/秒；冲击过程与纤维毡频振相配合，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行350～460℃焙烧、790～920℃还原处理，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
作为本发明的进一步改进，cBN粉末平均粒度24～41微米。
作为本发明的进一步改进，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为120～180赫兹、40～70分钟。
作为本发明的进一步改进，化学镀镍处理过程包括悬键化、着钯、镀层三步：
悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，镀层的化学镀液为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液。
作为本发明的进一步改进，雾化铁粉平均粒度150～240微米，铁粉单层密排铺展采用软磁铁吸附技术。
作为本发明的进一步改进，气动极速喷采用氮气为喷雾介质。
作为本发明的进一步改进，纤维毡振动频率4～7赫兹。
作为本发明的进一步改进，铁基粉末焙烧、还原处理采用焙烧-还原一体炉。
作为本发明的进一步改进，焙烧、还原处理气氛为体积比3：1的氮气-氢气混合气。
作为本发明的进一步改进，制得的cBN切削元铁基磁力抛光粉末具有多种拓扑网络结构，粉末的磁化强度大于等于940培/米，粉末平均球形度大于等于0.5，磁头吸附厚度大于等于0.9厘米，去毛刺研磨寿命大于等于9小时/克。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：
本发明先将cBN粉末超声滤洗并化学镀镍，再与有机物混合凝胶拌和均匀，然后将雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，采用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，最后对镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理；其中化学镀镍可使cBN粉末表面形成稳定镍膜，为后续与铁粉形成强结合提供基础；软磁铁吸附技术可有效调控铁粉的密排；气动极速喷雾技术便于镀镍cBN粉末-凝胶混合物牢牢嵌入铁粉表面并形成拓扑网络阵列。本发明制得的cBN切削元铁基磁力抛光粉末具有多种拓扑网络结构，粉末的磁化强度大于等于940培/米，粉末平均球形度大于等于0.5，磁头吸附厚度大于等于0.9厘米，去毛刺研磨寿命大于等于9小时/克。
进一步，通过拓扑网络阵列设计、化学镀、极速喷雾技术与焙烧-还原工艺优化，充分发挥cBN超硬相的耐磨性及铁粉的磁性与韧性优势，是解决磁力抛光粉末效率低、寿命短问题的关键手段。在制备铁基磁力抛光粉末过程中，本发明采用一种拓扑网络阵列设计、化学镀、极速喷雾技术与焙烧-还原工艺优化，研究超声滤洗参数、粉胶比、气动极速喷雾工艺、焙烧-还原工艺和磁力抛光粉末本征和抛光性能的关系，即：对于cBN切削元铁基磁力抛光粉末，保持较高效率和长寿命的最佳超声滤洗参数、粉胶比、气动极速喷雾工艺、焙烧-还原工艺。此方法具有切削元阵列控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现铁基磁力抛光粉末的高效率和长寿命。
具体实施方式
本发明一种cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，包括下述步骤：
1)将平均粒度24～41微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为120～180赫兹、40～70分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比2～5:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度150～240微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为320～560米/秒，纤维毡振动频率4～7赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度350～460℃，还原温度790～920℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例1
1)将平均粒度24微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为120赫兹、40分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比2:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度150微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为320米/秒，纤维毡振动频率4赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度350℃，还原温度790℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例2
1)将平均粒度26微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为140赫兹、50分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比3:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度170微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为340米/秒，纤维毡振动频率5赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度360℃，还原温度820℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例3
1)将平均粒度27微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为130赫兹、50分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比4:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度180微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为390米/秒，纤维毡振动频率6赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度460℃，还原温度920℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例4
1)将平均粒度31微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为180赫兹、55分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比2～5:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度170微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为360米/秒，纤维毡振动频率7赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度460℃，还原温度860℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例1～4制备铁基磁力抛光粉末的性能参数见表1所示：
表1
从上表可以得出，本发明制得的cBN切削元铁基磁力抛光粉末具有多种拓扑网络结构，粉末的磁化强度大于等于940培/米，粉末平均球形度大于等于0.5，磁头吸附厚度大于等于0.9厘米，去毛刺研磨寿命大于等于9小时/克。
实施例5
1)将平均粒度35微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为155赫兹、46分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比2:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度175微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为385米/秒，纤维毡振动频率6赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度460℃，还原温度920℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例6
1)将平均粒度37微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为135赫兹、65分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比4.5:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度210微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为470米/秒，纤维毡振动频率7赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度460℃，还原温度820℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例7
1)将平均粒度39微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为175赫兹、55分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比5:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度215微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为560米/秒，纤维毡振动频率5赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度395℃，还原温度795℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例8
1)将平均粒度40微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为176赫兹、70分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比3:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度240微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为560米/秒，纤维毡振动频率6赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度385℃，还原温度830℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例9
1)将平均粒度41微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为180赫兹、70分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比5:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度240微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为560米/秒，纤维毡振动频率7赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度460℃，还原温度920℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例10
1)将平均粒度24微米cBN粉末进行超声滤洗，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为120赫兹、40分钟，然后进行包括悬键化、着钯、镀层的三步化学镀镍处理，其中悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，化学镀液主要为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液，得到的镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶按混合质量比2:1拌和均匀，得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)采用软磁铁吸附技术将平均粒度150微米雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，再用气动极速喷雾技术将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷雾介质为氮气，喷速为320米/秒，纤维毡振动频率4～7赫兹，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)采用焙烧-还原一体炉将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行焙烧、还原处理，焙烧温度350℃，还原温度790℃，气氛为体积比3：1氮气-氢气混合气，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
实施例5～10制备铁基磁力抛光粉末的性能参数见表2所示：
表2
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将cBN粉末超声滤洗后，进行化学镀镍处理，再与氧化亚铁有机物混合凝胶拌和均匀，镀镍cBN粉末与氧化亚铁凝胶的混合质量比为(2～5):1；得到镀镍cBN粉末-凝胶混合物；
2)将雾化铁粉单层密排铺展在纤维毡表面，采用气动喷雾将镀镍cBN粉末-凝胶混合物冲击铁粉表面，喷速为320～560米/秒；冲击过程与纤维毡频振相配合，得到镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末；
3)将镀镍cBN粉末-凝胶黏着铁基粉末进行350～460℃焙烧、790～920℃还原处理，最终得到cBN切削元铁基磁力抛光粉末。
2.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，cBN粉末平均粒度24～41微米。
3.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，超声滤洗采用二氧化锆纤维滤布，超声频率和时间分别为120～180赫兹、40～70分钟。
4.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，化学镀镍处理过程包括悬键化、着钯、镀层三步：
悬键化采用1:1盐酸、氢氟酸混合溶液，着钯采用3摩尔/升氯化钯溶液，镀层的化学镀液为次氯酸钠、硝酸镍混合溶液。
5.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，雾化铁粉平均粒度150～240微米，铁粉单层密排铺展采用软磁铁吸附技术。
6.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，气动极速喷采用氮气为喷雾介质。
7.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，纤维毡振动频率4～7赫兹。
8.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，铁基粉末焙烧、还原处理采用焙烧-还原一体炉。
9.如权利要求1所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，焙烧、还原处理气氛为体积比3：1的氮气-氢气混合气。
10.如权利要求1至9任意一项所述的cBN切削元铁基磁力抛光粉末的制备方法，其特征在于，制得的cBN切削元铁基磁力抛光粉末具有多种拓扑网络结构，粉末的磁化强度大于等于940培/米，粉末平均球形度大于等于0.5，磁头吸附厚度大于等于0.9厘米，去毛刺研磨寿命大于等于9小时/克。
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