一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，属于砂轮材料技术领域。本发明专利技术以立方碳化硅为磨料，制备磨粒复层阵列排布超硬砂轮，立方碳化硅的晶体的等轴结构特点决定了其具有良好的自然球度和自锐性，因此在精密研磨方面有更好的磨削和抛光效果，立方碳化硅在磨削区内温度升高时可以氧化生成无定型的二氧化硅膜，在磨粒相同压入深度的情况下可以大幅度降低切削力，同时由于立方碳化硅具有疏松的结构，在磨粒下端为球体的情况下，工件原子倾向于产生致密化，而不产生塑性流变，因此不产生切屑，可以有效防止砂轮堵塞，提高工件磨削表面的质量，扩大了砂轮的加工应用范围，提高砂轮的使用寿命。

A preparation method of super hard grinding wheel with multi layer arrangement of abrasive grains

【技术实现步骤摘要】
一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法
本专利技术涉及一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，属于砂轮材料

技术介绍
随着科学技术的迅速发展，国民经济各部门所需求的多品种、多功能、高品质、高度自动化的技术装备的开发和制造，促进了先进制造技术的发展。磨削加工技术往往作为零件加工的最后一步工艺，是现代先进制造
中应用最广且最为有效的工艺技术，为超精密加工的实现提供了技术手段。当今，随着超硬磨料及磨具的推广，磨削效率得到不断地提高及现代自动化的提高，研究和发展高精度和超精密磨削加工技术已成为主要的发展方向。磨削加工工艺系统是一个系统工程。而砂轮是整个磨削系统中至关重要的环节，磨料的物理化学特性与组织形态对磨削效率、加工精度、表面完整性等方面起重要作用。由于普通砂轮存在着磨粒易脱落、磨削比能高、修整频繁、加工塑性金属材料易堵塞等问题，已不能完全满足在航空航天、国防军工、能源、化工、汽车等重要部门中不断涌现出的许多难加工材料进行高速、高效、高精度的加工要求，如钛合金、高温合金、TiAl、NiAl及难熔金属硅化物等金属间化合物基高温结构材料、超高强度钢以及结构陶瓷和功能陶瓷等。因此，致力于研究开发新型超超硬磨料成为人们研究的热点问题。与磨粒随机排布的普通砂轮相比，由于简单的制造技术，单层磨料电镀超硬砂轮表现出较为明显的优势，使超硬砂轮的份额在生产中占据相当大的比例，在高速甚至超高速磨削中的地位是不可忽视的。单层高温钎焊超硬磨料钎焊砂轮因其具有很高的磨粒把持强度和磨粒裸露高度，在当今磨削技术中也占有不可忽视的地位。但都存在一些问题，电镀砂轮镀层较厚时易造成堵塞、砂轮基体的结构设计及制造精度严重影响砂轮的回转精度和几何形状精度问题。精密和超精密磨削所用砂轮会随着磨料颗粒的减小而增大控制电镀层厚度的困难程度，镀层过厚会将微磨粒完全包裹，导致磨削性能的下降。当磨料粒度达到微米级时，对基体同轴度、平面度、圆柱度等形位误差要求更加严格，从而增加了砂轮的制造难度和成本。钎焊焊层厚度的不均匀性易造成磨粒突出高度不均，降低砂轮的平衡性能。更值得注意的是：无论是电镀砂轮或是钎焊超硬磨料砂轮，磨粒在砂轮基体表面大都是呈无规则的随机分布的，因此在磨削的过程中，真正去除工件材料的有效磨粒很少，大量无效的磨粒的存在使砂轮的制造成本显著增加，此外大量多余磨料的存在还使参与磨削的有效磨粒受到严重干扰，为砂轮的磨削性能造成很大的影响，如加工效率降低、加工表面质量差、砂轮寿命降低等。为此想到，若能规划和控制磨粒在砂轮表面的数量和位置，通过对磨粒的可控排布，使磨粒在磨削接触区内按需发挥磨削作用，这样不仅可以节省大量超硬磨料，还可以有效减少砂轮堵塞、降低磨削温度等，从而获得最佳的磨削性能。近年来，磨粒在砂轮表面的有序化排布成为人们研究的优化砂轮结构，提高磨削性能的热门问题。磨料的有序化排布是利用现代制造技术使得磨料在砂轮基体的表面排布实现规则化、序列化的排布方式。研究人员在尝试磨料优化排布方面做很多研究，即按照一定规则的排布方式使磨粒合理排布在基体的表面，主要分为两类：（1）磨粒按规则排列；（2）磨料族复合结构，此结构按线形或矩阵分布。当磨粒粒度比较大时（50/60以上）采用磨粒按规则排列的方式，目前比较成熟的技术有孔模板、筛网技术等；后者针对粒度较小的磨粒，主要采用的技术有微复制、掩膜板技术等。普通的磨料磨具已不能很好的适应现代先进制造技术的发展要求，为此新型工程砂轮的创新发展开始成为人们研究对象。常用的烧结砂轮上的磨粒随机分布在砂轮表面，磨粒之间容屑空间小，不利于切屑的排出磨削区，从而易引起砂轮堵塞，破坏工件磨削表面的质量或引起磨削区内温度的升高使工件烧伤。此外由于磨粒在砂轮表面上随机分布，致使普通砂轮不能采用较大的切深或缓进给条件下的磨削加工，限制砂轮了加工应用范围，从而使磨削加工的效率受到限制。因此将磨粒进行规则的科学合理的排布，对促进工程砂轮的发展，扩大砂轮磨削加工的范围，提高砂轮的性能，适应现代先进制造及超精密等方面有极大的科学意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有砂轮上的磨粒随机分布在砂轮表面，磨粒之间容屑空间小，不利于切屑的排出磨削区，从而易引起砂轮堵塞的问题，提供了一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）将立方碳化硅、立方氮化硼加入硝酸中，置于超声分散机内，在60～80℃的水浴条件下超声震荡40～60min，得悬浮液；（2）将悬浮液过滤，取滤渣，用去离子水洗至中性，再置于60～80℃的烘箱中干燥2～4h，得预处理磨料；（3）取一片预处理砂轮基体和两片阵列孔排版陶瓷粘结掩模板，将阵列孔排版陶瓷粘结板置于预处理砂轮基体上对齐，将预处理磨料倒至阵列孔排版陶瓷粘结板上，用刀片将多余的预处理磨料刮出，再放置一层阵列孔排版陶瓷粘结板，倒入预处理磨料，用刀片刮平，置于液压机中以30～40MPa的压力压制1～2min，再置于热压烧结炉中烧结4～6min，随炉冷却至室温，得磨粒复层阵列排布超硬砂轮。所述的立方碳化硅、立方氮化硼、硝酸的重量份为40～60份立方碳化硅、20～30份立方氮化硼、160～240份质量浓度1%的硝酸。步骤（1）所述的超声震荡的功率为400～500W。步骤（3）所述的烧结条件为压力100～200MPa、温度800～1000℃。步骤（3）所述的阵列孔排版陶瓷粘结板的具体制备步骤为：（1）将二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化锂、氧化锌置于搅拌机中，常温下以200～250r/min转速搅拌20～30min，得混合氧化物；（2）将混合氧化物置于球磨机内，加入直径40～60mm的刚玉球，常温下以40～60r/min转速球磨1～2h，得混合氧化物粉末；（3）将混合氧化物粉末置于微波烧结炉内，以40℃/min的速率从常温升至1200～1400℃，保温熔炼2～4h，得熔融料；（4）将熔融料迅速倒入模具内，用阵列针板插入模具内的熔融料上，将模具置于冷水中淬冷2～4min，取出，得阵列孔排版陶瓷粘结板。所述的二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化锂、氧化锌的重量份为30～40份二氧化硅、20～30份氧化铝、10～20份氧化硼、4～5份氧化钠、10～20份氧化锂、4～5份氧化锌。步骤（4）所述的模具的规格为高度1～2mm、直径100～120mm。步骤（3）所述的预处理砂轮基体的具体制备步骤为：（1）将碳酸钠、无水乙醇加入去离子水中，常温下以200～240r/min转速搅拌10～12min，得碱性清洗液；（2）取一片硬铝合金，将其置于碱性清洗液中，置于超声波清洗机内，在30～40℃的水浴条件下以300～400W的功率超声清洗10～15min，再置于60～80℃的烘箱中干燥1～2h，得预处理砂轮基体。所述的碳酸钠、无水乙醇、去离子水的重量份为10～20份碳酸钠、20～40份无水乙醇、80～160份去离子水。步骤（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：/n（1）将立方碳化硅、立方氮化硼加入硝酸中，置于超声分散机内，在60～80℃的水浴条件下超声震荡40～60min，得悬浮液；/n（2）将悬浮液过滤，取滤渣，用去离子水洗至中性，再置于60～80℃的烘箱中干燥2～4h，得预处理磨料；/n（3）取一片预处理砂轮基体和两片阵列孔排版陶瓷粘结掩模板，将阵列孔排版陶瓷粘结板置于预处理砂轮基体上对齐，将预处理磨料倒至阵列孔排版陶瓷粘结板上，用刀片将多余的预处理磨料刮出，再放置一层阵列孔排版陶瓷粘结板，倒入预处理磨料，用刀片刮平，置于液压机中以30～40MPa的压力压制1～2min，再置于热压烧结炉中烧结4～6min，随炉冷却至室温，得磨粒复层阵列排布超硬砂轮。/n

