本发明属于粉末冶金，具体涉及一种金刚石复合磨料的制备方法。
背景技术：
1、随着轨道交通、5g通讯技术的发展以及新型材料的不断涌现，各个领域对工件加工精度的要求越来越高，高耐磨性磨料的开发已经成为当下研究的热点。高磨削效率、低环境污染和低表面粗糙度的磨削工具已经成为新的发展趋势。金刚石因同时具有高硬度、高化学稳定性、高耐磨性和低摩擦系数被广泛应用到各个领域。但是由于金刚石的价格昂贵难以大规模使用。微纳米金刚石尺寸较小的原因，在使用过程中磨削效率较低，即使制备为团聚磨料也难以实现质的飞跃。刚玉称作工业的牙齿，在砂轮和喷丸等领域大量应用。与金刚石相比，刚玉具有低耐磨性和高韧性得特点。如果将纳米金刚石包覆在大尺寸刚玉表面制备为复合磨料，具有刚玉的尺寸和金刚石的耐磨性的复合磨料将会促进金刚石制造企业的1μm以细金刚石的库存以及解决刚玉磨具性价比低的难题。
2、本发明以大尺寸刚玉为骨架，在刚玉磨料表面包覆微纳米金刚石，利用金刚石的耐磨性和刚玉的韧性，提高了刚玉的寿命。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种金刚石包覆刚玉复合磨料的制备方法及产品，使得制备复合磨料具有刚玉的硬度和优于刚玉的耐磨性降低了企业的生产成本提高了金刚石的利用率。
2、为此，本发明提供一种金刚石复合磨料，其主要由刚玉、微纳米金刚石和刚玉，以及陶瓷结合剂组成。所述微纳米金刚石和刚玉由陶瓷结合剂粘结并粘附于刚玉表面。所述陶瓷结合剂填充于微纳米金刚石和刚玉之间的孔隙并粘附于刚玉表面。
3、本发明还提供一种上述金刚石复合磨料的制备方法，包括以下步骤：
4、纳米金刚石和纳米刚玉预处理：将纳米金刚石和纳米刚玉在无水乙醇中加入表面活性剂利用超声机械搅拌进行混合和分散处理，获得均匀分散的纳米金刚石和纳米刚玉的混合粉末；
5、溶胶-凝胶处理：采用溶胶-凝胶技术在40~70 ℃的水浴锅中，以正规酸乙酯为前驱物，以硝酸钠、硼酸、硝酸铝等的混合溶液为钠源、硼源、铝源、通过水解-缩聚反应制备纳米金刚石、纳米刚玉和陶瓷结合剂的复合凝胶，经120~180 ℃的干燥处理，经球磨处理后制备纳米金刚石、纳米刚玉和陶瓷结合剂的复合粉末；
6、金刚石刚玉包覆刚玉复合毛坯粉末：将上述制备的复合粉末与粘结剂和聚乙二醇按照配比在玻璃容器中利用搅拌器制备为浆料，其中复合粉末的质量分数为15~35%，粘结剂的质量分数为15~25%，聚乙二醇的质量分数为40~70%，采用高压喷枪喷射并粘附在利用空气悬浮在空气中的刚玉磨料表面，制备为复合毛坯粉末；
7、复合毛坯粉末烧结：将上述复合毛坯粉末置于马弗炉中，在500~700 ℃进行烧结。
8、基于上述，所述纳米金刚石和纳米刚玉预处理步骤包括：
9、将粒径10~50 nm的金刚石和粒径10~50 nm刚玉颗粒在质量比1~3%的表面活性剂和无水乙醇的混合溶液中，在频率为60~120khz转转速为100~500 r/min超声机械搅拌设备中处理30~35 min；金刚石和刚玉的质量比为3~8:0.5~2，无水乙醇，金刚石与刚玉总和的质量比为60~70:1~3，超声搅拌处理时的温度为40~70 ℃。
10、基于上述，所述溶胶-凝胶处理步骤包括：
11、将质量分数为30~40%的正规酸乙酯加入上述溶液中，作为a液；将质量分数5~10%硝酸钠、5~10%硼酸和40~60%硝酸铝分别加入无水乙醇和蒸馏水的混合溶液中，作为b液；无水乙醇和蒸馏水的质量比为0.5~1.5:0.5~1.5。将b液以10~40 sccm的流量加入至a液中；将混合溶液在40~70 ℃的条件下搅拌，通过水解-缩聚反应制备纳米金刚石、纳米刚玉和陶瓷结合剂的复合凝胶。在烘箱中在120~180 ℃的条件下进行干燥处理，经球磨处理后制备为纳米金刚石、纳米刚玉和陶瓷结合剂的复合粉末。
