CN109176330A - 一种砂轮用添加剂及其制备方法、砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种砂轮用添加剂及其制备方法、砂轮及其制备方法，属于磨料磨具领域。本发明的砂轮用添加剂包括沸石以及负载在沸石表面的铜，铜的质量为砂轮用添加剂质量的0.5％‑12％，其制备方法为将沸石在硫酸铜溶液中浸泡，固液分离、干燥，将干燥后的沸石再经氢气还原即得。本发明的添加剂可以提高金刚石磨具的自锐性、加工效率、磨削性能等。
Description
技术领域
本发明涉及一种砂轮用添加剂及其制备方法、砂轮及其制备方法，属于磨料磨具领域。
背景技术
在现代制造领域，随着技术的发展，对磨削加工的要求越来越高，相应的，对用来进行磨削加工的磨具的要求也越来越高。砂轮作为一种应用广泛的磨具，其性能受到很多因素的影响。砂轮的寿命、磨具的自锐性、加工效率、磨削性能等都与砂轮的组成成分存在一定关系。结合剂是砂轮重要的组成成分之一，一般常用的结合剂有金属结合剂、陶瓷结合剂、金属/陶瓷复合结合剂等。
金属结合剂是超硬材料制品常见的一种结合剂。金属结合剂超硬材料制品主要采用金属粉末或金属/合金混合粉末为粘结材料，超硬材料(金刚石、CBN及其改性磨料)为磨料，通过粉末冶金工艺而得到的制品。金属结合剂具有粘结能力大、流动性好、成型效果好、导热性能好等特点，因此金属结合剂的超硬磨具可以应用到强力磨削的场合，并具有强度高、使用寿命长等特点，在脆性材料及高精密加工过程中得到了广泛地应用。
金属结合剂磨具还存在一定的不足，首先，金属结合剂气孔率低，而且自锐性差、易堵塞，金属结合剂砂轮修整较困难。其次，在实际的使用过程中，如果去除率较高，则需要进行频繁地修整工作，极大地降低了生产效率。最后，如果在实际的使用过程中加载的载荷较大，就会使得磨削过程中的削屑被压入到金属结合剂砂轮中，使得砂轮的修整变得更加困难。以上不足在一定程度上使得金属结合剂磨具在实际应用中受到了限制。
陶瓷结合剂具有较高的化学稳定性，弹性变形小、脆性大，有较好的自锐性，但是其强度较低。另外，无论采用金属结合剂还是陶瓷结合剂，其磨具的硬度均较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砂轮用添加剂，以解决现有技术中磨具硬度较低的技术问题。
本发明还提供一种砂轮用添加剂的制备方法。
另外，本发明提供一种含上述添加剂的砂轮。
最后，本发明提供一种上述砂轮的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种砂轮用添加剂，包括沸石以及负载在沸石表面的铜。
本发明的添加剂是在沸石表面负载一定量的铜，能够提高和改善结合剂的性能，并最终提高磨具的硬度，进而提高砂轮的寿命、磨具的自锐性、加工效率、磨削性能。
所述砂轮为金刚石砂轮。
上述铜的质量为所述砂轮用添加剂质量的0.5％-12％。
上述沸石的粒径为1-3mm。
上述砂轮用添加剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将沸石在硫酸铜溶液中浸泡，固液分离、干燥；
(2)将干燥后的沸石再经氢气还原即得。
本发明的砂轮用添加剂的制备方法工艺简单，操作方便。
步骤(1)中沸石的粒径为1-3mm，沸石的孔径为0.2-20nm。
步骤(1)中硫酸铜溶液的质量分数为10-20％。
步骤(1)中浸泡的时间为4-7小时。
步骤(2)中所述的氢气还原在530-550℃温度下进行。
上述氢气还原的时间为20-50分钟。
步骤(2)中氢气还原后进行球磨，所述的球磨时间为30-35小时。
一种砂轮，包括磨料、复合结合剂。
所述复合结合剂包括上述砂轮用添加剂。
所述砂轮为金刚石砂轮。
上述砂轮的制备方法，包括如下步骤：
A、将磨料、结合剂和添加剂混合均匀，得成型料；
B、将成型料进行真空热压烧结制得砂轮。
步骤B中真空热压烧结的烧结温度为580-650℃，烧结压力为24-30MPa，烧结时间为8-12分钟。
本发明的有益效果：
本发明通过在沸石表面负载一定质量百分数的铜，将表面负载有铜的沸石作为添加剂加入结合剂中，超硬材料(金刚石、CBN及其改性磨料)为磨料，通过粉末冶金工艺而得到的制品，添加剂的加入提高和改善金属结合剂和金属/陶瓷复合结合剂的性能，提高金刚石砂轮的寿命、金刚石磨具的自锐性、加工效率、磨削性能等。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的砂轮用添加剂为负载有铜的负载型沸石，具体的，本实施例的砂轮用添加剂包括沸石以及负载在沸石表面的铜，铜的负载量为10％(质量百分比)。
