本发明涉及金刚石工具的
技术领域：
，更具体地说，本发明涉及一种硬质磨轮及其制备方法。
背景技术：
：金刚石磨轮主要用于大理石、花岗岩、水泥混凝土等材料的平面磨削加工处理，主要起到磨削边角和表面作用。金刚石磨轮通常采用安装孔结构，易于装卸，具有加工平整度好、磨削效率高等特点，且能够适用于多种磨削设备。金刚石磨轮通常通过整体热压烧结成型，其工艺特点是将金属结合剂与金刚石磨粒直接烧结在钢基体上。由于钢基体与金属结合剂以及金刚石磨粒的线膨胀系数存在较大差异，烧结后会产生热应力，从而使得金刚石刀头与钢基体之间的结合强度较低，容易导致剪切分离使得刀头发生非正常的破坏。为此，在现有技术中通过在金刚石刀头与基体之间设置一层不包含金刚石磨粒的基底层来提高二者之间的结合强度，基底层通常也由金属结合剂构成，但其结合强度仍然较低。另外，现有技术还可以通过钎焊工艺来将金刚石刀头与基体结合，但对于多刀头的金刚石磨轮的制备而言，钎焊操作工艺复杂，耗时较长。技术实现要素：为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种与钢基体结合强度高的硬质磨轮及其制备方法。为了实现上述发明目的，本发明的第一方面采用了以下技术方案：一种硬质磨轮，其包括环状基体，特征在于所述环状基体上通过冷喷涂形成有打底磨料层，所述打底层上通过热压烧结形成磨料工作层。其中，所述打底磨料层的厚度为20μm～200μm，优选为20～100μm。其中，所述打底磨料层由金属结合剂组成。其中，所述磨料工作层由金属结合剂和硬质磨料组成。其中，所述打底磨料层和磨料工作层中采用的金属结合剂相同。其中，所述打底磨料层和磨料工作层中采用的金属结合剂不同。本发明的第二方面，还涉及一种硬质磨轮的制备方法，其包括环状基体，特征在于：首先在所述环状基体上通过冷喷涂形成有打底磨料层，然后在所述打底磨料层上通过热压烧结形成磨料工作层。其中，所述打底磨料层由金属结合剂组成。其中，所述磨料工作层由金属结合剂和硬质磨料组成。其中，所述打底磨料层和磨料工作层中采用的金属结合剂相同。与最接近的现有技术相比，本发明所述的制备硬质磨轮具有以下有益效果：本发明的硬质磨轮通过引入冷喷涂工艺能够保证基体与磨料工作层与钎焊结合相当甚至更高的结合强度，从而使得本发明的硬质磨轮能够适用于高速磨削的环境。而且冷喷涂形成的磨料打底层同样能够发挥磨削作用，减少了金属结合剂的浪费。具体实施方式以下将结合具体实施例对本发明所述的硬质磨轮及其制备方法做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。本发明涉及一种硬质磨轮，其包括环状基体，所述环状基体上通过冷喷涂形成有打底磨料层，打底磨料层上通过热压烧结形成磨料工作层，所述打底磨料层的厚度为100～2000μm，优选为200～1000μm。所述打底磨料层由金属结合剂组成，磨料工作层由金属结合剂和硬质磨料组成。在本发明中，所述打底磨料层和磨料工作层中采用的金属结合剂不同，例如打底磨料层可以采用与基底具有更好结合强度的金属结合剂，而磨料工作层的金属结合剂主要考虑与硬质磨料的匹配性，例如能对硬质磨料具有良好的把持力并且具有所述硬质磨料的损耗相当。当然，由于冷喷涂工艺能够通过压缩空气加速金属结合剂到临界速度(超音速)使得金属粒子直击到基体表面后发生物理形变，金属粒子撞扁在基体表面并牢固附着，而且随后在磨料工作层热压烧结时消除了变形应力进一步提高了粘附性，从而能够大大提高磨料工作层与基体之间的结合强度。因此，在本发明中，打底磨料层采用的金属结合剂与磨料工作层的金属结合剂的组成相同，也能保证磨料工作层与基体具有与钎焊结合相当甚至更高的结合强度。所述金属结合剂为铜基金属结合剂或铁基金属结合剂，并且其中可添加有co、ni、sn、zn、si、b、ti或re(稀土)。作为示例性地，所述金属结合剂例如可以选择fam1021合金粉(例如含有18.2wt％的ni，2.0wt％的co和余量的fe的电解合金粉)、lfp合金粉(例如含15.0wt％的cu，3.8wt％的sn，12.0wt％的ni，1.8wt％的co和余量的fe的电解粉)、铜基金属结合剂等。所述硬质磨料包括金刚石、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物或氧氮化物，例如作为优选地，可以选择金刚石、氮化硼、碳化硅、氮化硅、二氧化硅、碳化钛、氮化钛、二氧化钛等。其中，最优选人造金刚石和/或氮化硼，并且它们的粒径通常在100～500μm的范围。实施例1本实施例涉及一种硬质磨轮的制备。制造包括以下工序：基体加工-配料-混料-冷喷涂-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。1)配料、混料：以重量百分比表示，82％的fam1021合金粉，8％锡粉，和10％铜粉；混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到混合料1。以重量百分比表示，82％的fam1021合金粉，8％锡粉，和10％铜粉，按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟得到混合料2。2)冷喷涂：基体为45号钢，采用n2作为工作气体，喷涂粉末为混合料1，气体温度为120℃，气体压力为2.5mpa，送粉速率50g/min，喷距20mm，初始速度1500m/s，厚度为50μm。3)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放混合料2-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型。4)热压烧结：将冷压的毛坯，组装在石墨模具中，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20mpa，烧结温度为840℃。5)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。6)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。实施例2本实施例涉及一种硬质磨轮的制备。制造包括以下工序：基体加工-配料-混料-冷喷涂-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。1)配料、混料：以重量百分比表示，82％的lfp合金粉，8％锡粉，和10％铜粉；混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到混合料1。以重量百分比表示，82％的lfp合金粉，8％锡粉，和10％铜粉，按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟得到混合料2。