本发明属于磨削加工技术领域，具体涉及一种用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮及其制备方法。
背景技术：
航空发动机封严的密封特性对发动机性能具有极为重要的影响，尤其是气路密封，将直接影响发动机增压比和涡轮效率的提高。研究表明，当封严泄漏量减少1％，发动机推力将增加1％，耗油率将降低0.1％；对于战斗机发动机而言，在发动机转速和涡轮转子进口温度保持不变的情况下，高压涡轮封严泄漏量减少1％，则推力增加0.8％，耗油率降低0.5％。因此，减小压气机、涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术成为提高发动机性能的重要手。
目前，航空发动机常用的封严块材料为钴铬镍合金，其硬度约为hrc60，包含有约55％的钴、约24％的铬、约10％的镍以及其它金属元素。对于该钴铬镍合金封严块，其磨削加工的重点为内槽型面，每个面的加工余量为1mm，粗糙度要求ra≤0.8μm。
陶瓷微晶砂轮因在磨削加工过程中能够不断产生新的锋利的切削刃，自锐性好，且磨削效率高、修整周期长、使用寿命长，而被广泛用于航空航天用合金、淬火钢、工具钢、硬铬、硬铸铁等难磨削材料的磨削加工。但采用现有的陶瓷微晶砂轮在磨削加工钴铬镍合金时，存在着工件烧伤和砂轮型面保持性冲突的问题，也即，若采用硬度较高的陶瓷微晶砂轮，其磨削加工过程中易出现砂轮堵塞、工件烧伤问题；若采用硬度稍低的陶瓷微晶砂轮，虽避免了工件烧伤问题，但会出现砂轮边槽保持性较差、磨削效率低的问题。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的陶瓷微晶砂轮在对钴铬镍合金磨削加工时存在着工件烧伤和砂轮型面保持性冲突的缺陷，从而提出一种用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮，制备所述陶瓷微晶砂轮的原料包括：
所述第二陶瓷微晶磨料的粒径比所述第一陶瓷微晶的磨料粒径低2～4级；
按质量百分比，制备所述低温陶瓷结合剂的原料组成为：
所述添加剂为mno2。
优选地，该用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮，所述低温陶瓷结合剂的制备方法为：将原料于1200～1400℃下高温熔炼后经破碎干燥而成。
优选地，该用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮，所述低温陶瓷结合剂的粒径为200～400目，所述添加剂的粒径为200～400目。
进一步优选地，该用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮，所述第一陶瓷微晶磨料的粒径为46～120目，所述第二陶瓷微晶磨料的粒径为80～180目。
进一步优选地，该用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮，所述成孔剂为改性核桃壳，所述改性核桃壳的堆积密度为1.0～1.2g/cm3；
所述临时粘结剂为糊精粉，所述临时粘结剂的粒径为200～400目；
所述湿润剂为糊精液，所述糊精液的质量分数为30～40％。
本发明还提供上述用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)取配方量的所述第一陶瓷微晶磨料、所述第二陶瓷微晶磨料、所述低温陶瓷结合剂、所述添加剂、所述成孔剂、所述临时粘结剂、所述湿润剂，混合后过筛，作为坯料；
(2)预设所述陶瓷微晶砂轮成品的尺寸规格，并选择成型模具，其中，所述成型坯体厚度为所述陶瓷微晶砂轮成品厚度的两倍并留有余量，将步骤(1)得到的所述坯料放入所述成型模具，摊料，压制成型，形成坯体；
(3)将步骤(2)得到的所述坯体干燥，分阶段烧制，降温至室温，得到烧结体；
(4)将步骤(3)得到的所述烧结体开片、磨平，得到所述陶瓷微晶砂轮的成品，检验合格后包装入库。
优选地，该制备方法，步骤(2)中，所述摊料方式为转盘式压机摊料，转盘速度控制在30～50r/min。
