CN112111230A - 一种混合磨料的硬质合金抛光浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合磨料的硬质合金抛光浆料，抛光浆料由下述重量百分比的原料组成：硅溶胶80‑93％，氧化铝粉1％‑10％，抛光加速剂0.05‑2％，光亮剂0.01‑1％，表面活性剂0.005‑0.1％，超分散剂0.1％‑3％，碱性pH值调节剂0.05‑2％，余量为去离子水；其中，超分散剂由以下通式Ⅰ表示：

其中，R为8～30个碳的亚烷基或者线型链稀基；R₁为SO₃ ^‑,COO^‑,PO₄ ^2‑,SO₃H链终止基团中的一个；R2为多元胺，多元醇，聚亚胺，聚醚基团中的一个；n为5～20，p＞3；抛光浆料该使用混合磨料增强抛光液的磨削效率，缩短合金研磨加工工序；超分散剂对混合磨料的分散悬浮效果更好，更有利于提高抛光效率；抛光液适应性提高，不仅仅适合不锈钢等常规金属的抛光更适合粉末冶金，7系铝合金等硬质合金的表面抛光处理。

Description

一种混合磨料的硬质合金抛光浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及抛光材料制备技术领域，具体涉及一种混合磨料的硬质合金抛光浆料及其制备方法。

背景技术

硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。

由于硬质材料本身硬度大且具有一定韧性，使用传统的机械或者常规抛光工艺不能达到目前应用的要求，目前常规的抛光工艺抛光后的硬质合金产品主要存在以下问题：1.良品率偏低；2.加工效率低下；3.表面质量和镜面效果达不到客户要求。目前有些抛光液使用硝酸、硫酸、磷酸等强酸性化学助剂，不仅会腐蚀抛光设备，抛光过程还会产生NOX和SO2等污染环境的气体。利用化学抛光处理硬质材料可以在一定程度上提高良品率、加工效率以及表面质量，但是抛光效率和加工后的产品表面质量仍然欠佳，采用硅溶胶-氧化铝粉混合磨料的化学抛光处理虽然起到了一定的效果，但是混合磨料难分散、易沉积等问题给工业生产带来了较大的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种混合磨料的硬质合金抛光浆料及其制备方法，解决现有技术中抛光液抛光效果不理想、抛光速率低和磨料分散效果不佳等技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种混合磨料的硬质合金抛光浆料，所述抛光浆料由下述重量百分比的原料组成：硅溶胶90-94％，氧化铝粉3％-8％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.01-1％，表面活性剂0.005-0.1％，超分散剂0.1％-3％，碱性pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水；

其中，所述超分散剂由以下通式Ⅰ表示：

式Ⅰ

其中，R为8～30个碳的亚烷基或者线型链稀基；

R₁为SO₃ ^-,COO^-,PO₄ ^2-,SO₃H链终止基团中的一个；

R2为多元胺，多元醇，聚亚胺，聚醚基团中的一个；

n为5～20，p＞3。

合成的此种超分散剂能够快速的润湿磨料，锚固作用及空间位阻作用极佳，不易脱附，分散性能及稳定性能好。

本发明的技术方案还提供了一种混合磨料的硬质合金抛光浆料的制备方法，包括如下步骤：

S1.按照以下重量百分比备料：硅溶胶90-94％，氧化铝粉3％-8％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.01-1％，表面活性剂0.005-0.1％，超分散剂0.1％-3％，碱性pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水。然后用去离子水将抛光加速剂、光亮剂、碱性pH值调节剂、表面活性剂和分散剂剂配制成相对应的溶液备用；

S2.在室温条件下，首先将氧化铝纳米粉体加入到硅溶胶体系里充分搅拌混合均匀，再抛光加速剂水溶液加入上述含有硅溶胶和氧化铝混合磨料的混合液中，边加边搅拌，充分搅拌混合均匀后，向上述混合溶液中加入光亮剂的水溶液，混合均匀后加入超分散剂水溶液，再次混合均匀后再加入表面活性剂水溶液，上述加入流量均为90-110ml/min，然后将碱性pH值调节剂水溶液加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀后，即得混合磨料的硬质合金抛光浆料。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、本发明提供的超分散剂，解决了磨料分散效果不佳，导致抛光浆料在使用的过程中出现去除速率低，良率低等现象。

