一種金屬陶瓷結(jié)合劑及其制備方法，cbn砂輪及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超硬材料制品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬陶瓷結(jié)合劑及其制備方 法，CBN砂輪及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CBN砂輪與普通砂輪相比，具有磨削效率高，表面光潔度好，磨削質(zhì)量高等特點。 CBN砂輪是使用結(jié)合劑將CBN磨粒粘結(jié)起來并制成具有一定強度和形狀的磨具，可以對各 種金屬和合金進行高精度、高效率的磨削加工。隨著工業(yè)快速發(fā)展的需要以及材料科學(xué)的 不斷突破和創(chuàng)新，各種高強度、高硬度、抗腐蝕和耐高溫的新型材料應(yīng)運而生，這些材料比 較難加工，特別是在精密磨削加工過程中，數(shù)控磨床對CBN砂輪的性能要求更高，要求砂輪 的切削力好，鋒利；又要求砂輪的形狀保持性好，能持續(xù)加工；同時要求砂輪能夠耐強力擠 壓等。
[0003] 在CBN砂輪中用于固結(jié)CBN磨粒的結(jié)合劑有樹脂、金屬和陶瓷三種材料。傳統(tǒng)的 樹脂結(jié)合劑CBN砂輪雖然鋒利性好，自銳性好，砂輪磨削效率高，并且可以改善工件表面的 粗糙度，但是耐熱性低，對CBN磨料把持力低，CBN磨粒易于脫落；同時其耐磨性不足，而且 由于樹脂結(jié)合劑是有機材料，受樹脂本身性能限制，砂輪耐熱性、耐磨性較差，不能進行精 密成型磨削。陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪雖然磨削能力強、磨削溫度低、自銳性強、鋒利性好，但是 耐磨性差，難修整；金屬結(jié)合劑金剛石砂輪雖然強度高、工作面幾何形狀保持性好、壽命長、 耐沖擊，但是自銳性不好、效率低，無法滿足持續(xù)加工的需要。CBN砂輪優(yōu)良的鋒利、自銳性 以及超強的耐磨性是能否充分提高數(shù)控磨床加工效率的關(guān)鍵；而砂輪結(jié)合劑又是影響CBN 砂輪性能的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)的單一結(jié)合劑已不能滿足要求高加工效率的數(shù)控磨床用CBN砂 輪性能的需要。
[0004] CN101362316A公開了一種低溫高強度微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，其原料組 分及重量百分比含量為45-80 %CBN，0-20 %剛玉，20-35 %陶瓷結(jié)合劑，所述陶瓷結(jié)合劑 為一種微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其原料組成及重量百分比含量為：40-70%Si02,B2035-25%， A1z032-5%,Na202-15%,Ca02-4%,K202-5%,Mg02-4%,Li02 1-10%,Zr02 2-5%, Sb2032-5%;線速度可達160m/s，該CBN砂輪主要用于汽車曲軸磨削加工及各類高速數(shù)控磨 削加工，具有切削鋒利，磨削效率高，熱膨脹系數(shù)小，加工精度容易控制的特點。
[0005] CN100478307C公開了一種用于立方氮化硼砂輪的陶瓷金屬復(fù)合結(jié)合劑，該結(jié)合劑 由以下重量百分比原料組成：Si02 45-50%、Al203 20-25%、K20 6-8.5%、Na20 2·5-6·5%、 Ba04-9%、Cu 2-6%、Sn 0·5-1·5%、Ζη 0.3-1%，使用該結(jié)合劑的CBN砂輪的加工精度、形 狀保持性和砂輪的使用壽命，都得到了進一步提升。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中，用于CBN砂輪的陶瓷金屬復(fù)合結(jié)合劑，在磨削鋒利、耐磨性和形狀保 持性上都得到了一定的提高，但是在磨削過程中砂輪易形成振紋，崩口等缺陷，更不適合磨 削加工一些硬而脆的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種金屬陶瓷結(jié)合劑，從而可以用于制備CBN砂輪，解決現(xiàn) 有技術(shù)中，陶瓷金屬復(fù)合結(jié)合劑制備的CBN砂輪在磨削加工中，易形成振紋、抗沖擊性能差 的問題。
