专利名称：金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法
技术领域：
本发明涉及使用一种含有金刚石磨粒的压缩粉体电极用于金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法。
背景技术：
电火花加工时通过工件与电极之间的脉冲放电产生的高温来蚀除工件表面材料的一种加工方法。电火花沉积则是常规电火花加工的逆向加工，电火花沉积是通过火花放电作用，把电极中的导电材料熔渗进金属基体的表层，与母材形成冶金结合，使基体表面的物理化学和力学性能得到改善的一种技术。电火花沉积技术不但改善材料表面的力学、冶金、物理等性能，提高材料的耐磨、耐蚀、耐疲劳等性能，而且满足了生产领域中对材料工作表面的要求，又降低了材料整体均勻性设计中的成本，以其独特的工艺特点，如强化过程中热输入量低，强化层与基体间冶金结合，容易实现异种材料间的沉积，电极材料容易选择等，电火花沉积技术是先进的节能、节材、环保的绿色制造和再制造技术之一。电火花沉积技术在众多领域的应用，可归类为两个方面(1)金属材料的表面改性和表面强化，指对基体材料表面的耐磨、抗疲劳等特性的改变或提高；( 工件表面缺陷的修复，也有用于零件的修复和再制造，以延长零件的寿命，目前沉积层的厚度小于0. Imm0现有技术中，电火花沉积通常只能实现金属材料与金属材料之间的沉积，不能实现金属材料与非金属材料之间的电火花沉积。如何提高沉积层的厚度，如何实现金属材料与非金属材料之间的电火花沉积，是电火花沉积技术中值得探讨的一个重要技术问题。
发明内容
为了克服现有电火花沉积技术不能实现金属材料与非金属材料之间的电火花沉积的不足，本发明旨在提供一种金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，该方法能够在金属基体上快速沉积一层结合强度高、具有一定沉积厚度的金刚石磨粒层，还可以用于旧金属基体砂轮的再制造，扩展了电火花沉积技术的应用范围。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是所述金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，采用电火花机床制备金刚石磨粒层，在工件一侧设有电极，该工件与一可产生放电脉冲的脉冲电源的正极相连，所述电极与该脉冲电源的负极相连，沉积时将工作液注入工件与电极之间的间隙，其特征是，所述电极是由金刚石磨粒和金属粉末经过压力压制并烧结而成的压缩粉体电极；所述方法的步骤为开启脉冲电源，保持放电电压为70V 90V，放电电流为1.5A 9A，放电脉冲宽度为20 μ s 60 μ S，放电脉冲间隙为25 μ s 90 μ s ；向所述间隙喷浇工作液，脉冲电源产生放电脉冲，将电极的压缩粉体沉积到工件表面形成磨粒沉积层。上述放电沉积工艺条件范围优选为放电电流为3Α 6Α，放电脉冲宽度为 20μ S 40μ S，放电脉冲间隙为25μ S 50μ S，所述磨粒沉积层的厚度为0. 3mm 0. 5mm。进一步地，所述金属粉体为铜粉和钴粉，且所述压缩粉体电极中铜粉金刚石磨粒钴粉的质量百分比为(60 70) (18 22) (12 18)，压缩粉体电极中铜粉金刚石磨粒钴粉的质量百分比为(60 70) (18 22) (12 18)，钴粉粒径为3 5 μ m，铜粉粒径为120 180 μ m，金刚石磨粒粒径为80 μ m 150 μ m，压制压力为80MPa lOOMPa，压缩粉体电极的烧结温度650°C 800°C，将铜粉、金刚石磨粒和钴粉按上述质量比混合后经压制和在惰性气体中烧结制做成压缩粉体电极，烧结后的电极密度为6. 63 6. 92g/cm3。进一步地，所述压缩粉体电极中的金属粉体也可以为银粉和钴粉(5)，与金刚石磨粒一起经压制和在惰性气体中烧结制做成压缩粉体电极。压缩粉体电极中银粉金刚石磨粒钴粉的质量百分比为( 65) (2O 25) (I5 20)，钴粉粒径为3 5μπι，银粉粒径为50 100 μ m,金刚石磨粒粒径为80 μ m 150 μ m,压制压力为75MPa 90MPa，压缩粉体电极的烧结温度650°C 750°C，烧结后的电极密度为6. 82 7. 15g/cm3。进一步地，所述压缩粉体电极中的金属粉体也可以为铜粉C3)和镍粉，与金刚石磨粒一起经压制和在惰性气体中烧结制做成压缩粉体电极。