2、本发明提供的混合磨料的硬质合金抛光浆料，选用90-94％的硅溶胶以及3％-8％纳米氧化铝粉体作为磨料，同时添加0.05～2％的无机盐类物质作为抛光加速剂，可以增强硅溶胶和氧化铝混合体系对硬质合金的抛光去除速率；向混合磨料体系中加入0.01～1％的光亮剂，0.005～0.1％的表面活性剂以及0.1％-3％的超分散剂，将上述几种物质按照一定的配比在碱性环境中配合使用，不仅可以增强硬质合金抛光过程中硅溶胶和氧化铝颗粒对合金的去除速率，还可以使混合液分散均匀，使混合液形成稳定的体系，使硬质合金表面光泽度高且镜面效果更好，另外，本技术方案提供的纳米浆料不会腐蚀设备也更加环保，且本发明的制备方法简单，易于大规模生产。

具体实施方式

本实施例提供一种混合磨料的硬质合金抛光浆料，抛光浆料由下述重量百分比的原料组成：硅溶胶90-94％，氧化铝粉3％-8％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.01-1％，表面活性剂0.005-0.1％，超分散剂0.1％-3％，碱性pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水；

抛光加速剂为无机盐类物质，可以选择氯化钠、氯化钾、过硫酸钾、氯酸钠等中的至少一种；

光亮剂为多元醇类物质，选用多元醇类物质做光亮剂可以降低混合溶液的粘度，使混合溶液具有比较好的流动性；作为优选，光亮剂为甘油和/或聚乙二醇400(PEG-400)；

表面活性剂是非离子型表面活性剂，非离子表面活性剂在溶液中呈不解离状态，不易受电解质和溶液的影响，且比其他离子型表面活性剂有更好的稳定性和溶解性；作为优选，非离子型表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和仲辛醇聚氧乙烯醚(JFC-2)中的至少一种；

选用超分散剂由以下通式Ⅰ表示：

式Ⅰ

其中，R为8～30个碳的亚烷基或者线型链稀基；

R₁为SO₃ ^-,COO^-,PO₄ ^2-,SO₃H链终止基团中的一个；

R2为多元胺，多元醇，聚亚胺，聚醚基团中的一个；

n为5～20，p＞3；

碱性pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾和四甲基氢氧化铵中的至少一种。

上述硅溶胶中二氧化硅的粒径为40-150nm，硅溶胶的粒径越大，抛光速率就越大，但若粒径太大，则硅溶胶容易凝聚成团，抛出来的蓝宝石表面有划痕，不光亮；若粒径太小，则会影响抛光速率。

上述硅溶胶中二氧化硅的质量浓度为20-45％，若浓度过高，硅溶胶的不稳定性增加，容易产生凝胶化；若浓度过低，则会影响抛光效率。

上述混合磨料中的氧化铝的粒径为300-500nm，质量浓度为3％-8％。

上述纳米浆料的pH值为10.5-11.5；由于在强碱性介质中，更有利于混合磨料稳定存在。

本实施例还提供了一种混合磨料的硬质合金抛光浆料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照以下重量百分比备料：硅溶胶90-94％，氧化铝粉3％-8％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.01-1％，表面活性剂0.005-0.1％，超分散剂0.1％-3％，碱性pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水；；

(2)配制水溶液：在室温条件下，分别将抛光加速剂、光亮剂、表面活性剂、超分散剂和pH值调节剂加入到去离子水中边加边搅拌，待上述几种物质完全溶解并冷却至室温后后，分别得到抛光加速剂水溶液、光亮剂水溶液、表面活性剂水溶液、超分散剂水溶液以及pH值调节剂水溶液，备用；