[0008] 本發(fā)明的第二個目的是提供上述金屬陶瓷結(jié)合劑的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的第三個目的是提供一種使用上述金屬陶瓷結(jié)合劑的CBN砂輪。
[0010] 本發(fā)明的第四個目的是提供上述CBN砂輪的制備方法。
[0011] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0012] -種金屬陶瓷結(jié)合劑，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75~92%的陶瓷成分和8~25%的金屬成 分組成（陶瓷成分與金屬成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100% );所述陶瓷成分由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組 分組成：Si02 40-65%，B203 8-35%，Al203 6-20%，Na20 5-18%，Ca0 0·5-5%，Κ20 3-10%， MgO0.5-2%，Ti02 2-6% (陶瓷成分各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%);所述金屬成分由以下 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分組成：Cu55-80%，Sn15-30%，Ni5-20% (金屬成分各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之 和為100% )。
[0013] 本發(fā)明所提供的金屬陶瓷結(jié)合劑，陶瓷成分和金屬成分合理配比，使該結(jié)合劑既 保持了陶瓷結(jié)合劑鋒利性好、自銳性好、超強耐磨的特性，又具有金屬結(jié)合劑強度高、形狀 保持性好、耐沖擊的優(yōu)點；選用Cu-Sn-Ni活性合金加入陶瓷成分，可以實現(xiàn)金屬陶瓷結(jié)合 劑對磨粒的優(yōu)良潤濕和牢固把持，同時保持CBN磨粒自身的超強耐磨性和鋒利切削刃，在 實現(xiàn)CBN砂輪磨削鋒利、耐磨性和形狀保持性好的同時，可以有效減少剛性磨削形成的裂 紋，從而改善CBN砂輪在磨削加工中，易形成振紋、抗沖擊性能差的問題。
[0014] 上述金屬陶瓷結(jié)合劑的制備方法，包括：將Si02粉、B203粉、A1 203粉、Na20粉、CaO 粉、K20粉、MgO粉、Ti02粉研磨過篩后混合，升溫至1300~160(TC進行熔煉，然后經(jīng)淬冷， 研磨，干燥后過篩，得陶瓷結(jié)合劑粉；將陶瓷結(jié)合劑粉與Cu粉、Sn粉、Ni粉混勻，即得。
[0015] 所述淬冷為水淬。
[0016] 優(yōu)選的，可將上述金屬陶瓷結(jié)合劑過325目篩，使各原料的粒度更加均一。
[0017] 所述研磨過篩所用的篩網(wǎng)為40目，所述干燥后過篩所用的篩網(wǎng)為200目。
[0018] 所述升溫的速率為10°C/min。
[0019] 所述熔煉的時間至少為2h。
[0020] 金屬粉中，Cu粉、Sn粉、Ni粉的粒度均為325目以細。優(yōu)選各金屬粉的純度為 99. 8%以上。
[0021] 本發(fā)明所提供的金屬陶瓷結(jié)合劑的制備方法，陶瓷成分經(jīng)混合、熔煉、淬冷、粉碎 得到是一種微晶玻璃陶瓷；在CBN砂輪的制備中，經(jīng)過合適的燒結(jié)溫度保溫?zé)崽幚砑纯晌?晶，得到一種具有低熱膨脹系數(shù)、高強度和優(yōu)良耐蝕性的玻璃陶瓷結(jié)合劑。玻璃陶瓷結(jié)合劑 與金屬粉起到的金屬結(jié)合劑的合理搭配，起到調(diào)節(jié)金屬結(jié)合劑強度、剛度和韌性的作用，從 而使CBN磨料切削鋒利、耐磨性好、易修整等特性更好的發(fā)揮出來。
[0022] -種使用上述金屬陶瓷結(jié)合劑的CBN砂輪，由以下質(zhì)量百分含量的原料制成：金 屬陶瓷結(jié)合劑15~30%，CBN磨料62~78%，氧化鋁空心球0. 5~3%，潤濕劑2~5%。
[0023] 氧化鋁空心球的直徑為50~100μm。優(yōu)選的，氧化鋁空心球的堆積密度為0. 15g/ cm3 〇
