專利名稱：金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用一種含有金剛石磨粒的壓縮粉體電極用于金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法。
背景技術(shù)：
電火花加工時通過工件與電極之間的脈沖放電產(chǎn)生的高溫來蝕除工件表面材料的一種加工方法。電火花沉積則是常規(guī)電火花加工的逆向加工，電火花沉積是通過火花放電作用，把電極中的導(dǎo)電材料熔滲進(jìn)金屬基體的表層，與母材形成冶金結(jié)合，使基體表面的物理化學(xué)和力學(xué)性能得到改善的一種技術(shù)。電火花沉積技術(shù)不但改善材料表面的力學(xué)、冶金、物理等性能，提高材料的耐磨、耐蝕、耐疲勞等性能，而且滿足了生產(chǎn)領(lǐng)域中對材料工作表面的要求，又降低了材料整體均勻性設(shè)計中的成本，以其獨(dú)特的工藝特點(diǎn)，如強(qiáng)化過程中熱輸入量低，強(qiáng)化層與基體間冶金結(jié)合，容易實(shí)現(xiàn)異種材料間的沉積，電極材料容易選擇等，電火花沉積技術(shù)是先進(jìn)的節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的綠色制造和再制造技術(shù)之一。電火花沉積技術(shù)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，可歸類為兩個方面(1)金屬材料的表面改性和表面強(qiáng)化，指對基體材料表面的耐磨、抗疲勞等特性的改變或提高；( 工件表面缺陷的修復(fù)，也有用于零件的修復(fù)和再制造，以延長零件的壽命，目前沉積層的厚度小于0. Imm0現(xiàn)有技術(shù)中，電火花沉積通常只能實(shí)現(xiàn)金屬材料與金屬材料之間的沉積，不能實(shí)現(xiàn)金屬材料與非金屬材料之間的電火花沉積。如何提高沉積層的厚度，如何實(shí)現(xiàn)金屬材料與非金屬材料之間的電火花沉積，是電火花沉積技術(shù)中值得探討的一個重要技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有電火花沉積技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)金屬材料與非金屬材料之間的電火花沉積的不足，本發(fā)明旨在提供一種金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，該方法能夠在金屬基體上快速沉積一層結(jié)合強(qiáng)度高、具有一定沉積厚度的金剛石磨粒層，還可以用于舊金屬基體砂輪的再制造，擴(kuò)展了電火花沉積技術(shù)的應(yīng)用范圍。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是所述金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，采用電火花機(jī)床制備金剛石磨粒層，在工件一側(cè)設(shè)有電極，該工件與一可產(chǎn)生放電脈沖的脈沖電源的正極相連，所述電極與該脈沖電源的負(fù)極相連，沉積時將工作液注入工件與電極之間的間隙，其特征是，所述電極是由金剛石磨粒和金屬粉末經(jīng)過壓力壓制并燒結(jié)而成的壓縮粉體電極；所述方法的步驟為開啟脈沖電源，保持放電電壓為70V 90V，放電電流為1.5A 9A，放電脈沖寬度為20 μ s 60 μ S，放電脈沖間隙為25 μ s 90 μ s ；向所述間隙噴澆工作液，脈沖電源產(chǎn)生放電脈沖，將電極的壓縮粉體沉積到工件表面形成磨粒沉積層。上述放電沉積工藝條件范圍優(yōu)選為放電電流為3Α 6Α，放電脈沖寬度為 20μ S 40μ S，放電脈沖間隙為25μ S 50μ S，所述磨粒沉積層的厚度為0. 3mm 0. 5mm。進(jìn)一步地，所述金屬粉體為銅粉和鈷粉，且所述壓縮粉體電極中銅粉金剛石磨粒鈷粉的質(zhì)量百分比為(60 70) (18 22) (12 18)，壓縮粉體電極中銅粉金剛石磨粒鈷粉的質(zhì)量百分比為(60 70) (18 22) (12 18)，鈷粉粒徑為3 5 μ m，銅粉粒徑為120 180 μ m，金剛石磨粒粒徑為80 μ m 150 μ m，壓制壓力為80MPa lOOMPa，壓縮粉體電極的燒結(jié)溫度650°C 800°C，將銅粉、金剛石磨粒和鈷粉按上述質(zhì)量比混合后經(jīng)壓制和在惰性氣體中燒結(jié)制做成壓縮粉體電極，燒結(jié)后的電極密度為6. 63 6. 92g/cm3。進(jìn)一步地，所述壓縮粉體電極中的金屬粉體也可以為銀粉和鈷粉(5)，與金剛石磨粒一起經(jīng)壓制和在惰性氣體中燒結(jié)制做成壓縮粉體電極。壓縮粉體電極中銀粉金剛石磨粒鈷粉的質(zhì)量百分比為( 65) (2O 25) (I5 20)，鈷粉粒徑為3 5μπι，銀粉粒徑為50 100 μ m,金剛石磨粒粒徑為80 μ m 150 μ m,壓制壓力為75MPa 90MPa，壓縮粉體電極的燒結(jié)溫度650°C 750°C，燒結(jié)后的電極密度為6. 