CN115785906A

CN115785906A - 一种可调自锐性的粘结法磁性磨料及其制备方法

Info

Publication number: CN115785906A
Application number: CN202211342291.3A
Authority: CN
Inventors: 王燎原; 孙玉利; 陈法宇; 孙文婧; 盛一; 左敦稳
Original assignee: Nanjing Hangtai Electromechanical Co ltd; Nanjing Huaxuda Precision Machinery Co ltd; Nanjing Xinghe Precision Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing Hangtai Electromechanical Co ltd; Nanjing Huaxuda Precision Machinery Co ltd; Nanjing Xinghe Precision Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2023-03-14

Abstract

本发明涉及一种可调自锐性的粘结法磁性磨料及其制备方法，属于磁力研磨技术领域。该磨料包括铁磁体、磨料、纳米填料、结合剂及添加剂。按重量份的磨料组分为：铁磁体100份；磨料50‑300份；纳米填料5‑10份；结合剂20‑40份；添加剂由促进剂2‑3份、偶联剂1‑5份、有机活化剂0.5‑1份组成。制备程序包括粉体改性、混料、压制成坯、固化、破碎筛分。本发明制备的磁性磨料工艺简单且自锐性好，服役时长可大于1h，抛光效率稳定，加工一致性好。

Description

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可调自锐性的粘结法磁性磨料及其制备方法，属于精密抛光磨料技术领域。

背景技术

随着精密、超精密技术的发展，磁力研磨技术已被广泛应用于精密复杂件的光整加工中。由于磁性磨料对研磨效率、质量起决定性作用，因此研制高性能磁性磨料是该技术发展的关键。目前，使用烧结法、化学镀法、雾化快凝法制备的磁性磨料结合力较强。但此类方法工艺复杂、成本较高，尤其需要操作者具有扎实的材料、冶金、力学等多学科理论基础。使用粘结法制备的磁性磨料，工艺简单且易于上手。因此，粘结法磁性磨料受到广大学者的青睐。此类磨料通常以固化的粘结剂（如树脂）为基体。在磁力研磨中，粘结法磁性磨料存在基体软易于变形、磨料易于脱落等缺陷，限制了该类磨料的应用范围。

发明内容

针对上述问题，本发明通过弥散纳米颗粒、调配组分，改进固化工艺，以改善细观界面强度。提高基体弹性的同时又具有微断裂特性。根据被加工材料的特性，可改变磨料的组分和制备工艺，调节该磨料的自锐性。

本发明的技术方案之一为：

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料及其制备方法，其特征在于：该磨料包括铁磁体、磨料、纳米填料、结合剂及添加剂。按重量份的磨料组分为：铁磁体100份；磨料50-300份；纳米填料5-10份；结合剂20-40份；促进剂2-3份；添加剂由偶联剂1-5份、有机活化剂0.5-1份组成。制备程序包括粉体改性、混料、压制成坯、固化、破碎筛分。

铁磁体材料为具有导磁性能的硬粉，如铁、钴、镍粉、羰基铁粉等，粒度范围为100-300目。磨料为具有切削刃的不规则粉末，如氧化铝、碳化硅、金刚石等其中的一种或几种，粒度范围为300-600目。

纳米填料由具有特定功能的纳米材料组成，如氧化铝、碳化硅、金刚石、碳纳米管、氧化石墨烯、氧化铈、氧化锆、氧化锌、纳米纤维等其中的一种或几种组成。粒度范围为10-100nm。根据被加工材料的属性，调节纳米填料的组分，以调节磁性磨料的自锐性。

结合剂由具有高粘接性和高机械性能的树脂组成，如环氧树脂胶、酚醛树脂胶、聚氨酯胶等，严格按照被加工工件的属性及加工工况等合理选择结合剂或多种结合剂混合使用。如环氧树脂胶，固化剂为聚酰胺、酚醛树脂、聚硫橡胶、邻苯二甲酸酐其中的一种或几种组成，两者质量比为1-3之间。促进剂为苯胺甲醛、苄基二甲胺、2-甲基咪唑、苯酚中的一种或几种，其质量不高于环氧树脂的10%。

本发明的技术方案之二为：

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：（1）利用硅烷偶联剂对铁磁体、磨料及纳米填料进行表面改性；（2）结合剂溶液的纳米颗粒弥散；（3）将粉体、结合剂、添加剂按比例添加到结合剂溶液中，水浴混料直至呈粘稠糊状；（4）将上述混合物压制成坯；（5）真空干燥、固化后，分级破碎并筛分。

所述的步骤（2）中，将结合剂溶液倒入1000ml的无水乙醇中，在200-400r/min的转速下均匀搅拌，同时加入所述的纳米颗粒，搅拌时间为30min。

所述的步骤（3）中，水浴温度在60-80℃之间，初始搅拌速度在2000-3000r/min之间，每隔1h，转速降低500r/min，总搅拌时间为3h，此时混合液呈粘稠糊状。