压缩粉体电极中铜粉金刚石磨粒镍粉的质量百分比为(60 68) (18 22) (12 20)，镍粉粒径为5 8 μ m，铜粉粒径为120 180μπι，金刚石磨粒粒径为80μπι 150μπι，压制压力为80MPa lOOMPa， 压缩粉体电极的烧结温度650°C 800°C，烧结后的电极密度为6. 75 7. 18g/cm3。所述工作液为电火花加工专用煤油，具有很好的绝缘性和防火性能。进一步地，所述工件为可旋转的金属基体砂轮，脉冲电源产生的放电脉冲可将压缩粉体电极的压缩粉体沉积在金属基体砂轮圆周表面上，可应用于对旧金属基体砂轮再制造和绿色回收。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明可以在电火花机床上较快地制备金刚石磨粒层，与工件的结合强度高、且具有一定厚度，应用本发明可以在旧金属基体砂轮圆周表面沉积一层磨粒层，以解决超硬砂轮的再制造和绿色回收再利用问题，是一种经济环保的绿色再制造技术。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明所用装置一种实施例的结构示意图；图2是实施例1中沉积层的剖面SEM图；图3是实施例1中分析采样的金刚石磨粒区域图；图4是实施例1中金刚石磨粒C元素的能谱分析图；图5是实施例1中元素分析采样区域的C元素分布图；图6是实施例1中元素分析采样区域的Co元素分布图；图7是实施例1中元素分析采样区域的Cu元素分布图。在图中1-工件；2-磨粒沉积层；3-铜粉；4-金刚石磨粒；5-钴粉；6-压缩粉体电极；7-工作液； 8-脉冲电源。
具体实施例方式实施例1一种金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，采用电火花机床制备金刚石磨粒层， 如图ι所示，在工件ι 一侧设有电极6，该工件1与一可产生放电脉冲的脉冲电源8的正极相连，所述电极6与该脉冲电源8的负极相连，沉积时将工作液7注入工件1与电极6之间的间隙，所述电极6是由金刚石磨粒4和金属粉末经过压力压制并烧结而成的压缩粉体电极；所述方法的步骤为开启脉冲电源8，保持放电电压为70V 90V，放电电流为1. 5A 9A，放电脉冲宽度为20 μ s 60 μ S，放电脉冲间隙为25 μ s 90 μ s ；向所述间隙喷浇工作液，脉冲电源8 产生放电脉冲，将压缩粉体电极6的压缩粉体沉积到工件1表面形成磨粒沉积层2。所述金属粉体为铜粉3和钴粉5，且所述压缩粉体电极中铜粉3 金刚石磨粒4 钴粉5的质量百分比为(60-70) (18 22) (12 18)，钴粉粒径为3 5 μ m，铜粉粒径为120 180 μ m，金刚石磨粒粒径为80 μ m 150 μ m，压制压力为80MPa lOOMPa，压缩粉体电极的烧结温度650°C 800°C，烧结后的电极密度为6. 63 6. 92g/cm3。所述工作液7为电火花加工专用煤油，具有很好的绝缘性和防火性能。本发明所述金刚石磨粒层的电火花沉积制备工艺方法实验在国防科技大学的 SUTE电火花机床上进行，所用压缩粉体电极6由湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心和陶瓷研究所自行研究的含有金刚石磨粒4的压缩粉体电极6，由铜粉3、金刚石磨粒4和钴粉5按质量百分比为(60-70) (18 22) (12 18)混合后，经压制和烧结制做成型，压制压力为80-100MPa，烧结温度控制在650°C-800°C之间，通惰性气体进行保护。工件材料采用普通的45#钢。采用负极性加工，压缩粉体电极6连接负极，工件连接正极。本发明对金刚石磨粒层的电火花沉积制备工艺方法进行了试验研究，获取了大量的试验数据，通过对数据的分析、比较和整理，得出了以下试验结果。1)正、负极性加工对金刚石磨粒层沉积厚度的影响实验均采用同种电极配方，在煤油介质中沉积15min所得，实验结果表明，在相同的电参数下，采用电火花沉积来制备金刚石磨粒层，负极性加工沉积效率远大于正极性沉积效率，可以取得较好的效果(见表1)。表1正、负极性加工对金刚石磨粒层沉积厚度的影响
权利要求