82 7. 15g/cm3。進(jìn)一步地，所述壓縮粉體電極中的金屬粉體也可以為銅粉C3)和鎳粉，與金剛石磨粒一起經(jīng)壓制和在惰性氣體中燒結(jié)制做成壓縮粉體電極。壓縮粉體電極中銅粉金剛石磨粒鎳粉的質(zhì)量百分比為(60 68) (18 22) (12 20)，鎳粉粒徑為5 8 μ m，銅粉粒徑為120 180μπι，金剛石磨粒粒徑為80μπι 150μπι，壓制壓力為80MPa lOOMPa， 壓縮粉體電極的燒結(jié)溫度650°C 800°C，燒結(jié)后的電極密度為6. 75 7. 18g/cm3。所述工作液為電火花加工專用煤油，具有很好的絕緣性和防火性能。進(jìn)一步地，所述工件為可旋轉(zhuǎn)的金屬基體砂輪，脈沖電源產(chǎn)生的放電脈沖可將壓縮粉體電極的壓縮粉體沉積在金屬基體砂輪圓周表面上，可應(yīng)用于對舊金屬基體砂輪再制造和綠色回收。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明可以在電火花機(jī)床上較快地制備金剛石磨粒層，與工件的結(jié)合強(qiáng)度高、且具有一定厚度，應(yīng)用本發(fā)明可以在舊金屬基體砂輪圓周表面沉積一層磨粒層，以解決超硬砂輪的再制造和綠色回收再利用問題，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的綠色再制造技術(shù)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明所用裝置一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例1中沉積層的剖面SEM圖；圖3是實(shí)施例1中分析采樣的金剛石磨粒區(qū)域圖；圖4是實(shí)施例1中金剛石磨粒C元素的能譜分析圖；圖5是實(shí)施例1中元素分析采樣區(qū)域的C元素分布圖；圖6是實(shí)施例1中元素分析采樣區(qū)域的Co元素分布圖；圖7是實(shí)施例1中元素分析采樣區(qū)域的Cu元素分布圖。在圖中1-工件；2-磨粒沉積層；3-銅粉；4-金剛石磨粒；5-鈷粉；6-壓縮粉體電極；7-工作液； 8-脈沖電源。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，采用電火花機(jī)床制備金剛石磨粒層， 如圖ι所示，在工件ι 一側(cè)設(shè)有電極6，該工件1與一可產(chǎn)生放電脈沖的脈沖電源8的正極相連，所述電極6與該脈沖電源8的負(fù)極相連，沉積時將工作液7注入工件1與電極6之間的間隙，所述電極6是由金剛石磨粒4和金屬粉末經(jīng)過壓力壓制并燒結(jié)而成的壓縮粉體電極；所述方法的步驟為開啟脈沖電源8，保持放電電壓為70V 90V，放電電流為1. 5A 9A，放電脈沖寬度為20 μ s 60 μ S，放電脈沖間隙為25 μ s 90 μ s ；向所述間隙噴澆工作液，脈沖電源8 產(chǎn)生放電脈沖，將壓縮粉體電極6的壓縮粉體沉積到工件1表面形成磨粒沉積層2。所述金屬粉體為銅粉3和鈷粉5，且所述壓縮粉體電極中銅粉3 金剛石磨粒4 鈷粉5的質(zhì)量百分比為(60-70) (18 22) (12 18)，鈷粉粒徑為3 5 μ m，銅粉粒徑為120 180 μ m，金剛石磨粒粒徑為80 μ m 150 μ m，壓制壓力為80MPa lOOMPa，壓縮粉體電極的燒結(jié)溫度650°C 800°C，燒結(jié)后的電極密度為6. 63 6. 92g/cm3。所述工作液7為電火花加工專用煤油，具有很好的絕緣性和防火性能。本發(fā)明所述金剛石磨粒層的電火花沉積制備工藝方法實(shí)驗(yàn)在國防科技大學(xué)的 SUTE電火花機(jī)床上進(jìn)行，所用壓縮粉體電極6由湖南大學(xué)國家高效磨削工程技術(shù)研究中心和陶瓷研究所自行研究的含有金剛石磨粒4的壓縮粉體電極6，由銅粉3、金剛石磨粒4和鈷粉5按質(zhì)量百分比為(60-70) (18 22) (12 18)混合后，經(jīng)壓制和燒結(jié)制做成型，壓制壓力為80-100MPa，燒結(jié)溫度控制在650°C-800°C之間，通惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。工件材料采用普通的45#鋼。采用負(fù)極性加工，壓縮粉體電極6連接負(fù)極，工件連接正極。本發(fā)明對金剛石磨粒層的電火花沉積制備工藝方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究，獲取了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析、比較和整理，得出了以下試驗(yàn)結(jié)果。1)正、負(fù)極性加工對金剛石磨粒層沉積厚度的影響實(shí)驗(yàn)均采用同種電極配方，在煤油介質(zhì)中沉積15min所得，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的電參數(shù)下，采用電火花沉積來制備金剛石磨粒層，負(fù)極性加工沉積效率遠(yuǎn)大于正極性沉積效率，可以取得較好的效果(見表1)。表1正、負(fù)極性加工對金剛石磨粒層沉積厚度的影響