(3)配制抛光浆料：首先将氧化铝纳米粉体加入到硅溶胶体系里充分搅拌混合均匀，再抛光加速剂水溶液加入上述含有硅溶胶和氧化铝混合磨料的混合液中，边加边搅拌，控制加入流量为90-110ml/min，充分搅拌混合均匀后，向上述混合溶液中加入光亮剂的水溶液，混合均匀后加入超分散剂水溶液，再次混合均匀后再加入表面活性剂水溶液，上述加入流量均为90-110ml/min；

(4)调节pH值：将备用的pH值调节剂水溶液加入步骤(3)的混合溶液中，搅拌混合均匀后，即得混合磨料的硬质合金抛光浆料。

使用时，根据实际需要，向上述混合磨料的硬质合金抛光浆料中加入去离子水稀释，调整浓度后即可。

下面将结合具体实施例对本发明提供的混合磨料的硬质合金抛光浆料予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

本实施例提供一种混合磨料的硬质合金抛光浆料，其由下述重量百分比的原料组成：

硅溶胶(40～50nm，40wt％)4500g

氧化铝粉(300nm)30g

抛光加速剂：氯化钾10g

光亮剂：PEG-400 5g

表面活性剂：TX-10 0.25g

超分散剂：10g

pH值调节剂：氢氧化钠4.5g

去离子水：470.25g

其中，超分散剂的通式中R为8个碳的亚烷基，R1为SO₃ ^-链终止基团，R2为乙二醇基团，n为5，p为5，具体结构式如下：

上述混合磨料的硬质合金抛光浆料的具体制备步骤如下：

(1)按照以下重量备料：分别称取粒径40～50nm，浓度为40wt％的硅溶胶4500g、300nm的氧化铝粉30g，氯化钾10g、PEG-400 5g、TX-10 0.25g、超分散剂10g、氢氧化钠4.5g、去离子水440.25g备用；

(2)将硅溶胶和氧化铝粉体混合，充分搅拌均匀；

(3)配制水溶液：在室温条件下，将氯化钾加入去离子水中，边加边搅拌，待氯化钾完全溶解并冷却至室温后，即得氯化钾溶液；按照上述方法分别配制TX-10溶液，超分散剂的混合溶液以及氢氧化钠溶液；将PEG-400稀释至澄清透明，即得PEG-400溶液；将上述配制好的溶液备用；

(4)配制抛光浆料：将氯化钾溶液加入(2)中，边加边搅拌，控制加入流量为100ml/min，充分搅拌混合均匀后，向上述混合溶液中加入PEG-400溶液，混合均匀后加入超分散剂水溶液，再次混合均匀后再加入TX-10溶液，上述加入流量均为100ml/min；

(5)pH值调节：将备用的pH值调节剂水溶液加入步骤(4)的纳米浆料中，搅拌混合均匀后，得到pH值为11混合溶液，即为5000g混合磨料的硬质合金抛光浆料。

按照实施例1的方法制备5000g实施例2～4以及比较例1～8的实验样品，其中，实施例2中混合溶液的pH为10.5，制备过程中各种添加剂加入流量为90ml/min；实施例3中混合溶液的pH为11.5，制备过程中各种添加剂加入流量为110ml/min，实施例4和比较例1～8的pH和制备条件均同实施例1，只有配比不同，具体配比见表1，余量为去离子水。

表1不同混合磨料的硬质合金抛光浆料配比

分别取上述混合磨料的硬质合金抛光浆料，用去离子水按体积比1：1稀释成抛光浆料，然后将该抛光浆料在Presi-334精密研磨抛光机上用于抛光，工件为4寸的硬质合金圆片，抛光压力2psi，下盘及载盘转速60RPM，抛光浆料流速120ml/min；测试抛光浆料的抛光去除速率和表面性能，所得结果见表2。

