一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂cbn砂轮的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550、40-44%去离子水、26-30%CBN磨料、4-6%硼玻璃粉、4-6%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉、10-18%球形氧化铁粉和4%玉米淀粉搅拌混合后，再水浴加热并搅拌得到陶瓷浆料，然后通过制备陶瓷浆料、制备成型料、砂轮成型、烧结和去除造孔剂制备高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。本发明所得砂轮的孔隙率可高达60%以上，孔形状为规则球形，孔径大小可调，成品率可达99%以上，可用于对金属零件进行低应力高光洁度磨削加工。
【专利说明】一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及砂轮制备【技术领域】，尤其涉及一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮具有磨削效率高，磨削力小，尺寸保持性好，磨削精度高，修整容易，使用寿命长等优点，广泛应用于铸铁、模具钢、高速钢、高合金钢、轴承钢、硬质合金、钛合金等难加工金属材料的成型磨削和精密磨削。随着科技的发展，对金属零部件表面质量的要求越来越高，磨削制造业中需要大量的粒度在5Mm以下的超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮对零件进行抛光和低应力磨削。因为应用超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削领域，工件磨削加工量都比较小，重点强调工件的表面光洁度和残余应力，所以大部分该类砂轮的体积孔隙率都要求在50%以上，通过高孔隙率提高砂轮的锋利度和自锐性，同时在砂轮气孔中渗入硬脂酸或者硫磺等润滑物质，以提高加工工件的表面光洁度。目前，高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法都是将陶瓷结合剂、CBN磨料、造孔剂干法混合均匀后，无压烧结。目前常用的造孔剂材料有精萘、核桃壳粉、塑料小球、糊精粉等，在烧结过程中，造孔剂炭化和氧化在砂轮中留下气孔。但是一方面，该类砂轮磨料粒度很细，表面积大，烧结前砂轮素坯强度很低，而造孔剂炭化和氧化温度低于烧结温度，在砂轮素坯还未烧结前，砂轮组织中会产生大量的气体，集聚一定的应力，造成砂轮开裂，砂轮成品率很低。另一方面，为了防止砂轮开裂，砂轮配方中造孔剂的加入量不能太多，因此很难制备出体积孔隙率高于60%的超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮，同时气孔的形状也极为不规则，影响了砂轮磨削性能的提高。
【发明内容】
[0003]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，所得CBN砂轮的孔隙率可高达60%以上，孔形状为规则球形，孔径大小可调，成品率可达99%以上，可用于对金属零件进行低应力高光洁度磨削加工。
[0004]本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤:
51、制备陶瓷浆料:按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和40-44%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入26-30%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌0.5-lh,再加入4-6%硼玻璃粉、4-6%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和10_18%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌1.5-2.5h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80°C ；
52、制备成型料:将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120°C，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，力口入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎0.5-lh，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；
53、砂轮成型:将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为50-70MPa，保压lmin，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70°C烘箱中干燥12小时；
54、烧结:将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以3-5°C/min的升温速度升温至400-500 V，保温l_2h，再以2_4 V /min的升温速度升温至700-750°C，保温1.5-2h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至150°C以下时打开炉门继续冷却，当温度降至70°C以下时取出得到CBN砂轮坯体；
55、去除造孔剂:将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为lmol/L的盐酸溶液中，CBN砂轮A和盐酸的体积比为1:30，浸泡时间为lh，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。
[0005]优选的，SI中，CBN磨料的粒径为0.5-5 μ m,硼玻璃粉的粒径小于5 μ m,无碱玻璃粉的粒径小于5 μ m,锂辉石粉的粒径小于5 μ m,玉米淀粉的粒径小于10 μ m,球形氧化铁粉的粒径为5-50 μ m。
[0006]优选的，S4中，将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以40C /min的升温速度升温至450°C，保温1.5h，再以3°C /min的升温速度升温至730°C，保温1.7h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至130°C时打开炉门继续冷却，当温度降至60°C时取出得到CBN砂轮坯体。
[0007]本发明原料中的玉米淀粉在80°C水浴温度下与去离子水产生水化反应，陶瓷浆料粘度迅速增加，防止陶瓷浆料中各组分的沉降，获得高分散性陶瓷浆料；烧结后陶瓷结合剂中玻璃相熔化，在CBN磨料间形成有一定强度的结合剂桥，提高本发明中CBN磨料粘结强度；采用球形氧化铁粉为造孔剂，通过盐酸溶液浸溃烧结后的CBN砂轮坯体，氧化铁溶解于盐酸溶液中来实现制造规则圆形气孔的效果，在去除造孔剂造孔时，由于CBN砂轮坯体已完成烧结，CBN砂轮坯体强度高，能很好的解决现有技术中因造孔引起砂轮开裂的问题。本发明孔隙含量高于60%，气孔为规则圆形，利用本发明对金属零件进行表面加工，零件的表面磨削纹路非常细腻、规则。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所制得的CBN砂轮的显微照片。
[0009]图2为利用本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所得到的CBN砂轮来加工的零件表面磨削纹路。
【具体实施方式】
[0010]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0011]实施例1 本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤:
51、制备陶瓷浆料:按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和40%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入26%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌0.5h，再加入4%硼玻璃粉、5%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和18%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌1.5h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80°C，上述原料中CBN磨料的粒径为5 μ m，硼玻璃粉的粒径为4 μ m，无碱玻璃粉的粒径5 μ m,锂辉石粉的粒径为3 μ m,玉米淀粉的粒径为10 μ m,球形氧化铁粉的粒径为5 μ m ;
52、制备成型料:将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120°C，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，力口入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎lh，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；
53、砂轮成型:将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为50MPa，保压lmin，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70°C烘箱中干燥12小时；
54、烧结:将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以5°C/min的升温速度升温至400°C，保温2h，再以2V /min的升温速度升温至750°C，保温1.5h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至150°C时打开炉门继续冷却，当温度降至60°C时取出得到CBN砂轮坯体；
55、去除造孔剂:将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为lmol/L的盐酸溶液中，CBN砂轮和盐酸的体积比为1:30，浸泡时间为lh，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。
[0012]实施例2