權(quán)利要求
1.一種金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，在工件(1) 一側(cè)設(shè)有電極(6)，該工件 (1)與一可產(chǎn)生放電脈沖的脈沖電源(8)的正極相連，所述電極(6)與該脈沖電源(8)的負(fù)極相連，沉積時將工作液(7)注入工件(1)與電極(6)之間的間隙，其特征是，所述電極(6) 是由金剛石磨粒(4)和金屬粉末經(jīng)過壓力壓制并燒結(jié)而成的壓縮粉體電極；所述方法的步驟為開啟脈沖電源(8)，保持放電電壓為70V 90V，放電電流為1. 5A 9A，放電脈沖寬度為20 μ s 60 μ s，放電脈沖間隙為25 μ s 90 μ s ；向所述間隙噴澆工作液，脈沖電源⑶ 產(chǎn)生放電脈沖，將電極(6)的壓縮粉體沉積到工件(1)表面形成磨粒沉積層O)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，其特征是，所述放電沉積工藝條件范圍優(yōu)選為放電電壓為80V，放電電流為3Α 6Α，放電脈沖寬度為20μ s 40 μ s，放電脈沖間隙為25 μ s 50 μ S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，其特征在于，所述金屬粉體為銅粉C3)和鈷粉(5)，且所述壓縮粉體電極中銅粉(3)金剛石磨粒 鈷粉⑶的質(zhì)量百分比為(60 70) (18 22) (12 18)，鈷粉⑶粒徑為3μπι 5μπι，銅粉(3)粒徑為120μπι 180 μ m，金剛石磨粒粒徑為80 μ m 150 μ m，壓制壓力為 80MPa lOOMPa，壓縮粉體電極的燒結(jié)溫度650°C 800°C，燒結(jié)后的電極密度為6. 63g/ cm 6. 92g/cm 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，其特征在于，所述金屬粉體為銀粉和鈷粉(5)，且所述壓縮粉體電極中銀粉金剛石磨粒鈷粉的質(zhì)量百分比為(55 65) (20 25) (15 20)，鈷粉粒徑為3 μ m 5 μ m，銀粉粒徑為50 μ m 100 μ m,金剛石磨粒粒徑為80 μ m 150 μ m,壓制壓力為75MPa 90MPa，壓縮粉體電極的燒結(jié)溫度650°C 750°C，燒結(jié)后的電極密度為6. 82g/cm3 7. 15g/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，其特征在于，所述金屬粉體為銅粉C3)和鎳粉，且所述壓縮粉體電極中銅粉金剛石磨粒鎳粉的質(zhì)量百分比為(60 68) (18 22) (12 20)，鎳粉粒徑為5 μ m 8 μ m，銅粉粒徑為120 μ m 180 μ m,金剛石磨粒粒徑為80 μ m 150 μ m,壓制壓力為80MPa lOOMPa，壓縮粉體電極的燒結(jié)溫度650°C 800°C，燒結(jié)后的電極密度為6. 75g/cm3 7. 18g/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，其特征在于，所述工作液(7)為電火花加工專用煤油。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，其特征在于，所述磨粒沉積層O)的厚度為0. 3mm 0. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，其特征在于，所述工件(1)為金屬基體砂輪。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金剛石磨粒層的電火花沉積制備方法，在工件一側(cè)設(shè)有電極，該工件與脈沖電源的正極相連，所述電極與該脈沖電源的負(fù)極相連，沉積時將工作液注入工件與電極之間的間隙，所述電極為壓縮粉體電極；開啟脈沖電源，保持放電電壓為70V～90V，放電電流為1.5A～9A，放電脈沖寬度為20μs～60μs，放電脈沖間隙為25μs～90μs；向所述間隙噴澆工作液，脈沖電源產(chǎn)生放電脈沖，將壓縮粉體電極的壓縮粉體沉積到工件表面形成磨粒沉積層。本發(fā)明可以在電火花機(jī)床上較快地制備金剛石磨粒層，應(yīng)用本發(fā)明可以在舊金屬基體砂輪圓周表面沉積一層磨粒層，以解決超硬砂輪的再制造和綠色回收再利用問題，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的綠色再制造技術(shù)。
文檔編號C23C4/06GK102251206SQ201010178668
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者余劍武, 廖玉山, 王小偉, 盛曉敏 申請人:湖大海捷(湖南)工程技術(shù)研究有限公司