專利名稱：一種在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片及其制備方法，屬于精磨片 技術領域。
背景技術：
在精密磨削加工中，金屬結合劑金剛石燒結磨具廣泛應用于機械、電子、建筑、地 質、航空航天、核能、國防及尖端科技領域。常用的金剛石磨具金屬結合劑主要是青銅結合 劑，它比樹脂結合劑的結合力強，耐磨性好，工件幾何形狀保持性好，使用壽命長，可承受較 大負荷，但自銳性差，容易堵塞，并且容易造成工件表面燒傷，表面糙度差，成本高，加工效 率低。目前，國內外科研人員都致力于改進成分配比以及選擇特殊材料，并以適當形式加 入金屬結合劑中，以提高脆性，改善磨具自銳性，從而解決青銅磨具易堵塞和難修整兩大難 題。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對精密磨削加工中常用青銅結合劑金剛石磨具容易堵塞，難 以修整，容易造成工件表面燒傷，成本高，加工效率低等幾大難題，提供一種可在線自銳金 屬結合劑超硬磨料精磨片及其制備方法。在線自銳指的是磨具在磨削加工的過程中能夠 自動修銳，以保持磨具的磨削性能，無需離線修整。
本發(fā)明所提供的在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片，其特征在于，精磨片原材 料包括超硬磨料和金屬結合劑，其中超硬磨料為金剛石微粉，粒度小于等于W50，金剛石 牌號優(yōu)選MBD6或者MBD8 ;金屬結合劑為青銅結合劑，金剛石微粉與青銅結合劑按照常規(guī)濃 度配料，金剛石濃度范圍為75%-100%，即金剛石磨料所占體積比為18. 75%-25%。金屬結合 劑采用多元合金系結合劑，其主要成分為銅粉質量百分比為45%-50%、錫粉30%-35%、鋁粉 7%-8%、銅包球形石墨粉11%-12%、二氧化硅O. 2%-0. 7%、四氧化三鐵粉末O. 1%-0. 4%，上述所 有粉末粒度應大于200目。采用熱壓燒結的方法制作在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨 片。上述銅包球形石墨粉優(yōu)選電鍍銅包球形石墨粉。
在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片的制備方法，其特征在于，采用熱壓燒結工 藝，如圖1所示，包括以下步驟
(I)將超硬磨料金剛石微粉與銅粉、錫粉、鋁粉放在一起混合攪拌均勻，然后加入 聚乙烯醇進行混合，聚乙烯醇的加入量約為金剛石重量的2. 5%-3% ；
(2)將非金屬添加劑二氧化硅、銅包球形石墨、四氧化三鐵粉末一并加入進行混 合；
(3)將上述粉末裝入石墨模具，加壓達到100MPa_250MPa后保壓5_10分鐘；連同 模具放入燒結爐中進行熱壓燒結，燒結氣氛為氨分解氣，得到在線自銳金屬結合劑超硬磨 料精磨片。
步驟(I)中加入聚乙烯醇后，各種粉末顆粒表面被潤濕，粉末顆粒之間產(chǎn)生了臨時粘接作用，從而防止各種粉末由于密度不同而發(fā)生離析分層現(xiàn)象。因此金剛石微粉就得以均勻的分散于結合劑中。另外，粉末顆粒經(jīng)潤濕后可以提高其流動性，從而改善了壓實性，粉末容易壓制成型，并能提高其強度。所采用的銅包球形石墨粉為球形粉末顆粒，粒度大于600目，銅包球形石墨粉的固定炭含量大于99%，該配方中石墨用量較大，外表面需要經(jīng)過電鍍處理，包上一薄層銅鍍膜，要求鍍膜均勻，致密，結合力強，石墨表面銅包覆率達到70%以上，表面銅被氧化率小于5%，鍍層平均厚度為6-8um。