CN112497087B - 一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮，由如下重量份计的组分制作而成：铜粉60‑100份，铜锡预合金粉10‑40份，金刚石微粉磨料1‑3份，复合粘结剂2‑6份。本发明在铜基的基础添加铜锡预合金粉，通过对金刚石微粉磨料进行改性并加入，促进Cu40.5Sn11相的分解，有效改善青铜基的合金化程度；选用的复合粘结剂，添加了碳化硼与氧化铬、碳化硅等粘结剂组合，大大增强了砂轮基料与结合剂之间的结合力，使不易断裂、脱落、掉边，制得的砂轮强度得到较大提高。

Description

一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮及其制备方法
技术领域
本发明属于砂轮制备领域，具体涉及一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮及其制备方法。
背景技术
青铜基金刚石砂轮以金刚石磨料为原料，用金属粉作结合剂，制成的中央有通孔的圆形固结磨具称作金刚石砂轮(合金砂轮)。由于金刚石硬度极高，研磨能力强，所以金刚石砂轮具有磨削力和磨削热小，磨削效率高，加工质量好，加工精度高，寿命长等特点，在硬脆有色金属、工程陶瓷、硬质合金等硬度高、耐磨性好、寿命长、能承受大负荷磨削的特点，所以在高性能硬脆材料的成形磨削和精密、超精密磨削中应用更广泛。金属结合剂金刚石砂轮按制造方式不同主要有烧结和电镀两种类型。电镀型金刚石砂轮优点工艺简单，投资少，制造方便，缺陷是：镀层金属与基体及磨料结合面上并不存牢固化学冶金结合；烧结型金属结合剂砂轮多以青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性耐磨性好，使用寿命长，可承受较大负荷，缺陷是：由于物料配比问题和生产工艺问题，影响材料的导热性和力学性能，使砂轮易收缩和变形，因此在使用前必须对砂轮进行整形，但砂轮修整比较困难。目前生产常用砂轮对滚整形方法不仅修整时费时费力，而且修整过程金刚石颗粒脱落较多，修整砂轮本身消耗很大，整形精度较低。因此需要从物料配比和生产工艺上解决金刚石砂轮的弯曲强度和冲击韧性等力学性能。现有关于青铜基金刚石砂轮的专利，我们查到如下：
1、申请号：201911035558.2，发明名称：氧化物基金属陶瓷结合剂超硬砂轮及其制备方法，其由以下质量份数的组分制成：超硬磨料粉末：7～30份；氧化物粉末：15～40份；锡粉：10～25份；铜粉:20～50份；镍粉:1～5份；钴粉:1～8份；银粉：0～2份；石墨粉:0～8 份。其得到的产品抗弯强度为210MPa。
2、申请号：201811034088.3，发明名称：一种金属结合剂、金属结合剂金刚石砂轮及其制备方法，该发明的金属结合剂由以下质量百分比的组分组成：5％～20％铜，2％～6％锡， 1％～5％氢化钛，其余为铜-锡合金。以该金属结合剂和镀钛金刚石或镀镍金刚石为原料经过混料、真空热压烧结可制得金属结合剂金刚石砂轮。该发明以铜-锡合金粉为结合剂主要组分，在热压过程中降低了砂轮的烧结温度，降低生产成本。氢化钛在热压过程中发生分解，可还原已氧化部分的金属粉并提高结合剂强度，从而提高金属结合剂金刚石砂轮的强度。其得到的抗折强度不大于462MPa。
目前需要研究具有更好力学性能的金刚石砂轮。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种抗弯强度大于500MPa的青铜基金刚石砂轮及其制备方法。
为实现上述的目的，本发明的技术方案为：
一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮，由如下重量份计的组分制作而成：铜粉60-100份，铜锡预合金粉10-40份，金刚石微粉磨料1-3份，复合粘结剂2-6份。
作为进一步的技术方案，以上所述复合粘结剂是由氧化铬粉末、石墨粉末、碳化硅粉末、碳化硼粉末、钴粉按重量比(0.2-0.5)：(1-5)：(1-4)：(0.2-0.7)：(5-8)混合均匀。
作为进一步的技术方案，以上所述铜粉70-80份，铜锡预合金粉15-25份。
作为进一步的技术方案，以上所述铜粉76.5份，铜锡预合金粉20份，金刚石微粉磨料3 份，复合粘结剂5.2份。
作为进一步的技术方案，以上所述金刚石微粉磨料是是经二氧化钛溶胶改性得到；所述铜锡预合金粉中青铜和锡的重量比为(8-10)：2。
一种如上所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铜粉、铜锡预合金粉、金刚石微粉磨料按重量份数称取，放入球磨混料机中混料均匀得到青铜基金刚石砂轮基料；
