CN112453388A - 一种铝基结合剂、研磨块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝基结合剂、研磨块及其制备方法，所述铝基结合剂，由以下质量百分比的组分组成：50%‑85%AlSi合金粉、2%‑40%Mn粉、0‑10%Cu粉、0‑10%Zn粉、0‑5%AlMg粉。所述研磨块由所述铝基结合剂、造孔剂和金刚石磨料按体积百分比30%‑90%:5%‑30%:12%‑38%组成。所述铝基结合剂在较低的烧结温度下能实现较高的致密度，不降低磨料的性能。所述研磨块具有硬脆的特点，硬度、抗弯强度均较高，对金刚石磨料把持力好，具有较好的自锐性。
Description
技术领域
本发明属于金刚石砂轮研磨块，具体涉及一种铝基结合剂、研磨块及其制备方法。
背景技术
金刚石砂轮是由金刚石磨料用结合剂粘接成具有一定几何形状的制品。决定金刚石砂轮磨削性能的因素有两个，磨料本身的性能和结合剂的材质与性能。用于金刚石砂轮的结合剂大致有四种，分别是树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂和电镀金属结合剂。金属结合剂具有保形性好、强度高、导热性好、耐磨性好等优异的综合性能。当前金属结合剂应用较多的青铜结合剂，其不足之处在于，原材料成本高、磨削过程中需频繁停机修整、产品稳定性差、烧结温度高等。铝基结合剂具有密度小、烧结温度低、导热性好、与金刚石亲和力好等优点。但铝的变形性大、硬度较低、脆性较差、磨削过程中易糊住工件表面，限制了其在金刚石砂轮结合剂中的应用。例如中国专利申请号为 200610037567.1、200610037510.1的专利文献公开了涉及铝基金属结合剂的金刚石工具，它们都是以铝（Al）作为结合剂的基础成分，由金属结合剂与金刚石磨粒结合而构成， 均存在铝基结合剂硬度不高、脆性不够的问题。
发明内容
为了解决铝基结合剂硬度不高、脆性不够的问题，本发明的目的是提供一种铝基结合剂、研磨块及其制备方法，以改善铝基结合剂使其具有高硬度、高脆性的特点。
实现本发明目的采用的技术方案如下：
本发明提供的铝基结合剂，由以下质量百分比的组分组成：
50%-85%AlSi合金粉、2%-40%Mn粉、0-10%Cu粉、0-10%Zn粉、0-5%AlMg粉。
所述AlSi合金粉中Si的质量分数为5%-50%，优选的为10%-25%。
AlSi合金粉采用氮气雾化法制备，粉末粒径为5μm-80μm；Mn粉采用球磨法制备，粉末粒径为1μm-20μm；Cu粉采用电解法制备，粉末粒径为20μm-50μm；Zn粉采用蒸馏法制备，粉末粒径为1μm-10μm；AlMg粉采用球磨法制备，粒径为20μm-30μm；各粉末氧含量均低于0.5%。
本发明提供的研磨块，由所述铝基结合剂、造孔剂和金刚石磨料按体积百分比30%-90%:5%-30%:12%-38%组成，所述金刚石磨料粒径30μm-300μm，MBD4品级，浓度25%-150%。
所述造孔剂的体积分数为5%-30%，选自空心陶瓷球、空心玻璃球、颗粒状石墨、鳞片状石墨中的一种或任意几种组合，造孔剂的粒径30μm-200μm。
本发明提供的研磨块的制备方法，包括以下步骤：
1、称混料：按照上述研磨块的配比，分别称取铝基结合剂中的各金属粉末组分、造孔剂、金刚石磨料，放入混料机中充分混合均匀，混合时间0.5h-2h。
2、造粒：将混合好的粉末加入胶水造粒，胶水采用GB-600造粒剂溶于无水乙醇配制的胶水，造粒剂和无水乙醇质量分数的比例为1∶1，每公斤粉末加入50ml-100ml胶水，优选的70ml-90ml，造粒好的粉末烘干过筛。
3、成形：将造粒好的粉末装入冷压模具中冷压成型为胚体，压制压力100MPa-300MPa。
4、烧结：胚体采用热压烧结制得金刚石节块，烧结温度达到500℃保温2min，保压压力20 MPa；匀速升温至510℃保温2min，保压压力25 MPa；再匀速升温至520℃保温5min，保压压力25 MPa，所述匀速升温速率为60℃/min，随炉冷却至室温。
5、表面处理：通过喷砂、修锐工艺去除金刚石节块毛刺制得成品。
本发明的有益效果
1、本发明制备的铝基结合剂在较低的烧结温度下能实现较高的致密度，不降低磨料的性能。
2、通过合金元素的添加，采用所述铝基结合剂的研磨块具有硬脆的特点，硬度、抗弯强度均较高，对金刚石磨料把持力好，具有较好的自锐性。