這樣石墨顆粒通過表面的銅鍍層與青銅結合劑粘接在一起，可以有效防止石墨滑移，從而減輕結合劑強度的下降；而在磨削時金剛石磨具內部石墨暴露出來發(fā)揮潤滑作用，石墨顆粒所占空間就成為微孔，從而有利于改進磨削性能，使金剛石精磨片實現(xiàn)在線自銳。 步驟(I)和(2)中使用的結合劑的原料優(yōu)選在使用前進行預處理，主要包括金屬粉末粒度細化處理、氧化粉末的還原處理和硬化粉末的退火處理。上述步驟(3)熱壓燒結工藝優(yōu)選將燒結溫度升溫至500°C -540°C (優(yōu)選520°C)，并施加8-10Mpa的壓力，同時繼續(xù)升溫至650°C _700°C燒結，保溫5_10分鐘，保溫結束1_5分鐘后卸壓，隨爐冷卻，低于70°C時出爐。本發(fā)明專利的有益效果是I)采用錫青銅金屬結合劑，磨具強度高，硬度高，脆性也高，同時錫青銅收縮率小，易生成分散性縮孔，適合于制造形狀復雜且具有一定氣孔率的金剛石燒結磨具；2 )由于采用熱壓法燒結，所以可用較低的壓力(100MPa_250MPa)進行壓制成型，可避免金剛石被壓碎，有利于提高產(chǎn)品的質量；3)模具不需要高強度合金鋼，可使用石墨模具，可采用較小噸位壓機壓制；4)由于采用加壓燒結，膨脹和收縮受到模具限制，不存在壓坯脫模的彈性后效，從而保證了磨具的形狀和尺寸；5)該精磨片可實現(xiàn)在線自動修銳，不堵塞，無需離線修整，強度高，耐磨性好，粘
接強度高，加工精度高，加工質量好，可以制成更加復雜的制品，并降低廢品率，提高經(jīng)濟效.、/■
M ;本發(fā)明主要用于光學玻璃，陶瓷和寶石等硬脆材料以及復合材料的精密磨削及成型表面的精密加工，適用于航空航天，軍工領域等精密機械加工行業(yè)。


圖1在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片制作工藝過程；圖2在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片燒結工藝曲線。具體實施方法該金剛石精磨片主要用于工件的精密和超精密加工，磨料為金剛石微粉，選用時需進行嚴格檢查和控制，粒度組成和雜質含量要符合標準規(guī)定，金剛石顆粒要有完整的晶形，絕對不允許混入一顆大顆粒金剛石和其他雜質存在，否則會使加工表面出現(xiàn)劃痕，破壞整個加工質量。結合劑所使用的金屬粉末必須是純凈的，無氧化現(xiàn)象，不能有超出規(guī)定的雜質存在。工作場所必須保持清潔，制備工具專用，防止大?；烊搿Ｒ韵聦嵤├脑诰€自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片的制備方法如下
(I)將超硬磨料金剛石微粉與銅粉、錫粉、鋁粉放在一起混合攪拌均勻，然后加入聚乙烯醇進行混合，聚乙烯醇的加入量約為金剛石重量的2. 5%-3% ；(2)將非金屬添加劑二氧化硅、電鍍銅包球形石墨、四氧化三鐵粉末一并加入進行混合；(3)將上述粉末裝入石墨模具，加壓達到100MPa_250MPa后保壓5_10分鐘；連同模具放入燒結爐中進行熱壓燒結，燒結氣氛為氨分解氣，得到在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片。如圖2所示金剛石精磨片燒結工藝示意圖，屬于金屬結合劑熱壓成型工藝。將燒結溫度勻速升溫至520°C左右，并開始施加壓力8-10MPa，繼續(xù)升溫至650°C左右燒結，保溫5-10分鐘，保溫結束1-5分鐘后卸壓，隨爐冷卻，低于70°C時出爐。實施例1 :磨料金剛石粒度W50，100%濃度的金剛石。結合劑銅粉質量百分比為46%，錫粉33%，鋁粉8%的金屬添加劑和電鍍銅包球形石墨粉12%，二氧化硅O. 6%，四氧化三鐵粉末O. 4%的非金屬添加劑。燒結方法采用上述熱壓燒結工藝制作精磨片。實施例2 磨料粒度W10，100%濃度的金剛石。結合劑銅粉質量百分比為47. 2%，錫粉32. 6%，鋁粉7. 8%的金屬添加劑和電鍍銅包球形石墨粉11. 7%，二氧化硅O. 5%，四氧化三鐵粉末O. 2%的非金屬添加劑。燒結方法采用上述熱壓燒結工藝制作精磨片。