表2不同抛光浆料对硬质合金抛光去除速率和表面性能的影响

由表2可以看出，由实施例1～3可知，当抛光加速剂为氯化钾，光亮剂为PEG-400，表面活性剂为TX-10，分散剂为自制超分散剂，pH值调节剂为氢氧化钠，且由实施例1～4以及比较例1可知当抛光浆料采用如下配比时：硅溶胶90％，氧化铝为6％，氯化钾为0.2％，PEG-400为0.1％，TX-10为0.005％，超分散剂为0.2％，氢氧化钠为0.09％，抛光去除速率和抛光后的硬质合金的表面效果最好。由实施例1和比较例3～7可以看知，当抛光浆料中缺少抛光加速剂、光亮剂、表面活性剂、超分散剂或pH值调节剂中的任意一种组分时，会降低硬质合金抛光速率和抛光后的合金表面质量，降低了加工效率并影响后续的使用。

比较例1和2表明混合磨料较单一磨料而言效果更好。

比较例8表明超分散剂比普通的分散剂对磨料的分散效果更好，切除速率更高。

比较例9表明混合磨料的硬质合金抛光浆料比硅溶胶抛光液的去除速率和表面性能均更加优异。

分别取实施例1中的硬质合金抛光液，市售的东莞某厂家硬质合金抛光液，上海某厂家硬质合金抛光液和日本硬质合金抛光液作为样品，然后将这三种抛光液在Presi-334精密研磨抛光机上用于抛光，工件为4寸的硬质合金圆片，抛光压力2psi，下盘及载盘转速60RPM，抛光浆料流速120ml/min；测试抛光液的抛光去除速率和表面性能，所得结果见表3。

表3不同抛光浆料对硬质合金抛光去除速率和表面性能的影响

由表3可以看出，实施例1中制得的抛光浆料的抛光去除速率和抛光后的硬质合金的表面性能均比市售的东莞某厂家硬质合金抛光液，上海某厂家硬质合金抛光液和日本硬质合金抛光液的去除速率高和效果好。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述抛光浆料由下述重量百分比的原料组成：硅溶胶80-93％，氧化铝粉1％-10％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.01-1％，表面活性剂0.005-0.1％，超分散剂0.1％-3％，碱性pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水；

其中，所述超分散剂由以下通式Ⅰ表示：

其中，R为8～30个碳的亚烷基或者线型链稀基；

R₁为SO₃ ^-,COO^-,PO₄ ^2-,SO₃H链终止基团中的一个；

R2为多元胺，多元醇，聚亚胺，聚醚基团中的一个；

n为5～20，p＞3。

2.根据权利要求1所述的混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述硅溶胶中二氧化硅的粒径为5-200nm硅溶胶，所述氧化铝粉体颗粒粒径为100-800nm。

3.根据权利要求1所述的混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述的抛光加速剂为无机盐类物质。

4.根据权利要求1所述的混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述的光亮剂为甘油和/或聚乙二醇400、聚醇胺类物质。

5.根据权利要求1所述的混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述的表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和仲辛醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述碱性pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾和四甲基氢氧化铵中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述硅溶胶中二氧化硅的粒径为40-150nm，质量浓度为20-45％，所述氧化铝粉体颗粒粒径为300-500nm，质量浓度为3-8％。

8.根据权利要求1所述的混合磨料的硬质合金抛光浆料，其特征在于，所述抛光浆料的pH值为9.5-11.5。

9.一种混合磨料的硬质合金抛光浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.按照以下重量百分比备料：硅溶胶90-94％，氧化铝粉3％-8％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.01-1％，表面活性剂0.005-0.1％，超分散剂0.1％-3％，碱性pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水；然后用去离子水将抛光加速剂、光亮剂、pH调节剂、表面活性剂和缓蚀剂配制成相对应的溶液备用；

S2.在室温条件下，首先将氧化铝纳米粉体加入到硅溶胶体系里充分搅拌混合均匀，再抛光加速剂水溶液加入上述含有硅溶胶和氧化铝混合磨料的混合液中，边加边搅拌，充分搅拌混合均匀后，向上述混合溶液中加入光亮剂的水溶液，混合均匀后加入超分散剂水溶液，再次混合均匀后再加入表面活性剂水溶液，上述加入流量均为90-110ml/min，然后将碱性pH值调节剂水溶液加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀后，即得混合磨料的硬质合金抛光浆料。