3、采用添加空心球、石墨等填料造孔、弱化胎体，使金刚石节块在磨削过程中通过填料自身的破裂、磨蚀形成孔隙，提供容纳磨削液和碎屑空间。
本发明方法制备的研磨块为铝基结合剂研磨块，可以用于金刚石砂轮和其它磨具。
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
具体实施方式
本发明提供的铝基结合剂，采用如下配方（质量百分比）：
所述AlSi合金粉中Si的质量分数为5%或10%或25%或50%。
所述组分中，AlSi合金粉采用氮气雾化法制备，粉末粒径为5μm-80μm；Mn粉采用球磨法制备，粉末粒径为1μm-20μm；Cu粉采用电解法制备，粉末粒径为20μm-50μm；Zn粉采用蒸馏法制备，粉末粒径为1μm-10μm；AlMg粉采用球磨法制备，粉末粒径为20μm-30μm；各粉末氧含量均低于0.5%。
本发明提供的铝基结合剂研磨块，采用如下配方（体积百分比）：
铝基结合剂、造孔剂和金刚石磨料按体积百分比30%-90%:5%-30%:12%-38%组成。
其中金刚石磨料粒径30μm-300μm，MBD4品级，浓度25%-150%；所述造孔剂的体积分数为5%-30%，选自空心陶瓷球、空心玻璃球、颗粒状石墨、鳞片状石墨中的一种或任意几种组合，造孔剂的粒径30μm-200μm，石墨为75目-500目。
铝基结合剂研磨块的制备方法为：
实施例1
将上述配方的铝基结合剂、石墨、空心陶瓷球、金刚石磨料按质量百分比86∶4∶2∶8称料并充分混合均匀，铝基结合剂包括20%的D50为5μm的Mn粉，80%的D50为23μm的AlSi20合金粉，石墨为500目的细颗粒状石墨，空心陶瓷球D50为30μm，金刚石磨料采用60/70、MBD品级；各组分混合好后按每公斤粉末加入80ml（或者50ml或者100ml）胶水造粒，胶水采用GB-600造粒剂溶于无水乙醇配制的胶水，造粒剂和无水乙醇质量分数的比例为1∶1，造粒好的粉末烘干过筛；将造粒好的粉末装入冷压模具中冷压成型为胚体，压制压力为200MPa；胚体装入石墨模具中采用热压烧结制得金刚石节块，热压烧结工艺为当温度升温至红外测温的起始温度400℃后，从400℃开始匀速升温，温度达到500℃保温2min，保压压力20 MPa；匀速升温至510℃保温2min，保压压力25 MPa；再匀速升温至520℃保温5min，保压压力25 MPa，所有的匀速升温速率为60℃/min，随炉冷却至室温；通过喷砂、修锐工艺去除金刚石节块毛刺制得成品。
制备的铝基结合剂金刚石研磨块致密度97.2%，硬度HRB105，抗弯强度190MPa。
实施例2
将上述配方的铝基结合剂、空心玻璃微球、金刚石磨料按质量百分比85∶5∶10称料并充分混合均匀，铝基结合剂包括25%的D50为5μm的Mn粉，73%的D50为23μm的AlSi20合金粉，2%的D50为33μm的Cu粉，空心玻璃微球D50为50μm，金刚石磨料采用60/70、MBD4品级；各组分混合好后按每公斤粉末加入80ml（或者70ml或者90ml）胶水造粒，胶水采用GB-600造粒剂溶于无水乙醇配制的胶水，造粒剂和无水乙醇质量分数的比例为1∶1，造粒好的粉末烘干过筛；将造粒好的粉末装入冷压模具中冷压成型为胚体，压制压力为100MPa；胚体装入石墨模具中采用热压烧结制得金刚石节块，热压烧结工艺为当温度升温至红外测温的起始温度400℃后，从400℃开始匀速升温，温度达到500℃保温2min，保压压力20KN；匀速升温至510℃保温2min，保压压力25KN；再匀速升温至520℃保温5min，保压压力25KN。所有的匀速升温速率为60℃/min，随炉冷却至室温；通过喷砂、修锐工艺去除金刚石节块毛刺制得金刚石研磨块成品。
制备的铝基结合剂金刚石研磨块致密度98.3%，硬度HRB112，抗弯强度150MPa。
实施例3