(2)将氧化铬、石墨粉、碳化硅、碳化硼和钴粉按重量份数混合均匀，得到复合粘结剂；
(3)将复合粘结剂添加进入青铜基金刚石砂轮基料中继续球磨混匀一定时间，物料筛分，摊料机均匀摊料，冷压成型，得到的生坯进行热压烧结，接着置于双面研磨机进行打磨，线切割机进行内外圆加工。
作为进一步的技术方案，以上所述金刚石微粉磨料的制备方法为：将金刚石颗粒在纯水中超声波清洗40-60min，然后浸泡在二氧化钛溶胶中包膜，包膜后在105-120℃下低温烘干，室温冷却，600-700℃下高温煅烧，室温冷却，即得到金刚石微粉磨料；所述二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯乙醇溶液酸化，酸化完毕后再在70-80℃时与NaOH溶液反应，保温搅拌1-1.5小时，使其形成均匀的TiO2糊状胶体，即纯TiO2溶胶。
作为进一步的技术方案，以上所述铜锡预合金粉的制备方法为：将青铜和锡按重量比在 800～950℃下完全熔融后，搅拌，使Cu和Sn形成共熔合金，再将混合后的Cu-Sn合金液泵入喷物造粒机的喷嘴，将料液雾化，喷雾造粒，过筛，即得到铜锡预合金粉。
作为进一步的技术方案，以上所述步骤(1)的球磨混料机的混料时间为2-3小时；所述步骤(2)中氧化铬、石墨粉、碳化硅、碳化硼和钴粉混合时间为2-3小时，过500-600目筛网。
作为进一步的技术方案，以上步骤(3)中所述摊料转速20-40转/分钟，摊料时间1.5-2 分钟；冷压成型压力30-50MPa，保压时间2-5s；热压烧结压力80-100MPa，温度550-600℃，时间4-5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明在铜基的基础添加铜锡预合金粉，通过对金刚石微粉磨料进行改性并加入，促进Cu40.5Sn11相的分解，有效改善青铜基的合金化程度；选用的复合粘结剂，添加了碳化硼与氧化铬、碳化硅等粘结剂组合，大大增强了砂轮基料与结合剂之间的结合力，使不易断裂、脱落、掉边，制得的砂轮强度得到较大提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。
一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮，由如下重量份计的组分制作而成，如表1所示：
表1
Figure GDA0003859090850000031
以上实施例中金刚石微粉磨料是是经二氧化钛溶胶改性得到；实施例1-5中铜锡预合金粉中青铜和锡的重量比为8：2；实施例6中铜锡预合金粉中青铜和锡的重量比为10：2。
一种实施例1-6的高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铜粉、铜锡预合金粉、金刚石微粉磨料按重量份数称取，放入球磨混料机中混料均匀得到青铜基金刚石砂轮基料；混料时间为2-3小时；
(2)将氧化铬、石墨粉、碳化硅、碳化硼和钴粉按重量份数混合均匀，得到复合粘结剂；混合时间为2-3小时，过500-600目筛网；
(3)将复合粘结剂添加进入青铜基金刚石砂轮基料中继续球磨混匀一定时间，物料筛分，摊料机均匀摊料，冷压成型，得到的生坯进行热压烧结，接着置于双面研磨机进行打磨，线切割机进行内外圆加工；摊料转速20-40转/分钟，摊料时间1.5-2分钟；冷压成型压力 30-50MPa，保压时间2-5s；热压烧结压力80-100MPa，温度550-600℃，时间4-5min。
金刚石微粉磨料的制备方法为：将金刚石颗粒在纯水中超声波清洗40-60min，然后浸泡在二氧化钛溶胶中包膜，包膜后在105-120℃下低温烘干，室温冷却，600-700℃下高温煅烧，室温冷却，即得到金刚石微粉磨料；所述二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯乙醇溶液酸化，酸化完毕后再在70-80℃时与NaOH溶液反应，保温搅拌1-1.5小时，使其形成均匀的 TiO2糊状胶体，即纯TiO2溶胶。
铜锡预合金粉的制备方法为：将青铜和锡按重量比在800～950℃下完全熔融后，搅拌，使Cu和Sn形成共熔合金，再将混合后的Cu-Sn合金液泵入喷物造粒机的喷嘴，将料液雾化，喷雾造粒，过筛，即得到铜锡预合金粉。
实施例1-2的制备方法按实施例7实施，实施例3-4的制备方法按实施例8实施，实施例5-6的制备方法如实施例9实施，其参数如表2所示。
表2
Figure GDA0003859090850000041
Figure GDA0003859090850000051