2)冷喷涂：基体为45号钢，采用n2作为工作气体，喷涂粉末为混合料1，气体温度为120℃，气体压力为2.5mpa，送粉速率50g/min，喷距20mm，初始速度1500m/s，厚度为50μm。3)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放混合料2-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型。4)热压烧结：将冷压的毛坯，组装在石墨模具中，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20mpa，烧结温度为840℃。5)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。6)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。实施例3本实施例涉及一种硬质磨轮的制备。制造包括以下工序：基体加工-配料-混料-冷喷涂-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。1)配料、混料：以重量百分比表示，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到混合料1。以重量百分比表示，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉，按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟得到混合料2。2)冷喷涂：基体为45号钢，采用n2作为工作气体，喷涂粉末为混合料1，气体温度为120℃，气体压力为2.5mpa，送粉速率50g/min，喷距20mm，初始速度1500m/s，厚度为50μm。3)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放混合料2-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型。4)热压烧结：将冷压的毛坯，组装在石墨模具中，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20mpa，烧结温度为840℃。5)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。6)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。对比例1本对比例涉及一种硬质磨轮的制备。制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-二次装粉冷压-烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。1)配料、混料：以重量百分比表示，82％的fam1021合金粉，8％锡粉，和10％铜粉；混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到混合料1。以重量百分比表示，82％的fam1021合金粉，8％锡粉，和10％铜粉，按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟得到混合料2。2)调整好工装模具，先投放钢基体-投放混合料1-将粉料刮均匀-上压机半成型-卸上压头-再投放混合料2到冷压成型钢模中加压成型，基体是45号钢。3)热压烧结：将冷压的毛坯，组装在石墨模具中，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20mpa，烧结温度为840℃。4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。对比例2本对比例涉及一种硬质磨轮的制备。制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-二次装粉冷压-烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。1)配料、混料：以重量百分比表示，82％的lfp合金粉，8％锡粉，和10％铜粉；混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到混合料1。以重量百分比表示，82％的lfp合金粉，8％锡粉，和10％铜粉，按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟得到混合料2。2)调整好工装模具，先投放钢基体-投放混合料1-将粉料刮均匀-上压机半成型-卸上压头-再投放混合料2到冷压成型钢模中加压成型，基体是45号钢。3)热压烧结：将冷压的毛坯，组装在石墨模具中，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20mpa，烧结温度为840℃。4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。对比例3本对比例涉及一种硬质磨轮的制备。制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-二次装粉冷压-烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。1)配料、混料：以重量百分比表示，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到混合料1。以重量百分比表示，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉，按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟得到混合料2。2)调整好工装模具，先投放钢基体-投放混合料1-将粉料刮均匀-上压机半成型-卸上压头-再投放混合料2到冷压成型钢模中加压成型，基体是45号钢。3)热压烧结：将冷压的毛坯，组装在石墨模具中，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20mpa，烧结温度为840℃。4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。对实施例1～3以及对比例1～3测试磨料工作层与45号钢基体之间的抗拉强度(10个试样取平均值)，结果如表1所示。表1抗拉强度(mpa)实施例1293实施例2285实施例3296对比例1164对比例2158对比例3189实施例1～3的抗拉强度值高于采用普通的铜焊片230～260mpa的抗拉强度范围。对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。当前第1页12