本实施例的砂轮用添加剂的制备方法包括如下步骤：
将粒径为1mm的沸石浸入质量分数为16％的硫酸铜溶液中浸泡7小时，经过滤，干燥得到处理后的沸石；再在还原炉中540℃氢气还原处理35分钟，放入真空球磨机中，球磨30小时，取出过325目筛网，得到上述添加剂。
本实施例的砂轮，包括磨料、结合剂，结合剂为金属/陶瓷复合结合剂，金属/陶瓷复合结合剂由添加剂和以下重量份数的组分组成：金属结合剂93份、陶瓷结合剂7份，添加剂为上述负载有10％铜的负载型沸石；所采用的金属结合剂、陶瓷结合剂的总质量与添加剂的质量之比为80.9:2.8。
磨料为镀钛金刚石，各组分的质量百分比为：镀钛金刚石16.3％、金属/陶瓷复合结合剂83.7％。
上述金属结合剂由以下质量百分比的组分组成：铜粉16％、锡粉4％、氢化钛粉4％，余量为铜-锡合金粉；铜-锡合金粉中锡的质量分数为20％，余量为铜。
上述陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅50％，氧化铝15％，氧化硼25％，氧化锆1％，氧化钠5％，氧化锂4％。
本实施例的砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别将铜粉、锡粉、氢化钛和铜-锡合金粉过400目筛，然后取上述配方量过筛后的铜粉、锡粉、氢化钛和铜-锡合金粉放入真空球磨机中球磨20小时，然后过325目筛，得到金属结合剂；
(2)将粒径为1mm的沸石浸入16％硫酸铜溶液中7小时，然后过滤、干燥得到处理后的沸石，再在还原炉中540℃氢气还原处理35分钟，放入真空球磨机中，球磨30小时，取出后过325目筛网，得到添加剂；
(3)取上述配方量的二氧化硅、氧化铝、硼酸、氧化锆、氧化钠和氧化锂混合后球磨12h，过400目筛网，得到混合料；再将混合料在高温1400℃熔炼，水冷得到玻璃料，之后放入球磨机中，球磨36h，取出过325目筛网，得到陶瓷结合剂；
(4)将金属结合剂和陶瓷结合剂按照93:7的质量比进行混合，然后放入真空球磨机中球磨25小时，然后过325目筛，得到无添加剂金属/陶瓷复合结合剂；
(5)取配方量的镀钛金刚石用液体石蜡润湿，然后按照质量比为80.9:2.8的比例取无添加剂金属/陶瓷复合结合剂、添加剂作为金属/陶瓷复合结合剂加入润湿后的镀钛金刚石中，再在高能混料机中混合24小时，得到成型料；
(6)将所得的成型料采用真空热压烧结工艺在600℃、29MPa保温8分钟，即得。
实施例2
本实施例的砂轮用添加剂为负载有铜的负载型沸石，具体的，本实施例的砂轮用添加剂包括沸石以及负载在沸石表面的铜，铜的负载量为5％(质量百分比)。
本实施例砂轮用添加剂的制备方法包括如下步骤：
将粒径为2mm的沸石浸入质量分数为16％的硫酸铜溶液中浸泡5小时，经过滤，干燥得到处理后的沸石；再在还原炉中540℃氢气还原处理35分钟，放入真空球磨机中，球磨30小时，取出过325目筛网，得到上述添加剂。
本实施例的砂轮，包括磨料、复合结合剂，复合结合剂由金属结合剂和添加剂组成，金属结合剂与添加剂的质量之比为80.9:2.8。
金属结合剂由以下质量百分比的组分组成：铜粉16％、锡粉4％、氢化钛粉4％，余量为铜-锡合金粉，余量为铜-锡合金粉；铜-锡合金粉中锡的质量分数为20％，余量为铜；添加剂为上述负载有5％铜的负载型沸石。
磨料为镀钛金刚石，各组分的质量百分比为：镀钛金刚石16.3％、复合结合剂83.7％。
本实施例的砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别将铜粉、锡粉、氢化钛和铜-锡合金粉过400目筛，然后取上述配方量过筛后的铜粉、锡粉、氢化钛和铜-锡合金粉放入真空球磨机中球磨20小时，然后过325目筛，得到金属结合剂；
(2)将粒径为2mm的沸石浸入16％硫酸铜溶液中5小时，然后过滤、干燥得到处理后的沸石，再在还原炉中540℃氢气还原处理35分钟，放入真空球磨机中，球磨30小时，取出后过325目筛网，得到添加剂；
(3)取上述配方量的镀钛金刚石用液体石蜡润湿，然后按照质量比为80.9:2.8的比例取无添加剂金属结合剂、添加剂作为复合结合剂加入润湿后的镀钛金刚石中，再在高能混料机中混合24h，得到成型料；
(4)将所得的成型料采用真空热压烧结工艺在600℃、29MPa保温8分钟，即得。
实施例3
