一種高氣孔率陶瓷結合劑CBN砂輪的製作方法

2023-06-15 01:46:43 1

本實發明涉及一種溶出法製備高氣孔率陶瓷結合劑CBN砂輪及其製備工藝，尤其是能在較高的成品率和較低的成本的條件下，生產出體積孔隙率達到70％以上，且氣孔球形度較好的陶瓷結合劑CBN砂輪。

背景技術：

陶瓷結合劑立方氮化硼(CBN)砂輪具有磨削效率高，磨削力小，尺寸保持性好，磨削精度高，修整容易，使用壽命長等優點，廣泛應用於鑄鐵、模具鋼、高速鋼、高合金鋼、軸承鋼、硬質合金、鈦合金等難加工金屬材料的成型磨削和精密磨削。隨著科技的發展，對金屬零部件表面質量的要求越來越高，因此對於高硬度黑色金屬的加工，對於工件的表面燒傷裂紋和表面殘餘應力要求越來越嚴格，另一方面，隨著勞動力成本的上升，對於CBN砂輪的磨削效率的要求也日益提高。所以大部分成型磨和精密磨削高硬度黑色金屬的CBN砂輪的體積孔隙率都要求在50％以上，最好能達到60％以上。通過高孔隙率提高砂輪的鋒利度和自銳性，同時砂輪氣孔中滲入的磨削液有效地降低磨削區溫度，防止CBN砂輪在高效率磨削時燒傷工件表面，降低工件表面的殘餘應力。目前，高孔隙率陶瓷結合劑CBN砂輪的製備方法都是將陶瓷結合劑、CBN磨料、造孔劑幹法混合均勻後，無壓燒結。目前常用的造孔劑材料有精萘、核桃殼粉、塑料小球、糊精粉等，在燒結過程中，造孔劑炭化和氧化在砂輪中留下氣孔。但是一方面，該類砂輪，造孔劑加入量較高，燒結前砂輪素坯強度很低，而造孔劑炭化和氧化溫度一般低於燒結溫度，在砂輪素坯還未燒結前，砂輪組織中會產生大量的氣體，集聚一定的應力，造成砂輪開裂，砂輪成品率很低。另一方面，為了防止砂輪開裂，砂輪配方中造孔劑的加入量不能太多，因此很難製備出體積孔隙率高於60％的超細粒度陶瓷結合劑CBN砂輪，同時氣孔的形狀也極為不規則，影 響了CBN砂輪磨削性能的提高。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的不足，提出一種溶出法製備高氣孔率陶瓷結合劑CBN砂輪的工藝，所製得的CBN陶瓷砂輪孔隙率可高達60％以上，孔形狀為規則球形，孔徑大小可調，砂輪製備成品率可達99％以上，可對高硬度黑色金屬零件進行高效磨削加工，有效地防止金屬零件在磨削加工中的燒傷。

本發明的技術方案是，所述一種高氣孔率陶瓷結合劑CBN砂輪的製備工藝方法包括：

(1)，製備CBN砂輪陶瓷漿料：

CBN砂輪陶瓷漿料配方的重量百分比組成：

先量取適當體積的去離子水，再按比例加入分子量800的聚乙二醇，高速攪拌1小時，攪拌速度2000轉/分，再按重量比加入CBN磨料，2000轉/分速度攪拌0.5-1小時；再分別按比例稱量硼玻璃粉、三氧化二鉍粉、冰晶石粉、鉀長石粉和硝酸鉀加入到漿料中，2000轉/分速度攪拌1.5-2.5小時，再按比例加入玉米澱粉攪拌0.5小時後，裝有漿料的容器放入80℃的水浴槽中，邊攪拌邊加熱 0.5小時，漿料呈粘稠糊狀(在70℃以上時，漿料中澱粉會和水溶劑產生水化反應，漿料粘度迅速提高有利於防止粉料的沉降)，獲得高分散性的陶瓷漿料。

(2)，陶瓷CBN砂輪成型料的製備

將漿料在120℃乾燥12小時後，將料塊從容器中鏟起，在研缽中手工破碎過60#篩，然後用噴壺加入過篩料質量3％的清水，在研缽中手工混合0.5-1小時，過兩次100#篩，封入密閉的塑膠袋中，室溫下放置24小時，然後過100#篩，獲得陶瓷結合劑CBN砂輪的成型料。

(3)，陶瓷CBN砂輪的成型

根據所要成型的砂輪規格選取相應的模具，稱取一定質量的成型料，投入到模具中，加壓成型，成型壓力50-70MPa，保壓1分鐘，卸壓，脫模，將成型後的陶瓷結合劑CBN砂輪素坯水平放置於SiC棚板上，室溫下放置24小時後，放入70℃烘箱中乾燥12小時。

(4)，陶瓷結合劑CBN砂輪的燒結

將放置CBN砂輪的棚板放入井式爐中，以升溫速率3-5℃/min的速度升溫至400-500℃，保溫1-2小時，再以升溫速率2-4℃/min的速度升溫至650-700℃，保溫1.5-2小時，關爐後CBN砂輪在電爐內自然冷卻，當爐溫低於150℃時打開爐門冷卻，溫度低於70℃時將CBN砂輪從爐中取出。

