一种新型W?Mo?Cr合金抛光盘的制备方法
【专利摘要】本发明属于粉末冶金技术领域，公开一种新型W?Mo?Cr合金抛光盘的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将钨W、钼Mo、铬Cr、钇Y四种粉末混合均匀得到合金抛光盘原料；2)采用高能球磨机球磨不锈钢球和合金抛光盘原料得到合金粉末；3)利用真空热压烧结制备合金抛光盘；4)修整合金抛光盘得到表面光亮、清洁、平整的合金抛光盘端面，完成新型W?Mo?Cr合金抛光盘的制备。本发明的有益效果为新型W?Mo?Cr合金抛光盘烧结效果优异、组织致密度高、各成分分布均匀、硬度高、制备可重复性强。
【专利说明】
一种新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种高硬度合金材料的制备，特别涉及到一种可用于进行金刚石刀具、金刚石砂轮加工及修整所用合金抛光盘材料制备的方法。
【背景技术】
[0002]由于金刚石是自然界中最硬的物质，化学惰性较强，所以是公认的难加工材料之一。但是，也正是因为金刚石具有独特的物理化学性质，所以它所制备的刀具在精密和超精密加工领域充当着不可替代的角色。摩擦化学抛光是一种结合了机械和化学抛光的新型金刚石抛光方法，由于其设备简单、加工效率高、工艺成本低，在金刚石产品加工领域具有极大的发展前景。摩擦化学抛光技术的核心内容即为抛光盘的选择与制备，铁基合金抛光盘具有硬度低、加工过程磨损严重的问题，锰基合金和镍基合金磨削比(材料去除率与抛光盘磨损量的比值)较小，CN103203453A提出的传统的钨基抛光盘相较上述三种合金有所改进，但是由于钨基材料的高温抗氧化性能较差在烧结和加工过程中会影响抛光盘性能和加工质量。
[0003]制备合金抛光盘的粉末冶金技术是制造金属粉末或者利用金属粉末通过成型和烧结加工制备合金材料或复合材料部件的工艺技术。现如今已广泛的应用在航空航天、机械、交通、电子等诸多领域。由于粉末冶金技术对难加工材料成型和复杂结构零部件成型具有得天独厚的优势，所以备受工业界的重视。
[0004]在诸多粉末冶金性能优化的方式中，有两种方式最为常见。一是微合金化，S卩加入如硼、铬、锰、镍等元素，它在改善烧结材料组织结构和力学性能上有比较显著的效果。二是第二相掺杂方法，在合金中加入0.5 % -5 %的稀土，使其以细小弥撒颗粒分布在基体中达到强化基体的作用，这种方法不但能提高烧结材料的耐磨性还可以降低材料的摩擦因数。除此之外，稀土元素具有很强的化学活泼性，非常容易被氧化，所以在真空热压烧结过程中可以消耗部分残留在粉末间的氧气，以减少其它粉末材料的氧化。由于稀土元素的原子半径是普通金属元素原子半径的1.5倍，所以可以与W-Mo-Cr合金材料进行二相强化作用，同时稀土元素在晶界的偏聚还会起到晶界强化的作用。稀土元素还可以增加液态金属的流动性，所以在烧结过程中添加稀土元素可以使烧结材料组织更加均匀;稀土对于很多金属有净化、变质、合金化的作用，可以明显的改善金属材料热加工性能、力学性能、抗氧化性能和耐磨性能;稀土大部分氧化物和石墨结构类似层状结构，具有一定的润滑作用，在加工金刚石的过程中可以减小摩擦因数以保证较为良好的表面粗糙度。专利CN105624536A中，就通过加入稀土元素的方法提升合金塑性。在W-Mo-Cr合金抛光盘中加入0.5-1 %的稀土I乙元素，通过调整机械合金化及真空热压烧结参数可获得新型W-Mo-Cr合金抛光盘。
[0005]新型W-Mo-Cr合金抛光盘材料具有较高的硬度和良好的高温抗氧化性能，通过新型W-Mo-Cr合金抛光盘加工单晶金刚石，获得了较高的金刚石材料去除率和较为平整的加工表面。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于加工金刚石制品的新型W-M-Cr合金抛光盘的制备方法，改善传统钨基抛光盘合金固溶不彻底、烧结不够均匀、高温抗氧化性能差等不足。
[0007]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0008]一种新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备方法，选择W、Mo、Cr、Y四种粉末作为合金抛光盘原料，采用高能球磨机球磨和真空热压烧结制成钨基合金抛光盘，具体步骤如下:
