高精密金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及金屬結合劑金剛石砂輪片，具體說是高精密金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，包括制備二氧化鈦和氧化鋁溶膠；清洗金剛石顆粒；將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠和氧化鋁溶膠中，靜置后撈出，并加熱烘干后冷卻；然后置于馬弗爐爐內進行熱處理；將金剛石磨料、鎳鉻合金粉、碳化硅粉和碳酸氫鈉粉混合球磨；然后將混合球磨后的物料篩分，再烘干、燒結、卸模，得到金屬結合劑金剛石砂輪片。本發明將金剛石浸泡溶膠中，從而在金剛石顆粒表面涂覆二氧化鈦和氧化鋁復合薄膜，大大改善了金剛石的性能；本發明采用鎳鉻合金為結合劑，碳化硅為填料，輔以碳酸氫鈉，制備的金剛石砂輪片與同類的工藝相比質量較好，有利于工業化生產。
【專利說明】
高精密金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝
技術領域
[0001]本發明涉及金屬結合劑金剛石砂輪片，具體說是金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著科技的進步，人們對生產工具的要求向著高效率、高壽命高、高經濟性的方向發展，在很多領域普通材料的工具已經不能滿足勞動者日益提高的要求，所以以金剛石為代表的金剛石磨削工具發展迅速，其應用已經滲透到機械加工、汽車制造、航空航天、生物、醫療器具、電子信息、建筑、交通、地質采礦等領域。
[0003]目前，絕大部分人工合成的金剛石都為粉末狀或細小的顆粒狀，為了利用金剛石進行高精度，高效率磨削加工，通常采用結合劑將金剛石磨粒粘結起來并制成具有一定強度和形狀的模具，以便于安裝在各種磨床上進行磨削加工。與其他磨料如剛玉、碳化硅相比，用金剛石模具進行磨削時，其具有磨削效率高、使用壽命長、磨削力小，磨削溫度低、磨削精度高等優點。但，現有的以金屬材料為結合劑制備金剛石砂輪磨料的工藝過程較為復雜、生產成本高，不便工業生產中大量應用。
【發明內容】
[0004]針對上述技術問題，本發明提供一種工藝較為簡單的高精密金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝。
[0005]本發明采用的技術方案為:高精密金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其包括以下步驟:
(I)制備二氧化鈦溶膠和氧化鋁溶膠;清洗金剛石顆粒；
(3)將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出；并加熱烘干后冷卻;再將冷卻后的金剛石置于氧化鋁溶膠中浸泡，接著烘干冷卻；
(4)然后置于馬弗爐爐內進行熱處理，得到表面涂覆有二氧化鈦和氧化鋁復合薄膜的金剛石磨料；
(4)將金剛石磨料、鎳鉻合金粉、碳化硅粉和碳酸氫鈉粉混合球磨;然后將混合球磨后的物料篩分，得到混合料；
(5)再將混合料置于模具中進行烘干；
(6)然后置于爐內進行燒結，待冷卻后卸模，得到金屬結合劑金剛石砂輪片。
[0006]作為優選，在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續攪拌，然后室溫陳化，得到二氧化鈦溶膠。
[0007]作為優選，所述二氧化鈦溶膠中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質的量之比為1:1:1:(25—28)。
[0008]作為優選，將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流1h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠。
[0009]作為優選，所述異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質的量之比為:1:0.2:90。
[0010]作為優選，清洗金剛石顆粒時，將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥;金剛石顆粒用鹽酸溶液浸泡后用去離子水沖洗至沖洗液的pH值為7。
[0011]作為優選，金剛石顆粒浸泡于二氧化鈦溶膠中靜置撈出后，再置于70—90°C的烘箱中干燥4 一 6min，然后冷卻;并重復上述步驟2—3次。
[0012]作為優選，熱處理時，先將馬弗爐升溫至90—100 0C后保溫20—30min，然后以4一 7°C/min的升溫速率升溫至600—800°C，并保溫50—60min后隨爐冷卻。
[00?3 ]作為優選，混合料中金剛石磨料占70—80wt%，鎳絡合金占15—25wt%，碳化娃粉占3一8wt%，碳酸氣納粉占I一3wt%。
[0014]作為優選，所述模具采用石墨模具;烘干以80°C的溫度烘干5—1min;燒結在真空下進行，燒結時先以4 一 7°C/min的升溫速率升溫至950—1100°C，然后保溫30—50min，最后隨爐冷卻。
[0015]作為優選，所述鎳鉻合金粉中鉻的含量為30—40wt%。