本实施例的砂轮用添加剂为负载有铜的负载型沸石，具体的，本实施例的砂轮用添加剂包括沸石以及负载在沸石表面的铜，铜的负载量为1.6％(质量百分比)。
本实施例砂轮用添加剂的制备方法包括如下步骤：
将粒径为3mm的沸石浸入质量分数为8％的硫酸铜溶液中浸泡4小时，经过滤，干燥得到处理后的沸石；再在还原炉中540℃氢气还原处理30分钟，放入真空球磨机中，球磨30小时，取出过325目筛网，得到上述添加剂。
本实施例的砂轮，包括磨料、复合结合剂，复合结合剂由金属结合剂和添加剂组成，金属结合剂与添加剂的质量之比为80.9:2.8。
金属结合剂由以下质量百分比的组分组成：铜粉16％、锡粉4％、氢化钛粉4％，余量为铜-锡合金粉，余量为铜-锡合金粉；铜-锡合金粉中锡的质量分数为20％，余量为铜；添加剂为上述负载有1.6％铜的负载型沸石。
磨料为镀钛金刚石，各组分的质量百分比为：镀钛金刚石16.3％、复合结合剂83.7％。
本实施例的砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别将铜粉、锡粉、氢化钛和铜-锡合金粉过400目筛，然后取上述配方量过筛后的铜粉、锡粉、氢化钛和铜-锡合金粉放入真空球磨机中球磨20小时，然后过325目筛，得到金属结合剂；
(2)将粒径为3mm的沸石浸入8％硫酸铜溶液中4小时，然后过滤、干燥得到处理后的沸石，再在还原炉中540℃氢气还原处理30分钟，放入真空球磨机中，球磨30小时，取出后过325目筛网，得到添加剂；
(3)取上述配方量的镀钛金刚石用液体石蜡润湿，然后按照质量比为80.9:2.8的比例取无添加剂金属结合剂、添加剂作为复合结合剂加入润湿后的镀钛金刚石中，再在高能混料机中混合24h，得到成型料；
(4)将所得的成型料采用真空热压烧结工艺在600℃、29MPa保温8分钟，即得。
对比例1
本对比例的结合剂与实施例1的结合剂的区别仅在于所采用的添加剂为粉碎后过325目筛网的、未负载金属的沸石。
本对比例的砂轮在制备时，除采用的结合剂为本对比例的结合剂外，其余完全同实施例1。
对比例2
本对比例的结合剂与实施例1的结合剂的区别仅在于未采用负载金属的沸石，也没有采用不负载金属的沸石作为添加剂。
本对比例的砂轮在制备时，除采用的结合剂为本对比例的结合剂外，其余完全同实施例1。
试验例
对实施例中的金属结合剂金刚石砂轮和对比例中金属结合剂金刚石砂轮进行性能测试，具体测试方法按现有技术中的常规方法进行测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-2金刚石砂轮性能测试结果
由表1可知，本发明的添加剂可以提高金刚石磨具的自锐性、加工效率、磨削性能等。
Claims (10)
1.一种砂轮用添加剂，其特征在于：包括沸石以及负载在沸石表面的铜。
2.根据权利要求1所述的砂轮用添加剂，其特征在于：所述铜的质量为所述砂轮用添加剂质量的0.5％-12％。
3.根据权利要求1所述的砂轮用添加剂，其特征在于：所述沸石的粒径为1mm-3mm。
4.一种如权利要求1所述的砂轮用添加剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将沸石在硫酸铜溶液中浸泡，固液分离，干燥；
(2)将干燥后的沸石再经氢气还原即得。
5.根据权利要求4所述的砂轮用添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中浸泡的时间为4-7小时。
6.根据权利要求4所述的砂轮用添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的氢气还原在530-550℃温度下进行。
7.根据权利要求4所述的砂轮用添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述氢气还原的时间为20-50分钟。
8.根据权利要求4所述的砂轮用添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中氢气还原后进行球磨，所述的球磨时间为30-35小时。
9.一种砂轮，其特征在于：包括磨料、复合结合剂，所述复合结合剂包括权利要求1所述的添加剂。
10.一种如权利要求9所述的砂轮的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将磨料、复合结合剂混合均匀，得成型料；
(2)将成型料进行真空热压烧结制得砂轮。
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