[0009]第一步，制备合金抛光盘原料
[0010]将钨W、钼Mo、铬Cr、钇Y四种粉末混合均匀得到合金抛光盘原料;所述的四种粉末的纯度均为99.9%，粒度300目；所述的前三种粉末的摩尔百分比分别为:钨为70?74%，钼为25?29%，其余为铬;再添加钇，钇的摩尔数占钨、钼和铬的总摩尔数的0.5?1%。
[0011 ]第二步，通过机械合金化方法制备合金粉末
[0012]将不锈钢球和第一步得到的合金抛光盘原料按质量比为10:1装入真空球磨罐中，并添加球磨控制剂无水乙醇，在惰性气体保护下，在200?240r/min转速下球磨40?50小时后，减压蒸馏取出合金粉末。
[0013]第三步，利用真空热压烧结制备合金抛光盘
[0014]筛选粒径小于20μπι的合金粉末，放入真空热压烧结设备的石墨模具中进行烧结，烧结过程具体为:温度从常温升至800°C时，保温1min;继续升温，温度从800°C升温至12000C时保温20min ；温度从1200 °C升温至1400 °C时，施加30MPa压力，保温60min ；温度从1400 °C降温至1200°C后，烧结试样随炉冷却获得合金抛光盘;所述升温过程的升温速率为10°C/min;降温过程的降温速率为5°C/min。
[0015]第四步，修整合金抛光盘
[0016]将第三步得到合金抛光盘去除毛边，用硬质合金端面车刀车削、砂纸打磨合金抛光盘加工端面，将合金抛光盘在抛光机上进行抛光，最后用去离子水清洗吹干得到表面光亮、清洁、平整的合金抛光盘端面，完成新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备。
[0017]本发明效果和益处是:新型W-Mo-Cr合金抛光盘烧结效果优异、组织致密度高、各成分分布均匀、硬度高、制备可重复性强。在实际应用过程中，金刚石去除率高、表面粗糙度低;观察抛光实验后的合金抛光盘相较传统钨基抛光盘表面氧化物少高温抗氧化性能好、磨损率低。
【附图说明】
[0018]图1是传统钨基抛光盘制备粉末球磨后的XRD分析图。
[0019]图2是新型W-Mo-Cr合金抛光盘制备粉末球磨后的XRD分析图。
[0020]图3是新型W-Mo-Cr合金抛光盘金相组织照片。
【具体实施方式】
[0021]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。本发明从过渡金属催化金刚石石墨化的机理出发，结合摩擦化学抛光用抛光盘材料的性能要求，发明了一种新型的W-Mo-Cr合金抛光盘，选择W、Mo、Cr、Y四种粉末作为合金抛光盘制备原料，采用高能球磨机球磨和真空热压烧结制成新型合金抛光盘。具体包括以下步骤:
[0022]1)确定合金抛光盘的成分配比:采用胃、10、(^、￥四种粉末，每种粉末纯度均为99.9%，粒度300目。首先，W、Mo、Cr按照按摩尔比72%:27%:1%，称取49.88g的钨粉、9.85g的钼粉、0.27g的铬粉，然后添加0.8%的钇粉，0.48g，混合四种粉末。
[0023]2)通过机械合金化方法制备合金粉末:将不锈钢球和混合粉末装入真空球磨罐中，不锈钢球和混合粉末的质量比为10:1，添加球磨控制剂无水乙醇;为防止罐内粉末在球磨过程中氧化，充氩气的同时将罐内空气排出，抽真空，重复2?3次;转速为220r/min，在高能行星式球磨机上球磨48小时后球磨结束，完成合金粉末制备。通过减压蒸馈的方式取出粉末观察，发现颗粒均匀细小，平均尺寸20μπι。
[0024]3)利用真空热压烧结制作合金抛光盘:将粉末过筛后，称量60g粉末加入直径为30mm的真空热压烧结的石墨模具中，进行热压烧结。800 °C以下以10 °C /min的速度升温，在800°C保温1min后继续以10°C/min升温至1200°C保温2011^11。800°(:-1200°(:由于粉末处于升温、放热反应阶段，粉末膨胀较快，不易加压;再升温至1400°C，固溶反应基本结束，温度保持稳定，试样体积不再增加，加压可减少颗粒间空隙，使烧结更加致密化。此时施加压力30MPa，保温60min。以5°C/min的速度降温至1200°C后随炉冷却。最后获得厚度约为5mm、维氏硬度HV630.14、密度15.72g/cm3的新型合金抛光盘。