最终制得的产品检测结果如表3所示，抗弯强度采用三点弯曲法，利用万能材料试验机测定青铜基金刚石砂轮折断时的载荷；冲击强度采用冲击试验机测得。
表3
Figure GDA0003859090850000052
表3说明本发明方案可提高青铜基金刚石砂轮的抗弯强度和冲击强度，减少其被修整的概率，节省了时间。
复合粘结剂对比实验。采用实施例3来进行对比实验，其中，对比实施例与实施例3除了粘结剂的种类不同之外，其余均采用相同的制备方法。
对比实施例一：1.4kg氧化铬、1.3kg石墨粉、2.5kg钴粉；
对比实施例二：1.4kg碳化硅、1.3kg石墨粉、2.5kg钴粉；
对比实施例三：1.4kg碳化硼、1.3kg石墨粉、2.5kg钴粉；
对比实施例四：0.2kg氧化铬、1.2kg碳化硅、1.3kg石墨粉、2.5kg钴粉；
对比实施例五：0.2kg氧化铬、1.2kg碳化硼、1.3kg石墨粉、2.5kg钴粉；
对比实施例六：1.0kg碳化硅、0.4kg碳化硼、1.3kg石墨粉、2.5kg钴粉；最终检测结果如表4所示：
表4
Figure GDA0003859090850000053
由表4说明，本发明的复合粘结剂能获得较优的抗弯强度和冲击强度。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮，其特征在于，由如下重量份计的组分制作而成：铜粉60-100份，铜锡预合金粉10-40份，金刚石微粉磨料1-3份，复合粘结剂2-6份；
所述复合粘结剂是由氧化铬粉末、石墨粉末、碳化硅粉末、碳化硼粉末、钴粉按重量比（0.2-0.5）：（1-5）：（1-4）：（0.2-0.7）：（5-8）混合均匀；
所述金刚石微粉磨料是经二氧化钛溶胶改性得到；所述铜锡预合金粉中青铜和锡的重量比为（8-10）：2。
2.根据权利要求1所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮，其特征在于：所述铜粉70-80份，铜锡预合金粉15-25份。
3.根据权利要求2所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮，其特征在于：所述铜粉76.5份，铜锡预合金粉20份，金刚石微粉磨料3份，复合粘结剂5.2份。
4.一种如权利要求2-3中任一项所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将铜粉、铜锡预合金粉、金刚石微粉磨料按重量份数称取，放入球磨混料机中混料均匀得到青铜基金刚石砂轮基料；
（2）将氧化铬、石墨粉、碳化硅、碳化硼和钴粉按重量份数混合均匀，得到复合粘结剂；
（3）将复合粘结剂添加进入青铜基金刚石砂轮基料中继续球磨混匀一定时间，物料筛分，摊料机均匀摊料，冷压成型，得到的生坯进行热压烧结，接着置于双面研磨机进行打磨，线切割机进行内外圆加工。
5.根据权利要求4所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述金刚石微粉磨料的制备方法为：将金刚石颗粒在纯水中超声波清洗40-60min，然后浸泡在二氧化钛溶胶中包膜，包膜后在105-120℃下低温烘干，室温冷却，600-700℃下高温煅烧，室温冷却，即得到金刚石微粉磨料；所述二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯乙醇溶液酸化，酸化完毕后再在70-80℃时与NaOH溶液反应，保温搅拌1-1.5小时，使其形成均匀的TiO2糊状胶体，即纯TiO2溶胶。
6.根据权利要求4所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述铜锡预合金粉的制备方法为：将青铜和锡按重量比在800～950℃下完全熔融后，搅拌，使Cu和Sn形成共熔合金，再将混合后的Cu-Sn合金液泵入喷物造粒机的喷嘴，将料液雾化，喷雾造粒，过筛，即得到铜锡预合金粉。
7.根据权利要求4所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮的制备方法，其特征在于；所述步骤（1）的球磨混料机的混料时间为2-3小时；所述步骤（2）中氧化铬、石墨粉、碳化硅、碳化硼和钴粉混合时间为2-3小时，过500-600目筛网。
8.根据权利要求4所述的一种高抗弯强度的青铜基金刚石砂轮的制备方法，其特征在于；步骤（3）中所述摊料转速20-40转/分钟，摊料时间1.5-2分钟；冷压成型压力30-50MPa，保压时间2-5s；热压烧结压力80-100MPa，温度550-600℃，时间4-5min。
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