优选地，该制备方法，步骤(2)中，所述坯体的成型密度为1.9～2.3g/cm3。
优选地，该制备方法，步骤(3)中，所述干燥温度为70～80℃，所述干燥时间为3～4天。
优选地，该制备方法，步骤(3)中，所述烧制过程为：从室温以1～2℃/min的速率升温至450℃并保温1～2h，然后以0.5～1℃/min的速率升温到800～900℃并保温3～4h，最后随炉冷却到室温。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮，其制备原料包括第一陶瓷微晶磨料、第二陶瓷微晶磨料、低温陶瓷结合剂、添加剂、成孔剂、临时粘结剂以及湿润剂。
陶瓷微晶磨料的每颗磨料中含有成千上万个微小结晶，能持续地露出新的锋利的切削刃，切削能力强，自锐性好。低温陶瓷结合剂对陶瓷微晶磨料起到粘结和把持作用，本发明以粗粒径的第一陶瓷微晶磨料作为主磨料、以细粒径的第二陶瓷微晶磨料作为辅助磨料，选用由原材料sio2、b2o3、al2o3、k2o、na2o、mgo、tio2按特定配比经高温熔炼制备而成的低温陶瓷结合剂，并与特定配比的添加剂(mno2)配合，克服了现有的陶瓷微晶砂轮在对钴铬镍合金磨削加工时存在着工件烧伤和砂轮型面保持性冲突的缺陷：第一，利用低温陶瓷结合剂各组分与陶瓷微晶磨料的物理化学反应，改善低温陶瓷结合剂对陶瓷微晶磨料的粘结强度和把持力度，有助于不同粒径的陶瓷微晶磨料持续产生新的锋利的切削刃，保持良好的自锐性，磨削加工质量和效率进一步得到提高；第二，加入特定配比的成孔剂，改善了该砂轮中气孔形状及分布情况，提高该砂轮的容屑、排屑及散热能力，从而避免工件烧伤；第三，加入特定配比添加剂，能够减少封严块中钴、铬、镍原子与陶瓷微晶磨料的亲和反应，减少磨屑与该砂轮磨削面的粘附现象，从而避免磨屑堵塞气孔，提高工件的表面质量；第四，添加剂与低温陶瓷结合剂协同，在提高砂轮强度并使砂轮保持性好基础上，有效解决砂轮磨削面的粘附问题，在磨削过程中磨削热少、磨削效率高、使用寿命长，且工件表面质量好，不存在烧伤问题。
2.本发明提供的用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的制备方法，将第一陶瓷微晶磨料、第二陶瓷微晶磨料、低温陶瓷结合剂、添加剂、成孔剂、临时粘结剂、湿润剂混合，过筛得到所需坯料；然后将该坯料压制成型并干燥、分段烧制、降温，得到陶瓷微晶砂轮。
结合全新的原料配方，采用上述全新的制备方法，通过低温陶瓷结合剂、添加剂和成孔剂协同作用，将不同粒径的陶瓷微晶磨料夹持住，并形成均匀的气孔，使之形成预设尺寸规格并具备高强度、自锐性好、抗粘附能力强的砂轮，克服了现有的陶瓷微晶砂轮在对钴铬镍合金磨削加工时存在着工件烧伤和砂轮型面保持性冲突的缺陷；而且，该制备方法简单易行，利于工业化生产。
3.本发明提供的用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的制备方法，通过以烧结体方式干燥、烧制，再将烧结体分片、磨平从而得到成品，保证了砂轮的公差尺寸，提高了砂轮的组织均匀性。
4.本发明提供的用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的制备方法，烧制温度和烧制时间不仅会影响陶瓷微晶磨料中的微小结晶的化学稳定性，还会影响低温陶瓷结合剂的网格结构，采用分阶段烧制，在不破坏陶瓷微晶磨料中微小结晶的前提下，促进添加剂与陶瓷微晶磨料的化学反应并与低温陶瓷结合剂形成更稳定的网格结构，改善其粘结强度，增强砂轮的机械强度，并改善砂轮的气孔分布情况，提高砂轮容屑、排屑及散热能力，从而避免工件烧伤。
具体实施方式
为了便于理解本发明的目的、技术方案和要点，下面将对本发明的实施方式作进一步详细描述。本发明可以多种不同的形式实施，而不应该被理解为仅限于在此阐述的实施例。相反，提供此实施例，使得本发明将是彻底的和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