12、基于上述，所述金刚石刚玉包覆刚玉复合毛坯粉末步骤包括将上述制备的复合粉末与粘结剂和聚乙二醇按照质量配比在玻璃容器中利用搅拌器制备为浆料，其中复合粉末的质量分数为15~35%，粘结剂的质量分数为15~25%，聚乙二醇的质量分数为40~70%，采用高压喷枪喷射并粘附在利用空气悬浮在空气中的刚玉磨料表面，制备为复合毛坯粉末。
13、与现有技术相比，本发明提供的金刚石包覆刚玉复合磨料主要由刚玉、微纳米金刚石、微纳米刚玉和陶瓷结合剂组成，所述微纳米金刚石和微纳米刚玉由陶瓷结合剂固结并粘附于刚玉表面，所述陶瓷结合剂填充于微纳米金刚石和微纳米刚玉之间，并粘附于刚玉表面。其主要通过超声机械搅拌和表面活性剂改性处理实现分散，并通过溶胶-凝胶技术实现粘结固化。通过粘结剂临时粘贴于刚玉表面，并通过在马弗炉的烧结实现在刚玉磨料的粘接和固化。，其中由于金刚石的耐磨性高于刚玉，在磨料磨削过程中提高磨料的耐磨性。由于刚玉粒径远大于金刚石，可以实现大尺寸磨削加工，所以上述磨料具有高耐磨性和高的加工效率。
14、实施方式
15、下面通过具体实施方式，对本发明的具体方案做进一步的详细阐述。
16、本实施提高一种金刚石复合磨料，主要是由微纳米金刚石颗粒、微纳米刚玉颗粒、填充于微纳米刚玉和微纳米颗粒间的陶瓷结合剂和被微纳米金刚石包覆的刚玉。即，本实施例提供的复合磨料主要由微纳米金刚石、微纳米刚玉、陶瓷结合剂和大尺寸刚玉组成。
17、本发明实施例提供一种上述复合磨料的制备方法，包括以下步骤
18、纳米金刚石和纳米刚玉预处理
19、将50~100 nm金刚石和50~100 nm刚玉在无水乙醇中加入表面活性剂利在频率为60 khz转转速为100 r/min超声机械搅拌设备中处理30 min，获得均匀分散的纳米金刚石和纳米刚玉的混合粉末。
20、二、溶胶-凝胶处理
21、将质量分数为40%的正规酸乙酯加入上述溶液中，作为a液。将质量分数5%硝酸钠、5%硼酸和40%硝酸铝分别加入无水乙醇和蒸馏水的混合溶液中，作为b液。无水乙醇和蒸馏水的质量比为1:1。将b液以40 sccm的流量加入至a液中。将混合溶液在70 ℃的条件下搅拌，通过水解-缩聚反应制备纳米金刚石、纳米刚玉和陶瓷结合剂的复合凝胶。在烘箱中在180 ℃的条件下进行干燥处理，经球磨处理后制备为纳米金刚石、纳米刚玉和陶瓷结合剂的复合粉末。
22、金刚石刚玉包覆刚玉复合毛坯粉末
23、将上述制备的复合粉末与粘结剂和聚乙二醇按照配比在玻璃容器中利用搅拌器制备为浆料，其中复合粉末的质量分数为35%，粘结剂br118的质量分数为15%，聚乙二醇的质量分数为50%，采用高压喷枪喷射并粘附在利用空气悬浮在空气中的粒径为400~600 μm刚玉磨料表面，制备为复合毛坯粉末。
24、复合毛坯粉末烧结
25、将上述复合毛坯粉末置于马弗炉中，在700 ℃进行烧结。
26、性能验证
27、对照组1：对照组1提供一种刚玉磨料，该磨料未包含纳米金刚石和纳米刚玉。
28、对照组2：对照组2提供纳米金刚石，该磨料未包含刚玉和纳米氧化铝
29、试验条件：本发明实施例提供的刚玉磨具与对照组1～2提供的刚玉磨具分别进行磨耗比，相关测试数据见表1。
30、磨耗比的测试方法：参考jb-t3235-1999，在规定的条件下，将该磨料和80#粒度的陶瓷结合剂砂轮碳化硅平行砂轮，砂轮的磨损量ms(g)和复合片的磨耗比mj(g)之比的比值就称为该复合片的磨耗比e值，其中e= ms(g)/mj(g)。
31、表1 刚玉磨具磨耗比测试
32、最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。