所述的步骤（4）中，将混合物放置模具中压制成坯，压力为0.2-0.8MPa，保压30min，且恒温40-60℃。

所述的步骤（5）中，将坯体放置真空干燥箱中，60℃干燥4h。取出坯体，利用压力机将其压碎成粒径小于20mm的料块。再将料块真空干燥4h，温度为80℃。取出料块，利用破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒，再将颗粒真空干燥8h，温度为100℃。取出颗粒，在此破碎并筛分成不同目数的磁性磨料。

本发明的技术方案之三为：

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料，其特征在于：调节磁性磨料的组分可调节细观界面强度，提高基体弹性模量的同时又具有微断裂特性。磨料在抛光中，磨钝的磨粒自动脱落，保持较好的自锐性，抛光效率稳定，加工一致性好。

本发明的有益效果是：

本发明通过在树脂基体中弥散纳米颗粒，增强了基体的弹性模量，提高磨料的硬度和刚度。通过调配磁性磨料的组分和制备工艺，使磨料具有未断裂特性。在抛光过程中，磨料逐渐磨钝，把持磨料的基体内部萌生微裂纹，达到一定程度，磨钝的磨料将会脱落，露出新的、具有锋利刃口的磨料。磨料自锐性较好，抛光一致性较好。

本发明提供的配置方法具有工艺简单、成本较低、成品率高、磨料服役时间长等优点。附图说明

图1为本发明中磁性磨料的低倍扫描电镜图。

图2为本发明制备所得的磁性磨料的高倍扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明

实例一。

如图1-2所示。

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料，粉体由100目的羰基铁粉（也可为铁粉、钴粉或镍粉）100g、300目的碳化硅微粉（也可为氧化铝或金刚石微粉）100g、20nm的碳化硅颗粒（氧化铝、金刚石、碳纳米管、氧化石墨烯、氧化铈、氧化锆、氧化锌或纳米纤维颗粒）5g混合而成。结合剂由10g环氧树脂、15g聚胺酯（或酚醛树脂胶）混合而成。添加剂为1g的2-甲基咪唑。将上述混合物加入2000ml的无水乙醇中，60℃水浴搅拌4h。压制成坯，0.4MPa保压30min。坯体放置真空干燥箱中，60℃干燥4h。取出坯体，利用压力机将其压碎成粒径小于20mm的料块。再将料块真空干燥4h，温度为80℃。取出料块，利用破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒，再将颗粒真空干燥8h，温度为100℃。取出颗粒，再次破碎并筛分成不同目数的磁性磨料。使用20-40目的磨料对AlSi10Mg增材制造件进行研磨40min后，粗糙度由Ra12.0将至Ra1.0以下，如图1-2所示。

实例二。

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料，粉体由150目的羰基铁粉150g、300目的碳化硅微粉100g、50nm的碳化硅颗粒3g混合而成。结合剂由10g环氧树脂、10g聚酰胺混合而成。添加剂为1g的苄基二甲胺。将上述混合物加入2000ml的无水乙醇中，60℃水浴搅拌4h。压制成坯，0.4MPa保压30min。坯体放置真空干燥箱中，60℃干燥4h。取出坯体，利用压力机将其压碎成粒径小于20mm的料块。再将料块真空干燥4h，温度为100℃。取出料块，利用破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒，再将颗粒真空干燥8h，温度为115℃。取出颗粒，在此破碎并筛分成不同目数的磁性磨料。用40-60目的磨料对AlSi10Mg增材件研磨30min后，粗糙度由Ra2.0将至Ra0.8以下。

实例三。

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料，粉体由150目的羰基铁粉150g、600目的碳化硅微粉80g、50nm的碳化硅颗粒1g混合而成。结合剂由15g环氧树脂、15g聚酰胺混合而成。添加剂为1g的苯酚。将上述混合物加入2000ml的无水乙醇中，60℃水浴搅拌6h。压制成坯，1MPa保压20min。坯体放置真空干燥箱中，60℃干燥4h。取出坯体，利用压力机将其压碎成粒径小于20mm的料块。再将料块真空干燥2h，温度为120℃。取出料块，利用破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒，再将颗粒真空干燥8h，温度为75℃。取出颗粒，在此破碎并筛分成不同目数的磁性磨料。用40-60目的磨料对AlSi10Mg增材件研磨30min后，粗糙度由Ra1.5将至Ra0.4以下。