本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤:
51、制备陶瓷浆料:按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和44%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入30%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌lh，再加入5%硼玻璃粉、4%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和10%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌2.5h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80°C，CBN磨料的粒径为0.5-5 μ m,硼玻璃粉的粒径小于5 μ m,无碱玻璃粉的粒径小于5 μ m,锂辉石粉的粒径小于5 μ m,玉米淀粉的粒径小于10 μ m,球形氧化铁粉的粒径为5-50 μ m ；
52、制备成型料:将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120°C，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，力口入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎lh，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；
53、砂轮成型:将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为70MPa，保压lmin，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70°C烘箱中干燥12小时；
54、烧结:将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以3°C/min的升温速度升温至500°C，保温lh，再以4°C /min的升温速度升温至700°C，保温2h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至140°C时打开炉门继续冷却，当温度降至70°C时取出得到CBN砂轮坯体；
55、去除造孔剂:将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为lmol/L的盐酸溶液中，CBN砂轮A和盐酸的体积比为1:30，浸泡时间为lh，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。
[0013]实施例3
本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤:
51、制备陶瓷浆料:按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和42%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入28%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌0.7h，再加入6%硼玻璃粉、6%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和11%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌2h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80°C，上述原料中CBN磨料的粒径为0.5 μ m，硼玻璃粉的粒径为5 μ m,无碱玻璃粉的粒径为4 μ m，锂辉石粉的粒径为5 μ m,玉米淀粉的粒径为7 μ m,球形氧化铁粉的粒径为50 μ m ;
52、制备成型料:将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120°C，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，力口入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎0.8h，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；
53、砂轮成型:将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为60MPa，保压lmin，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70°C烘箱中干燥12小时；
54、烧结:将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以4°C/min的升温速度升温至450°C，保温1.5h，再以3°C /min的升温速度升温至730°C，保温1.7h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至130°C时打开炉门继续冷却，当温度降至60°C时取出得到CBN砂轮坯体；
55、去除造孔剂:将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为lmol/L的盐酸溶液中，其中CBN砂轮A和盐酸的体积比为1:30，浸泡时间为lh，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。
[0014]本发明原料中的玉米淀粉与去离子水产生水化反应，陶瓷浆料粘度迅速增加，防止陶瓷浆料中各组分的沉降，获得高分散性陶瓷浆料；烧结后陶瓷结合剂中玻璃相熔化，在CBN磨料间形成有一定强度的结合剂桥，提高本发明中CBN磨料粘结强度；采用球形氧化铁粉为造孔剂，通过盐酸溶液浸溃烧结后的CBN砂轮坯体，氧化铁溶解于盐酸溶液中来实现制造规则圆形气孔的效果，如图1所示，图1为本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所制得的CBN砂轮的显微照片，在去除造孔剂造孔时，由于CBN砂轮坯体已完成烧结，CBN砂轮烧结体强度高，能很好的解决现有技术中因造孔引起砂轮开裂的问题。本发明孔隙含量高于60%，气孔为规则圆形，利用本发明对金属零件进行表面加工，如图2所示，图2为利用本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所得到的CBN砂轮来加工的零件表面磨削纹路，零件的表面磨削纹路非常细腻、规则。
[0015]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、制备陶瓷浆料:按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和40-44%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入26_30%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌0.5-lh，再加入4-6%硼玻璃粉、4-6%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和10_18%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌1.5-2.5h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80°C ； 52、制备成型料:将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120°C，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，力口入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎0.5-lh，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料； 53、砂轮成型:将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为50-70MPa，保压lmin，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70°C烘箱中干燥12小时； 54、烧结:将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以3-5°C/min的升温速度升温至400-500 V，保温l_2h，再以2_4 V /min的升温速度升温至700-750°C，保温1.5-2h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至150°C以下时打开炉门继续冷却，当温度降至70°C以下时取出得到CBN砂轮坯体； 55、去除造孔剂:将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为lmol/L的盐酸溶液中，CBN砂轮A和盐酸的体积比为1:30，浸泡时间为lh，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。
2.如权利要求1所述高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，其特征在于，SI中，CBN磨料的粒径为0.5-5 μ m，硼玻璃粉的粒径小于5 μ m，无碱玻璃粉的粒径小于5 μ m,锂辉石粉的粒径小于5 μ m,玉米淀粉的粒径小于10 μ m,球形氧化铁粉的粒径为5-50 μ m0
3.如权利要求1所述高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，其特征在于，S4中，将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以4°C /min的升温速度升温至450°C，保温1.5h，再以3°C /min的升温速度升温至730°C，保温1.7h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至130°C时打开炉门继续冷却，当温度降至60°C时取出得到CBN砂轮坯体。
【文档编号】B24D18/00GK103991041SQ201410254672
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】谢友, 刘小磐 申请人:长沙兴大磨料磨具有限公司