【技术特征摘要】
1.一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）将立方碳化硅、立方氮化硼加入硝酸中，置于超声分散机内，在60～80℃的水浴条件下超声震荡40～60min，得悬浮液；
（2）将悬浮液过滤，取滤渣，用去离子水洗至中性，再置于60～80℃的烘箱中干燥2～4h，得预处理磨料；
（3）取一片预处理砂轮基体和两片阵列孔排版陶瓷粘结掩模板，将阵列孔排版陶瓷粘结板置于预处理砂轮基体上对齐，将预处理磨料倒至阵列孔排版陶瓷粘结板上，用刀片将多余的预处理磨料刮出，再放置一层阵列孔排版陶瓷粘结板，倒入预处理磨料，用刀片刮平，置于液压机中以30～40MPa的压力压制1～2min，再置于热压烧结炉中烧结4～6min，随炉冷却至室温，得磨粒复层阵列排布超硬砂轮。


2.根据权利要求1所述的一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，其特征在于，所述的立方碳化硅、立方氮化硼、硝酸的重量份为40～60份立方碳化硅、20～30份立方氮化硼、160～240份质量浓度1%的硝酸。


3.根据权利要求1所述的一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的超声震荡的功率为400～500W。


4.根据权利要求1所述的一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的烧结条件为压力100～200MPa、温度800～1000℃。


5.根据权利要求1所述的一种磨粒复层阵列排布超硬砂轮的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的阵列孔排版陶瓷粘结板的具体制备步骤为：
（1）将二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化锂、氧化锌置于搅拌机中，常温下以200～250r/min转速搅拌20～30min，得混合氧化物；
（2）将混合氧化物置于球磨机内，加入直径40～60mm的刚玉球，常温...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵陆军，
申请(专利权)人：赵陆军，
类型：发明
国别省市：贵州;52