本发明提供一种用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮，包括以下重量份的原料：第一陶瓷微晶磨料70～90份；第二陶瓷微晶磨料10～30重量份；低温陶瓷结合剂8～20份；添加剂0.3～0.8份；成孔剂1～6重量份；临时粘结剂1～4份；湿润剂1～5份。
磨料主要用于磨削钴铬镍合金封严块等难磨削构件；结合剂主要用于粘结并夹持固定磨料，决定着砂轮的强度、硬度、自锐性等主要性能；添加剂影响着结合剂对磨料的粘结、夹持性能；成孔剂用于改善砂轮气孔分布情况。
为使砂轮的型面保持性好，采用不同粒径的陶瓷微晶磨料，第一陶瓷微晶磨料粒径粗，作为主磨料；第二陶瓷微晶磨料粒径比第一陶瓷微晶磨料粒径低2～4级，作为辅助磨料。
在砂轮中，若低温陶瓷结合剂加入量较多，砂轮保持性好，但砂轮硬度较高，气孔易堵塞、磨削工件易烧伤；若低温陶瓷结合剂加入量较少，虽不会发生工件烧伤问题，但砂轮强度不够，磨削所需要的砂轮边槽保持性较差，且砂轮磨削效率低。若将低温陶瓷结合剂加入量调至适中，则工件烧伤和砂轮型面保持性也难以达到满意效果。
制备本发明的低温陶瓷结合剂的原料组成为(按质量百分比计)：sio240～60％；b2o38～15％；al2o310～25％；k2o3～10％；na2o3～10％；mgo1～5％；tio21～3％。
陶瓷微晶磨料的每颗磨料中含有成千上万个微小结晶，能持续地露出新的锋利的切削刃，切削能力强，自锐性好。低温陶瓷结合剂对陶瓷微晶磨料起到粘结和把持作用，本发明由原材料sio2、b2o3、al2o3、k2o、na2o、mgo、tio2按特定配比高温熔炼制备而成的低温陶瓷结合剂，并与特定配比的与添加剂(mno2)配合，克服了现有的陶瓷微晶砂轮在对钴铬镍合金磨削加工时存在着工件烧伤和砂轮型面保持性冲突的缺陷：第一，利用低温陶瓷结合剂各组分与陶瓷微晶磨料的物理化学反应，增强低温陶瓷结合剂对陶瓷微晶磨料的粘结强度和把持力度，有助于微晶陶瓷磨料持续产生新的锋利的切削刃，保持良好的自锐性，磨削加工质量和效率进一步得到提高；第二，加入特定配比的成孔剂，改善了该砂轮中气孔形状及分布情况，提高该砂轮容屑、排屑及散热能力，从而避免工件烧伤；第三，加入特定配比添加剂，能够减少钴铬镍合金中钴、铬、镍原子与陶瓷微晶磨料的亲和反应，减少磨屑与该砂轮磨削面的粘附现象，从而避免磨屑堵塞气孔，提高工件的表面质量；第四，添加剂与低温陶瓷结合剂协同，在提高砂轮强度并使砂轮保持性好基础上，有效解决砂轮磨削面的粘附问题，在磨削过程中磨削热少、磨削效率高、使用寿命长，且工件表面质量好，不存在烧伤问题。
在磨削过程中，为进一步减少钴铬镍合金中的原子与陶瓷微晶磨料的亲和反应，添加剂选用mno2，粒径200～400目，以减少磨屑与砂轮的粘附现象，避免砂轮气孔堵塞，提高工件表面质量。
为了不破坏陶瓷微晶磨料的晶体结构，充分发挥其磨削优势，低温陶瓷结合剂由上述部分氧化物以及包含部分上述氧化物的化合物或矿物原料经高温熔炼、破碎、干燥而成，其熔炼温度应控制在1200～1400℃，从而获得韧性较优、与磨料润湿性好、粘结强度高的低温陶瓷结合剂，低温陶瓷结合剂粒径为200～400目。
为改善砂轮的磨削加工效果，陶瓷微晶磨料应具有较小的晶体尺寸、自锐性和耐高温性，优选地，第一陶瓷微晶磨料的粒径为46～120目，第二陶瓷微晶磨料的粒径为80～180目。
为了更好地解决磨削气孔堵塞问题，本发明采用了疏松组织，即加入成孔剂改性核桃壳，该改性核桃壳由核桃壳经过酯化脱氢合成悬浮聚合而成的新型材料，其堆积密度为1.0～1.2g/cm3，而传统的成孔剂核桃壳堆积密度约为0.8g/cm3，高的堆积密度有利于混料的均匀性和成型压制时气孔的均匀分布，在磨削时气孔能够排屑排热，很好的防止了烧伤和堵塞。
为保持砂轮坯体的预设尺寸规格以及进一步改善砂轮的磨料之间的粘结效果，优选临时粘结剂为糊精粉，粒径为200～400目，并配合湿润剂如糊精液，能够起到将陶瓷微晶磨料临时粘结作用，保证坯体具有一定的强度和尺寸规格，便于压制成型。更为重要地，糊精粉和糊精液能够配合低温陶瓷结合剂，在烧制过程中全部被燃烧，而不影响低温陶瓷结合剂对陶瓷微晶磨料的粘结性能；优选地，采用质量分数为30～40％的糊精液。