1.一种金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，在工件(1) 一侧设有电极(6)，该工件 (1)与一可产生放电脉冲的脉冲电源(8)的正极相连，所述电极(6)与该脉冲电源(8)的负极相连，沉积时将工作液(7)注入工件(1)与电极(6)之间的间隙，其特征是，所述电极(6) 是由金刚石磨粒(4)和金属粉末经过压力压制并烧结而成的压缩粉体电极；所述方法的步骤为开启脉冲电源(8)，保持放电电压为70V 90V，放电电流为1. 5A 9A，放电脉冲宽度为20 μ s 60 μ s，放电脉冲间隙为25 μ s 90 μ s ；向所述间隙喷浇工作液，脉冲电源⑶ 产生放电脉冲，将电极(6)的压缩粉体沉积到工件(1)表面形成磨粒沉积层O)。
2.根据权利要求1所述的金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，其特征是，所述放电沉积工艺条件范围优选为放电电压为80V，放电电流为3Α 6Α，放电脉冲宽度为20μ s 40 μ s，放电脉冲间隙为25 μ s 50 μ S。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，其特征在于，所述金属粉体为铜粉C3)和钴粉(5)，且所述压缩粉体电极中铜粉(3)金刚石磨粒 钴粉⑶的质量百分比为(60 70) (18 22) (12 18)，钴粉⑶粒径为3μπι 5μπι，铜粉(3)粒径为120μπι 180 μ m，金刚石磨粒粒径为80 μ m 150 μ m，压制压力为 80MPa lOOMPa，压缩粉体电极的烧结温度650°C 800°C，烧结后的电极密度为6. 63g/ cm 6. 92g/cm 。
4.根据权利要求1或2所述的金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，其特征在于，所述金属粉体为银粉和钴粉(5)，且所述压缩粉体电极中银粉金刚石磨粒钴粉的质量百分比为(55 65) (20 25) (15 20)，钴粉粒径为3 μ m 5 μ m，银粉粒径为50 μ m 100 μ m,金刚石磨粒粒径为80 μ m 150 μ m,压制压力为75MPa 90MPa，压缩粉体电极的烧结温度650°C 750°C，烧结后的电极密度为6. 82g/cm3 7. 15g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，其特征在于，所述金属粉体为铜粉C3)和镍粉，且所述压缩粉体电极中铜粉金刚石磨粒镍粉的质量百分比为(60 68) (18 22) (12 20)，镍粉粒径为5 μ m 8 μ m，铜粉粒径为120 μ m 180 μ m,金刚石磨粒粒径为80 μ m 150 μ m,压制压力为80MPa lOOMPa，压缩粉体电极的烧结温度650°C 800°C，烧结后的电极密度为6. 75g/cm3 7. 18g/cm3。
6.根据权利要求1或2所述的金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，其特征在于，所述工作液(7)为电火花加工专用煤油。
7.根据权利要求1或2所述的金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，其特征在于，所述磨粒沉积层O)的厚度为0. 3mm 0. 5mm。
8.根据权利要求1或2所述的金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，其特征在于，所述工件(1)为金属基体砂轮。
全文摘要
本发明公开了一种金刚石磨粒层的电火花沉积制备方法，在工件一侧设有电极，该工件与脉冲电源的正极相连，所述电极与该脉冲电源的负极相连，沉积时将工作液注入工件与电极之间的间隙，所述电极为压缩粉体电极；开启脉冲电源，保持放电电压为70V～90V，放电电流为1.5A～9A，放电脉冲宽度为20μs～60μs，放电脉冲间隙为25μs～90μs；向所述间隙喷浇工作液，脉冲电源产生放电脉冲，将压缩粉体电极的压缩粉体沉积到工件表面形成磨粒沉积层。本发明可以在电火花机床上较快地制备金刚石磨粒层，应用本发明可以在旧金属基体砂轮圆周表面沉积一层磨粒层，以解决超硬砂轮的再制造和绿色回收再利用问题，是一种经济环保的绿色再制造技术。
文档编号C23C4/06GK102251206SQ201010178668
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者余剑武, 廖玉山, 王小伟, 盛晓敏 申请人:湖大海捷(湖南)工程技术研究有限公司