權利要求
1.在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片，其特征在于，精磨片原材料包括超硬磨料和金屬結合劑，其中超硬磨料為金剛石微粉，粒度為小于等于W50 ;金屬結合劑為青銅結合齊U，金剛石濃度范圍為75%-100%;金屬結合劑采用多元合金系結合劑，其主要成分為銅粉質量百分比為45%-50%、錫粉30%-35%、鋁粉7%_8%、銅包球形石墨粉11%_12%、二氧化硅0.2%-0. 7%、四氧化三鐵粉末0. 1%-0. 4%。
2.按照權利要求1的精磨片，其特征在于，金屬結合劑中的主要成分，粒度應大于200目。
3.按照權利要求1的精磨片，其特征在于，銅包球形石墨粉為電鍍銅包球形石墨粉。
4.按照權利要求1的精磨片，其特征在于，銅包球形石墨粉為球形粉末顆粒，粒度大于600目，銅包球形石墨粉的固定炭含量大于99%。
5.按照權利要求1的精磨片，其特征在于，銅包球形石墨粉中石墨表面銅包覆率達到70%以上，表面銅被氧化率小于5%，鍍層平均厚度為6-8um。
6.制備權利要求1-5所述的任一精磨片的方法，其特征在于，采用熱壓燒結工藝，包括以下步驟 (1)將超硬磨料金剛石微粉與銅粉、錫粉、鋁粉放在一起混合攪拌均勻，然后加入聚乙烯醇進行混合，聚乙烯醇的加入量約為金剛石重量的2. 5%-3% ； (2)將非金屬添加劑二氧化硅、銅包球形石墨、四氧化三鐵粉末一并加入進行混合； (3)將上述粉末裝入石墨模具，加壓達到100MPa-250MPa后保壓5_10分鐘；連同模具放入燒結爐中進行熱壓燒結，燒結氣氛為氨分解氣，得到在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片。
7.按照權利要求6的方法，其特征在于，步驟(I)和(2)中使用的結合劑的原料優(yōu)選在使用前進行預處理，主要包括金屬粉末粒度細化處理、氧化粉末的還原處理和硬化粉末的退火處理。
8.按照權利要求6的方法，其特征在于，步驟(3)熱壓燒結工藝將燒結溫度升溫至5000C _540°C，并施加8-10Mpa的壓力，同時繼續(xù)升溫至650°C _700°C燒結，保溫5-10分鐘，保溫結束1-5分鐘后卸壓，隨爐冷卻，低于70°C時出爐。
9.按照權利要求8的方法，其特征在于，將燒結溫度升溫至520°C時開始施加壓力。
全文摘要
一種在線自銳金屬結合劑超硬磨料精磨片及其制備方法，屬于精磨片技術領域。精磨片原材料包括超硬磨料和金屬結合劑，其中超硬磨料為金剛石微粉；金剛石濃度范圍為75%-100%；金屬結合劑采用多元合金系結合劑，其主要成分為銅粉、錫粉、鋁粉、銅包球形石墨粉、二氧化硅、四氧化三鐵粉末。將金剛石微粉與銅粉、錫粉、鋁粉放在一起混合攪拌均勻，加入聚乙烯醇進行混合；將二氧化硅、銅包球形石墨、四氧化三鐵粉末一并加入進行混合；裝入石墨模具，加壓達到100MPa-250MPa后保壓5-10分鐘；放入燒結爐中進行熱壓燒結，燒結氣氛為氨分解氣。該精磨片可實現(xiàn)在線自動修銳，不堵塞，無需離線修整。
文檔編號B24D18/00GK103009270SQ20121050895
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權日2012年12月3日
發(fā)明者關佳亮, 王志偉, 李彩琴 申請人:北京工業(yè)大學