[0016]從以上技術方案可知，本發明將在金剛石表面涂覆二氧化鈦與氧化鋁復合薄膜，該善了金剛石的親水性以及燒結過程中結合劑對金剛石的潤濕性，有效增強金剛石磨料的抗熱氧化性，可提高燒結后結合劑與金剛石磨料之間的結合力，從而大大改善了金剛石的性能，提高了其強度，可以作為超硬金剛石砂輪的磨料，適合磨削超硬材料;本發明采用鎳鉻合金為結合劑，碳化硅為填料，輔以碳酸氫鈉，并在真空條件制備金屬結合劑金剛石砂輪片，其工藝流程較短，設備成本低，且制備的金剛石砂輪片與同類的工藝相比質量較好，有利于工業化生產。
【具體實施方式】
[0017]下面將詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0018]高精密金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其包括以下步驟:
(I)制備二氧化鈦溶膠；制備二氧化鈦溶膠時，先在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續攪拌，然后室溫陳化，得到二氧化鈦溶膠;在二氧化鈦溶膠中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質的量之比為1:1:1: (25—28)。本發明采用鈦酸丁酯為有機前驅體，以乙醇為有機溶劑，通過醇解、水解和縮聚反應制得二氧化鈦溶膠。
[0019](2)制備氧化鋁溶膠;將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流10h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠，其中異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質的量之比為:1:
0.2:90。加入硝酸，可使氫離子吸附在聚沉的溶膠粒子表面，從而得到穩定的體系;靜置使得溶膠膠粒的分散于聚集盡快達到相對穩定的平衡狀態，從而使膠體具有單一的粒度分布。
[0020](3)清洗金剛石顆粒;清洗金剛石顆粒時，將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗至沖洗液的PH值為7，并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥，可避免涂膜時引入雜質，降低金剛石的性能。
[0021](4)將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出，并加熱烘干后冷卻;金剛石顆粒浸泡于二氧化鈦溶膠中靜置撈出后，再置于70—90°C的烘箱中干燥4 一6min，然后冷卻;并重復上述步驟2—3次，使得涂膜的質量更好，涂層均勻;接著將涂覆有二氧化鈦的金剛石置于氧化鋁溶膠中浸泡，撈出再置于70—90°C的烘箱中干燥4 一 6min，然后冷卻;并重復上述步驟2—3次。金剛石浸泡在溶膠后，其表面會形成一層溶膠薄膜，溶膠薄膜在后繼的干燥和熱處理過程中會在金剛石表面產生進一步縮聚，形成三維網絡結構的凝膠薄膜。由于溶膠凝膠成膜的厚度較薄，因此需要多次成膜，提高金剛石磨料的性能。
[0022](5)然后置于馬弗爐爐內進行熱處理，得到表面涂覆有二氧化鈦與氧化鋁復合薄膜的金剛石磨料；熱處理時，先將馬弗爐升溫至90—100°C后保溫20—30min，然后以4一7°C/min的升溫速率升溫至600—800°C，并保溫50—60min后隨爐冷卻。經過熱處理后，薄膜致密度較高，附著力較強。
[0023](6)將金剛石磨料、鎳鉻合金粉、碳化硅粉和碳酸氫鈉粉混合球磨，使物料混合均勻，且達到符合要求的粒度;本發明中鎳鉻合金作為結合劑，使金剛石磨粒粘結起來，提高金剛石磨料的把持力；碳化硅作為輔助磨料，可減輕砂輪堵塞，有利于金剛石砂輪的自銳性，從而改善砂輪性能和節約成本;碳酸氫鈉在加工工程中由于加熱而發生分解，產生二氧化碳氣體，該氣體在砂輪內部無法逸出，形成氣孔，氣孔可容納磨削過程中產生的碎肩，從而提高磨削效率。
[0024](7)物料混合球磨后，采用300目篩子進行分篩，去除較大的顆粒，保證制備砂輪的質量，在混合料中應保證金剛石磨料占70—80wt%，鎳鉻合金粉占15—25wt%，其中鉻的含量為30—40wt%，碳化硅粉占3—8wt%，碳酸氫鈉粉占I一3wt%，這樣才能制備較高質量的砂輪片;得到混合料后，將其置于石墨模具中以80°C的溫度烘干5—lOmin，保證混合料的質量成分；同時，由于石墨線膨脹系數小，耐熱沖擊性好，在高溫下模具的幾何尺寸穩定，易獲得較高精度的成型制品；且石墨是一種非金屬導電材料，具有低的摩擦系數，具有自潤滑效果，易于脫模。
[0025](8 )物料裝模烘干以后，置于爐內進行真空燒結，燒結時先以4 一7 V /min的升溫速率升溫至950—1100°C，然后保溫30—50min，再隨爐冷卻;待冷卻后卸模，得到高質量的金屬結合劑金剛石砂輪片。
[0026]實施例1