本发明还提供基于上述原料配方的陶瓷微晶砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)取配方量的所述第一陶瓷微晶磨料、所述第二陶瓷微晶磨料、所述低温陶瓷结合剂、所述添加剂、所述成孔剂、所述临时粘结剂、所述湿润剂，混合后过筛，作为坯料；
(2)预设所述陶瓷微晶砂轮成品的尺寸规格，并选择成型模具，其中，所述成型坯体厚度为所述陶瓷微晶砂轮成品厚度的两倍并留有余量，将步骤(1)得到的所述坯料放入所述成型模具，摊料，压制成型，形成坯体；
(3)将步骤(2)得到的所述坯体干燥，分阶段烧制，降温至室温，得到烧结体；
(4)将步骤(3)得到的所述烧结体开片、磨平，得到所述陶瓷微晶砂轮的成品，检验合格后包装入库。
在配料过程中，检查坯料的干湿度和均匀性，主要观察有无大颗粒团聚现象，且用手取料、手握成团，湿度感适当，坯料成型性能适中，以达到生产要求。
本发明中，优选砂轮成品的厚度≤35mm，如20mm、25mm、30mm、35mm，相应地，成型坯体的厚度为50mm、60mm、70mm、80mm；为保证产品的公差尺寸，提高组织均匀性，将成型坯体的厚度留有5～15mm余量。
将坯料放入成型模具，采用转盘式压机摊料，转盘速度控制在30～50r/min，以提高摊料的均匀性；采用定模压制成型方式，所用设备为200吨液压机，定模压制成型的压力为80～150吨(压机吨位)，保压时间为15～30s，坯体的成型密度为1.9～2.3g/cm3。
干燥温度和干燥时间影响坯体的稳定性，操作不当会产生裂纹；烧制温度和烧制时间不仅会影响陶瓷微晶磨料中的微小结晶的化学稳定性，还会影响低温陶瓷结合剂的网格结构。
对坯体70～80℃干燥3～4天，以保证坯体干燥均匀，且不出现裂纹；然后对坯体分阶段烧制得到烧结体，其烧制过程为：
第一阶段：从室温以1～2℃/min的速率升温至450℃并保温1～2h；
第二阶段：以0.5～1℃/min的速率升温到800～900℃并保温3～4h，随炉冷却到室温。
在烧制成型后，利用金刚石锯片将砂轮从中间切开，然后再用金刚石磨盘水磨平面、外径，即可达到要求的标准尺寸。
在不破坏陶瓷微晶磨料中微小结晶的前提下，采取上述分段烧制的方式能够促进低温陶瓷结合剂、添加剂与陶瓷微晶磨料的化学反应并形成更稳定的网格结构，改善其粘结强度，增强砂轮的机械强度，并改善砂轮的气孔分布情况，提高砂轮容屑、排屑及散热能力，从而避免工件烧伤。
表1中列出不同具体实施方式中用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的原料组成。
表1不同实施方式中用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的原料组成
采用上述实施例1-3制备的砂轮与对比例1-4制备的砂轮相比，实施例1-3提供的砂轮的磨削效率提升在15％以上，修整间隔时间提升在25％以上，钴铬镍合金封严块的精度及光洁度改善在15％以上；尤其采用实施例1提供的原料配比，磨削效率提高至26％，修整间隔时间提升至34％，钴铬镍合金封严块的精度及光洁度改善达到27％。对比例1、2、3、4相比，其效果依次变差。
表2中列出了基于实施例1提供的配方制备用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的不同实施方式。
表2不同实施方式中用于磨削钴铬镍合金封严块的陶瓷微晶砂轮的制备方法
与对比例5对比，实施例4-6提供的分阶段烧制工能够进一步改善低温陶瓷结合剂对陶瓷微晶磨料的粘结强度和把持力度，有助于微晶陶瓷磨料持续产生新的锋利的切削刃，保持良好的自锐性，磨削加工质量和效率进一步得到提高。
综上所述，与常规的陶瓷微晶砂轮相比，本发明提供的砂轮解决了对钴铬镍合金磨削加工时存在着工件烧伤和砂轮型面保持性冲突的缺陷：本发明提供的砂轮的型面保持性好、修整间隔时间长、磨削效率高；磨削中粘附现象明显减少，钴铬镍合金封严块无烧伤，其精度及光洁度得到改善。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。