实例四。

一种可调自锐性的粘结法磁性磨料，粉体由150目的羰基铁粉150g、300目的碳化硅微粉150g、50nm的碳化硅颗粒3g混合而成。结合剂由10g环氧树脂、10g聚酰胺混合而成。添加剂为1g的苯胺甲醛。将上述混合物加入2000ml的无水乙醇中，60℃水浴搅拌6h。压制成坯，0.2 MPa保压20min。坯体放置真空干燥箱中，60℃干燥4h。取出坯体，利用压力机将其压碎成粒径小于20mm的料块。再将料块真空干燥4h，温度为65℃。取出料块，利用破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒，再将颗粒真空干燥8h，温度为75℃。取出颗粒，在此破碎并筛分成不同目数的磁性磨料。用40-60目的磨料对AlSi10Mg增材复杂波导管内腔研磨40min后，粗糙度由Ra12.0将至Ra1.2以下。

实例五。

调整实施例一至四中各组分的配比和粒度，使之满足铁磁体、磨料、纳米填料、结合剂及添加剂的组分及粒度要求，将它们的混合物加入无水乙醇中，水浴搅拌。压制成坯，保压。坯体放置真空干燥箱中，干燥。取出坯体，利用压力机将其压碎成粒径小于20mm的料块。再将料块真空干燥。取出料块，利用破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒，再将颗粒真空干燥。取出颗粒，在此破碎并筛分成不同目数的磁性磨料。用40-60目的磨料对AlSi10Mg增材复杂波导管内腔研磨40min后，粗糙度由Ra12.0将至Ra1.0-Ra1.5。

本发明未涉及部分与同有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种可调自锐性的粘结法磁性磨料，其特征在于，该磨料包括铁磁体、磨料、纳米填料、结合剂及添加剂；按重量份的磨料组分为：铁磁体100份；磨料50-300份；纳米填料5-10份；结合剂20-40份；添加剂由促进剂2-3份、偶联剂1-5份、有机活化剂0.5-1份组成。

2.根据权利要求1所述的可调自锐性的粘结法磁性磨料，其特征在于：所述的铁磁体为具有导磁性能的硬粉，包括铁、钴、镍粉和羰基铁粉，粒度范围为100-300目；磨料为具有切削刃的不规则粉末，包括氧化铝、碳化硅和金刚石中的一种或几种，粒度范围为300-600目。

3.根据权利要求1所述的可调自锐性的粘结法磁性磨料，其特征在于：所述的纳米填料为氧化铝、碳化硅、金刚石、碳纳米管、氧化石墨烯、氧化铈、氧化锆、氧化锌和纳米纤维中的一种或几种，粒度范围为10-100nm；根据被加工材料的属性，调节纳米填料的组分，以调节磁性磨料的自锐性。

4.根据权利要求1所述的可调自锐性的粘结法磁性磨料，其特征在于：所述的结合剂由具有高粘接性和高机械性能的树脂组成，包括环氧树脂胶、酚醛树脂胶或聚氨酯胶，严格按照被加工工件的属性及加工工况合理选择结合剂或多种结合剂混合使用；添加剂为苯胺甲醛、苄基二甲胺、2-甲基咪唑、苯酚中的一种或几种，其质量不高于环氧树脂的10%。

5.一种可调自锐性的粘结法磁性磨料的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：

（1）利用硅烷偶联剂：KH550、KH570或甲基咪唑对铁磁体、磨料及纳米填料进行表面改性；

（2）结合剂溶液的纳米颗粒弥散；

（3）将粉体、结合剂、添加剂按比例添加到结合剂溶液中，水浴混料直至呈粘稠糊状；

（4）将上述混合物压制成坯；（5）真空干燥、固化后，分级破碎并筛分。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，将结合剂溶液和1000ml的无水乙醇中，在200-400r/min的转速下均匀搅拌，同时加入权利要求3所述的纳米颗粒，搅拌时间为30min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，水浴温度在60-80℃之间，初始搅拌速度在2000-3000r/min之间，每隔1h，转速降低500r/min，总搅拌时间为3h，此时混合液呈粘稠糊状。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，将混合物放置于模具中压制成坯，压力为0.2-0.8MPa，保压30min，且恒温40-60℃。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（5）中，将坯体放置于真空干燥箱中，60℃干燥4h；取出坯体，利用压力机将其压碎成粒径小于20mm的料块；再将料块真空干燥4h，温度为80℃；取出料块，利用破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒，再将颗粒真空干燥8h，温度为100℃；取出颗粒，再次破碎并筛分成不同目数的磁性磨料。

10.一种可调自锐性的粘结法磁性磨料，其特征在于：调节磁性磨料的组分可调节细观界面强度，提高基体的弹性模量的同时又具有微断裂特性；磨料在抛光中，磨钝的磨粒自动脱落，保持较好的自锐性，抛光效率稳定，加工一致性好。