先在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續攪拌，然后室溫陳化lh，得到二氧化鈦溶膠，其中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質的量之比為1:1:1:25;與此同時將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流10h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠，其中異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質的量之比為:1: 0.2:90。同時將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗至沖洗液的PH值為7，并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥，接著將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出，再置于70°C的烘箱中干燥6min，然后冷卻;并重復上述步驟2次;接著將冷卻后涂覆有二氧化鈦的金剛石置于上述氧化鋁溶膠中浸泡，撈出再置于70°C的烘箱中干燥6min，然后冷卻；重復上述步驟3次，再置于馬弗爐爐內，并將馬弗爐升溫至90°C后保溫30min，然后以4°C/min的升溫速率升溫至600°C，并保溫60min后隨爐冷卻;接著將金剛石磨料、鎳鉻合金粉、碳化硅粉和碳酸氫鈉粉混合球磨，再采用300目篩子進行分篩，保證分篩的混合料中金剛石磨料占72wt%，鎳鉻合金粉占17wt%(鉻的含量為30wt%)，碳化硅粉占8wt%，碳酸氫鈉粉占3wt%;再將混合料置于石墨模具中以80 °C的溫度烘干5min，然后置于爐內進行真空燒結，燒結時先以4°C/min的升溫速率升溫至1100°C，然后保溫30min，再隨爐冷卻;待冷卻后卸模，得到金屬結合劑金剛石砂輪片。測試該砂輪片得到:抗彎強度為76.510^，硬度為56服;在11?=1000印111、1^=150印111、'\^=0.002111111/111；[11、純水磨削液的條件下，磨削比為52。
[0027]實施例2
先在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續攪拌，然后室溫陳化lh，得到二氧化鈦溶膠，其中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質的量之比為1:1:1:26.5;與此同時將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°(:攪拌回流10h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠，其中異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質的量之比為:1:0.2:90。同時將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗至沖洗液的PH值為7，并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥，接著將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出，再置于80°C的烘箱中干燥5min，然后冷卻;并重復上述步驟2次;接著將冷卻后涂覆有二氧化鈦的金剛石置于上述氧化鋁溶膠中浸泡，撈出再置于80°C的烘箱中干燥5min，然后冷卻；重復上述步驟2次，再置于馬弗爐爐內，并將馬弗爐升溫至95°C后保溫25min，然后以5°C/min的升溫速率升溫至700°C，并保溫55min后隨爐冷卻;接著將金剛石磨料、鎳鉻合金粉、碳化硅粉和碳酸氫鈉粉混合球磨，再采用300目篩子進行分篩，保證分篩的混合料中金剛石磨料占70wt%，鎳鉻合金粉占25wt%(鉻的含量為35wt%)，碳化硅粉占4wt%，碳酸氫鈉粉占1界七％;再將混合料置于石墨模具中以80°C的溫度烘干8min，然后置于爐內進行真空燒結，燒結時先以5°C/min的升溫速率升溫至1100°C，然后保溫40min，再隨爐冷卻;待冷卻后卸模，得到金屬結合劑金剛石砂輪片。測試該砂輪片得到:抗彎強度為89.810^，硬度為73服;在11?=1000印111、1^=150印111、'\^=0.002111111/111；[11、純水磨削液的條件下，磨削比為65。
[0028]實施例3
先在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續攪拌，然后室溫陳化lh，得到二氧化鈦溶膠，其中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質的量之比為1:1:1:28;與此同時將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流10h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠，其中異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質的量之比為:1: 0.2:90。