将铝基结合剂、石墨、金刚石磨料按质量百分比80∶12∶8称料并充分混合均匀，铝基结合剂包括20%的D50为5μm的Mn粉，74%的D50为23μm的AlSi20合金粉，2%的D50为33μm的Cu粉，4%的D50为5.5μm的Zn粉，石墨为75目的鳞片状石墨，金刚石磨料采用60/70、MBD4品级；各组分混合好后按每公斤粉末加入80ml胶水造粒，胶水采用GB-600造粒剂溶于无水乙醇配制的胶水，造粒剂和无水乙醇质量分数的比例为1∶1，造粒好的粉末烘干过筛；将造粒好的粉末装入冷压模具中冷压成型为胚体，压制压力为300Mpa；胚体装入石墨模具中采用热压烧结制得金刚石节块，热压烧结工艺为当温度升温至红外测温的起始温度400℃后，从400℃开始匀速升温，温度达到500℃保温2min，保压压力20KN；匀速升温至510℃保温2min，保压压力25KN；再匀速升温至520℃保温5min，保压压力25KN。所有的匀速升温速率为60℃/min，随炉冷却至室温；通过喷砂、修锐工艺去除金刚石节块毛刺制得金刚石研磨块成品。
制备的铝基结合剂金刚石研磨块致密度97.6%，硬度HRB85，抗弯强度110MPa。
实施例4
将铝基结合剂、石墨、金刚石磨料按质量百分比78∶10∶12称料并充分混合均匀，铝基结合剂包括20%的D50为5μm的Mn粉，74%的D50为23μm的AlSi20合金粉，2%的D50为33μm的Cu粉，2%的D50为5.5μm的Zn粉，2%的D50为24μm的AlMg50粉，石墨为150目的细颗粒状石墨，金刚石磨料采用70/80、MBD4品级；各组分混合好后按每公斤粉末加入80ml胶水造粒，胶水采用GB-600造粒剂溶于无水乙醇配制的胶水，造粒剂和无水乙醇质量分数的比例为1∶1，造粒好的粉末烘干过筛；将造粒好的粉末装入冷压模具中冷压成型为坯体，压制压力为200Mpa；坯体装入石墨模具中采用热压烧结制得金刚石节块，热压烧结工艺为当温度升温至红外测温的起始温度400℃后，从400℃开始匀速升温，温度达到500℃保温2min，保压压力20MPa；匀速升温至510℃保温2min，保压压力25MPa；再匀速升温至520℃保温5min，保压压力25MPa。所有的匀速升温速率为60℃/min，随炉冷却至室温；通过喷砂、修锐工艺去除金刚石节块毛刺制得金刚石研磨块成品。
Claims (7)
1.一种铝基结合剂，其特征是由以下质量百分比的组分组成：
50%-85%AlSi合金粉、2%-40%Mn粉、0-10%Cu粉、0-10%Zn粉、0-5%AlMg粉。
2.根据权利要求1所述的铝基结合剂，其特征是所述AlSi合金粉中Si的质量分数为5%-50%。
3.根据权利要求2所述的铝基结合剂，其特征是所述AlSi合金粉中Si的质量分数为10%-25%。
4.根据权利要求1所述的铝基结合剂，其特征是所述组分中，AlSi合金粉采用氮气雾化法制备，粉末粒径为5μm-80μm；Mn粉采用球磨法制备，粉末粒径为1μm-20μm；Cu粉采用电解法制备，粉末粒径为20μm-50μm；Zn粉采用蒸馏法制备，粉末粒径为1μm-10μm；AlMg粉采用球磨法制备，粒径为20μm-30μm；各粉末氧含量均低于0.5%。
5.一种研磨块，由权利要求1至4任一所述铝基结合剂、造孔剂和金刚石磨料按体积百分比30%-90%:5%-30%:12%-38%组成，所述金刚石磨料粒径30μm-300μm，MBD4品级，浓度25%-150%。
6.根据权利要求5所述的研磨块，其特征是所述造孔剂的体积分数为5%-30%，选自空心陶瓷球、空心玻璃球、颗粒状石墨、鳞片状石墨中的一种或任意几种组合，造孔剂的粒径30μm-200μm。
7.一种研磨块的制备方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1、称混料：按照权利要求5所述研磨块的配比，分别称取铝基结合剂中的各金属粉末组分、造孔剂、金刚石磨料，放入混料机中充分混合均匀，混合时间0.5h-2h；
步骤2、造粒：将混合好的粉末加入胶水造粒，胶水采用GB-600造粒剂溶于无水乙醇配制的胶水，造粒剂和无水乙醇质量分数的比例为1∶1，每公斤粉末加入50ml-100ml胶水，优选的70ml-90ml，造粒好的粉末烘干过筛；
步骤3、成形：将造粒好的粉末装入冷压模具中冷压成型为胚体，压制压力100MPa-300MPa；
步骤4、烧结：胚体采用热压烧结制得金刚石节块，烧结温度达到500℃保温2min，保压压力20 MPa；匀速升温至510℃保温2min，保压压力25 MPa；再匀速升温至520℃保温5min，保压压力25 MPa，所述匀速升温速率为60℃/min，随炉冷却至室温；
步骤5、表面处理：通过喷砂、修锐工艺去除金刚石节块毛刺制得成品。
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