[0024] 本發(fā)明提供的CBN砂輪，通過使用金屬陶瓷結(jié)合劑，使得砂輪在使用過程中形狀 保持性好，壽命長，能承受較大載荷；各組分的合理配比，在保證CBN砂輪磨削鋒利的基礎(chǔ) 上，提高了砂輪的導(dǎo)熱性能，使砂輪在磨削過程中散熱加快，有利于降低磨削溫度，減少工 件扭曲變形，使加工精度得到保證，同時磨具的修整頻次減少，提高了機械化和自動化程 度，降低了加工工件的尺寸公差，提高了其尺寸精度和一致性；配方中一定比例的氧化鋁空 心球，使得原來致密的砂輪層具有一定的孔隙率，不僅砂輪的氣孔率和容肩空間得到保證， 而且憑借顆粒增強效應(yīng)，還能提高砂輪磨削層的型面強度和磨削層對磨粒的支撐強度。
[0025] 上述CBN砂輪的制備方法，包括：用潤濕劑將CBN磨料和氧化鋁空心球潤濕后，加 入金屬陶瓷結(jié)合劑混勾，冷壓成型，干燥，在氬氣氣氛下升溫至650~760°C進行燒結(jié)，即 得。
[0026] 所述潤濕劑為聚乙烯醇溶液。優(yōu)選的，聚乙烯醇溶液的質(zhì)量濃度為25%。
[0027] 所述冷壓成型方式為定模成型，均勻壓制成型。
[0028] 所述升溫包括：第一階段升溫，以3°C/min的速率從室溫升溫至450°C，保溫 90min;第二階段升溫，以2°C/min的速率升溫至650~760°C。升溫至650~760°C后，保 溫1. 5h~2. 5h，停爐，隨爐冷卻，低于40°C出爐。
[0029] 本發(fā)明提供的CBN砂輪的制備方法，燒結(jié)的溫度低，CBN磨料的超硬特性得到保 持；金屬陶瓷結(jié)合劑與升溫?zé)Y(jié)過程的控制，使金屬陶瓷結(jié)合劑和磨料、空心球組分充分結(jié) 合，使CBN砂輪在磨削硬度較高的材料時，不易堵塞，自銳性好，磨削鋒利。該方法制備工藝 簡單，所得砂輪質(zhì)量穩(wěn)定性好，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明CBN砂輪的制備流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0032] 實施例1
[0033] 本實施例的金屬陶瓷結(jié)合劑，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%的陶瓷成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的金 屬成分組成；陶瓷成分由以下重量百分含量的組分組成：Si02 52%，B203 26%，A1203 10%， Na205%，CaO0· 5%，K20 4%，MgO0· 5%，Ti02 2% ;金屬成分由以下重量百分含量的組分 組成：Cu70%，Sn18%，Ni12%。
[0034] 本實施例的金屬陶瓷結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：
[0035] 1)將Si02粉、B203粉、A1 203粉、Na20 粉、CaO粉、K20 粉、MgO粉、1102粉研磨過 40 目篩網(wǎng)，放入剛玉坩堝中，并通過高溫電爐以l〇°C/min的速率升溫至1400°C，保溫2小時 使充分澄清、均化，得到熔體；
[0036] 2)將步驟1)所得熔體倒出，水淬成玻璃顆粒，研磨120min，干燥后過200目篩即 得陶瓷結(jié)合劑粉；
[0037] 將陶瓷結(jié)合劑粉與Cu粉、Sn粉、Ni粉混勻，過325目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得；所述Cu粉、Sn 粉、Ni粉的粒度均為325目以細，純度為99. 8wt%以上。
[0038] 本實施例的CBN砂輪，由以下重量百分比的原料制成：金屬陶瓷結(jié)合劑21%，CBN 磨料74%，氧化鋁空心球2%，潤濕劑3%。所述潤濕劑為25wt%的聚乙烯醇溶液。
[0039] 本實施例的CBN砂輪的制備方法，工藝流程如圖1所示，包括以下步驟：
[0040] 1)用潤濕劑將CBN磨料和氧化鋁空心球充分潤濕后，加入金屬陶瓷結(jié)合劑混勻， 得到成型料；所述氧化鋁空心球的直徑為50μm，堆積密度為0. 15g/cm3;
[0041] 2)將步驟1)所得成型料均勻倒入事先準(zhǔn)備好的模具，刮平，在壓機下均勻壓制成 型，干燥，得到成型品；
[0042] 3)將步驟2)所得成型品放入燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛下從室溫升溫至450°C，升溫 速率3°C/