同時將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗至沖洗液的PH值為7，并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥，接著將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出，再置于90°C的烘箱中干燥4min，然后冷卻;并重復上述步驟3次;接著將冷卻后涂覆有二氧化鈦的金剛石置于上述氧化鋁溶膠中浸泡，撈出再置于90°C的烘箱中干燥4min，然后冷卻；重復上述步驟2次，再置于馬弗爐爐內，并將馬弗爐升溫至100°C后保溫20min，然后以7°C/min的升溫速率升溫至800°C，并保溫50min后隨爐冷卻;接著將金剛石磨料、鎳鉻合金粉、碳化硅粉和碳酸氫鈉粉混合球磨，再采用300目篩子進行分篩，保證分篩的混合料中金剛石磨料占80wt%，鎳鉻合金粉占15wt%(鉻的含量為40wt%)，碳化硅粉占3wt%，碳酸氫鈉粉占2wt%;再將混合料置于石墨模具中以80 °C的溫度烘干lOmin，然后置于爐內進行真空燒結，燒結時先以7°C/min的升溫速率升溫至1000°C，然后保溫50min，再隨爐冷卻;待冷卻后卸模，得到金屬結合劑金剛石砂輪片。測試該砂輪片得到:抗彎強度為75.610^，硬度為56服;在11?=1000印111、1^=150印111、'\^=0.002mm/min、純水磨削液的條件下，磨削比為54。
[0029]以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在【具體實施方式】以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1.高精密金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其包括以下步驟: (I)制備二氧化鈦溶膠和氧化鋁溶膠;清洗金剛石顆粒； (3)將清洗后的金剛石顆粒浸泡于上述二氧化鈦溶膠中，靜置后撈出；并加熱烘干后冷卻;再將冷卻后的金剛石置于氧化鋁溶膠中浸泡，接著烘干冷卻； (4)然后置于馬弗爐爐內進行熱處理，得到表面涂覆有二氧化鈦和氧化鋁復合薄膜的金剛石磨料； (4)將金剛石磨料、鎳鉻合金粉、碳化硅粉和碳酸氫鈉粉混合球磨；然后將混合球磨后的物料篩分，得到混合料； (5 )再將混合料置于模具中進行烘干； (6)然后置于爐內進行燒結，待冷卻后卸模，得到金屬結合劑金剛石砂輪片。2.根據權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:在攪拌下將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，接著加入二乙醇胺，待溶液混合均勻后，再滴加乙醇水溶液，繼續攪拌，然后室溫陳化，得到二氧化鈦溶膠。3.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:所述二氧化鈦溶膠中鈦酸丁酯、水、二乙醇胺、乙醇的物質的量之比為1:1:1:(25—28)。4.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:將異丙醇鋁、硝酸、去離子水混合均勻，90°C攪拌回流10h，然后靜置24h，過濾得到氧化鋁溶膠;所述異丙醇鋁、硝酸、去離子水的物質的量之比為:1:0.2:90。5.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:清洗金剛石顆粒時，將金剛石顆粒先用鹽酸溶液浸泡，再用去離子水沖洗并烘干，然后用丙酮超聲清洗，接著用去離子水沖洗后干燥;金剛石顆粒用鹽酸溶液浸泡后用去離子水沖洗至沖洗液的PH值為7。6.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:金剛石顆粒浸泡于二氧化鈦溶膠中靜置撈出后，再置于70—90°C的烘箱中干燥4 一 6min，然后冷卻;并重復上述步驟2—3次。7.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:熱處理時，先將馬弗爐升溫至90—100°C后保溫20—30min，然后以4 一 7°C/min的升溫速率升溫至600—8000C，并保溫50—60min后隨爐冷卻。8.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:混合料中金剛石磨料占7 O一80wt%，鎳絡合金占15一25wt%，碳化娃粉占3—8wt%，碳酸氫鈉粉占I 一3wt%。9.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:所述模具采用石墨模具;烘干以80 °C的溫度烘干5—1min;燒結在真空下進行，燒結時先以4 一 7°C/min的升溫速率升溫至950—11000C，然后保溫30—50min，最后隨爐冷卻。10.如權利要求1所述金屬結合劑金剛石砂輪片的制備工藝，其特征在于:所述鎳絡合金粉中鉻的含量為30—40wt%。
【文檔編號】B24D18/00GK105856086SQ201610253165
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】黎超英, 吳沛榮
【申請人】柳州凱通新材料科技有限公司