[0025]4)对合金抛光盘进行修整:将烧结后的合金抛光盘去除毛边，用硬质合金端面车刀车削合金抛光盘加工端面，用砂纸打磨;在抛光机上抛光，最后用去离子水清洗，并吹干，使合金抛光盘表面光亮、清洁、平整。如图3所示，经长时间球磨后烧结的合金抛光盘具有致密的显微结构。
[0026]在图1中我们可以看到衍射峰基体杂乱，并检测到氧化物的存在。MoCr的存在说明尚有Mo与Cr与W并没有发生良好的固溶作用。图2再添加了稀土后的衍射图谱中，我们发现衍射峰更为纯净，已看不到MoO2的特征峰，这说明稀土元素可以抑制金属元素在球磨过程中发生氧化反应。图2的衍射峰强度较图1要高出2倍，细长尖锐的衍射峰对应较小的晶粒和较高的结晶度，所以稀土 Y的添加对粉末细化晶粒，提高结晶度也有着明显的作用。
[0027]经高速摩擦抛光试验，采用本发明中的新型W-Mo-Cr合金抛光盘，金刚石去除率可达5.47ym/min，合金抛光盘磨损率约0.239mm3/min。与传统机械研磨相比，这种新型W-Mo-Cr合金抛光盘延续了传统钨基抛光盘加工效果好、过程稳定的优点的同时，具备了传统钨基抛光盘5-6倍的磨削比(材料去除率与抛光盘磨损量的比值)，使加工金刚石过程更加高效。
【主权项】
1.一种新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备方法，其特征在于以下步骤: 第一步，制备合金抛光盘原料 将钨W、钼Mo、铬Cr、钇Y四种粉末混合均匀得到合金抛光盘原料;所述的前三种粉末的摩尔百分比分别为:钨为70?74%，钼为25?29%，其余为铬;再添加0.5?1%钇； 第二步，通过机械合金化方法制备合金粉末 将不锈钢球和第一步得到的合金抛光盘原料按质量比为10:1装入真空球磨罐中，并添加球磨控制剂无水乙醇，惰性气体保护下，在200?240r/min转速下球磨40?50小时后，减压蒸馏取出合金粉末； 第三步，利用真空热压烧结制备合金抛光盘 筛选粒径小于20μπι的合金粉末，放入真空热压烧结设备的石墨模具中进行烧结，烧结过程具体为:温度从常温升至SOOtC时，保温1min;继续升温，温度从800°C升温至1200°C后，保温20min ；温度从1200 °C升温至1400 °C后，施加30MPa压力，保温60min ；温度从1400 °C降温至1200°C后，烧结试样随炉冷却获得合金抛光盘； 第四步，修整合金抛光盘 将第三步得到合金抛光盘去除毛边，用硬质合金端面车刀车削、砂纸打磨合金抛光盘加工端面，再将合金抛光盘在抛光机上进行抛光，最后用去离子水清洗吹干得到表面光亮、清洁、平整的合金抛光盘端面，完成新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备。2.根据权利要求1所述的一种新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备方法，其特征在于，第一步中所述的四种粉末的纯度均为99.9 %，粒度300目。3.根据权利要求1或2所述的一种新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备方法，其特征在于，第三步中所述的升温过程的升温速率为10°C/min。4.根据权利要求1或2所述的一种新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备方法，其特征在于，第三步中所述的降温过程的降温速率为5°C/min。5.根据权利要求3所述的一种新型W-Mo-Cr合金抛光盘的制备方法，其特征在于，第三步中所述的降温过程的降温速率为5°C/min。
【文档编号】B22F3/24GK106077653SQ201610574708
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】金洙吉, 安润莉, 王春辉, 史双佶
【申请人】大连理工大学