(5)，造孔劑的去除

將燒結後的砂輪坯體在工具磨床上進行外圓、內圓和平面加工後，測量出CBN砂輪工作層的體積，按1cm3砂輪對應20ml純水的比例，量取相應體積的純水，倒入不鏽鋼容器中，將砂輪完全浸入水溶液中，砂輪中的硝酸鉀粉體溶解於水溶液中，在砂輪中產生大量的氣孔，浸泡1小時後硝酸鉀溶解完全，撈出CBN砂輪用去離子水衝洗至中性，烘乾，獲得合格的高孔隙率陶瓷結合劑CBN砂輪。

本發明將細粒度CBN磨料、陶瓷結合劑、硝酸鉀和澱粉在水基溶劑中分散均勻，硝酸鉀溶解於水中，形成硝酸鉀溶液。然後將漿料加熱至80℃，漿料中 的澱粉與水產生水化反應，漿料粘度迅速增加，防止了漿料中各組分粉料的沉降，獲得高分散性漿料。將漿料乾燥，由於水分的蒸發，硝酸鉀會以細小球形顆粒的形式在成型料中均勻析出，加入的硝酸鉀含量越高，析出的硝酸鉀後硝酸鉀顆粒直徑越大。將成型料破碎後，再加少量水混合，幹壓成型，無壓燒結。燒結後陶瓷結合劑中玻璃相熔化，在CBN磨料間形成有一定強度的結合劑橋；白雲石粉在燒結過程中不發生化學反應，殘留於燒結後的陶瓷結合劑CBN砂輪中。再將砂輪浸漬於水中，硝酸鉀溶解於水中，CBN砂輪的氣孔率進一步提高。

由以上可知，本發明為一種高氣孔率陶瓷結合劑CBN砂輪的製備工藝，該方法採用硝酸鉀粉為造孔劑，通過水溶液浸漬燒結後的CBN砂輪，硝酸鉀溶解於水溶液中來實現製造規則圓形氣孔的效果。該工藝在造孔時，CBN砂輪已完成了燒結，砂輪強度高，能很好的解決傳統工藝中，造孔引起砂輪開裂的問題。用該工藝可製備出，孔隙含量高於60％，氣孔為規則圓形的陶瓷CBN砂輪(參見圖1)。利用該CBN砂輪對金屬零件進行表面加工，零件的表面磨削紋路非常細膩規則(參見圖2)。

附圖說明

圖1高孔隙率球形氣孔超細粒度陶瓷結合劑CBN砂輪顯微照片；

圖2是用本發明製得的CBN砂輪加工零件的表面磨削紋路。

具體實施方式：

一種高氣孔率陶瓷結合劑CBN砂輪的製備工藝的具體步驟為：

(1)，將粒徑40μm CBN磨料、去離子水、硼玻璃粉、三氧化二鉍粉、冰晶石粉、鉀長石粉、硝酸鉀、玉米澱粉和聚乙二醇按質量比25∶40∶10∶2∶2∶4∶12∶4∶1分別稱量待用。

(2)，將步驟(1)稱取的加入聚乙二醇到去離子水中，高速攪拌1小時，攪拌速度2000轉/分，再加入CBN磨料，2000轉/分速度攪拌1小時；再加入三氧化二鉍粉、冰晶石粉、鉀長石粉和硝酸鉀，2000轉/分速度攪拌2小時，再加入玉米澱粉攪拌0.5小時，然後將裝有漿料的容器放入80℃的水浴槽中，邊 攪拌邊加熱0.5小時，漿料呈粘稠糊狀，獲得高分散性的陶瓷漿料。

(3)，將步驟2獲得的漿料在120℃乾燥12小時後，將料塊從容器中鏟起，在研缽中手工破碎過60#篩，然後用噴壺加入過篩料質量3％的清水，在研缽中手工混合1小時，過兩次100#篩，封入密閉的塑膠袋中，室溫下放置24小時，然後過100#篩，獲得超細粒度陶瓷結合劑CBN砂輪的成型料。

(4)，根據所要成型的砂輪規格選取相應的模具，稱取一定質量的成型料，投入到模具中，加壓成型，成型壓力70MPa，保壓1分鐘，卸壓，脫模，將成型後的陶瓷結合劑CBN砂輪素坯水平放置於SiC棚板上，室溫下放置24小時後，放入70℃烘箱中乾燥12小時。

(5)，將放置CBN砂輪的棚板放入井式爐中，以升溫速率4℃/min的速度升溫至400℃，保溫1小時，再以升溫速率2℃/min的速度升溫至680℃，保溫2小時，關爐後CBN砂輪在電爐內自然冷卻，當爐溫低於150℃時打開爐門冷卻，溫度低於70℃時將CBN砂輪從爐中取出。

(6)，將步驟(5)獲得的燒結後的砂輪坯體在工具磨床上進行外圓、內圓和平面加工後，測量出CBN砂輪工作層的體積，按1cm3砂輪對應20ml純水的比例，量取相應體積的純水，倒入玻璃容器中，將砂輪完全浸入純水中，浸泡1小時後撈出CBN砂輪用去離子水衝洗至中性，烘乾，獲得合格的高孔隙率球形氣孔陶瓷結合劑CBN砂輪。