一种超硬耐磨的聚合磨料生产工艺的制作方法

1.本发明涉及一种磨料的生产工艺，具体涉及一种超硬耐磨的聚合磨料生产工艺。


背景技术：

2.磨料是一种具有高硬度和一定机械强度的颗粒材料，磨料具有较高的强度和硬度，是去除工件材料的主体，用于制造磨具或直接用于研磨和抛光。磨料在工业上应用非常广泛，特别是加工高精度或低粗糙度的零件或较硬的零件时，磨料和磨具是必不可少的。一般来说，磨料具有以下基本特性：1）较高的硬度，磨料的硬度必须高于被加工对象的硬度；2）适度的抗破碎性及自锐性；3）良好的热稳定性和化学稳定性。
3.目前，金属的切割、打磨都是使用普通的磨料，如刚玉、碳化硅等制成的切割、打磨工具进行切断、抛光。客观情况是，每一种磨料都有其独自的优点也存在相应的缺点。所以普通砂带的功效就显得比较单一，这种传统的普通磨料制成的切割、打磨工具，存在使用寿命极短、硬度低，耐磨性差，加工效率低的问题，在金属加工过程中，经常需要停机对切割、打磨工具进行更换，生产效率较低，且在要完成一种工件的磨削，必须更换几次不同性能的砂带，才能达到预想的效果，传统的磨料在加工过程中粉尘污染严重，不利于工人的健康；同时，对制造工具的原料矿产资源也是一种极大的浪费。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种超硬耐磨的聚合磨料生产工艺，该生产工艺简单易行，生产出的磨料有优良的硬度和耐磨性，使用寿命长，加工效率高，有效降低了成本。
5.本发明解决以上技术问题的技术方案是：一种超硬耐磨的聚合磨料生产工艺，具体包括以下步骤：（1）将磨料原料混合均匀制成磨料微粉；磨料原料包括陶瓷结合剂超硬磨料、普通磨料及添加剂，按质量比计：添加剂8
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12%，普通磨料：30
‑
40%，余量为陶瓷结合剂超硬磨料，以上各组分之和为100%；普通磨料为白刚玉、锆刚玉及棕刚玉的混合物，颗粒度为60
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200目；添加剂为碳化硅、纳米碳化钒、碳氮化钛及结合剂的混合物；（2）向步骤（1）的磨料微粉中加入结合剂，然后放入高频震动筛，混合均匀，球磨，经粘结、固化、粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料。
6.本发明进一步限定的技术方案为：前述超硬耐磨的聚合磨料生产工艺中，结合剂为聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂及酚醛树脂的混合物，按质量比计聚酰胺树脂：聚酰亚胺树脂：酚醛树脂=1:2:3。
7.前述超硬耐磨的聚合磨料生产工艺中，陶瓷结合剂超硬磨料的制备具体为：将纳米陶瓷粉液体、超硬磨料和聚乙酸乙烯酯混合，放入模具中，在100
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150mpa压力下干压成毛坯；
将毛坯至于150
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200℃下烘干，然后再进行破碎、过筛，得到陶瓷结合剂超硬磨料。
8.技术效果，该纳米陶瓷粉液体使用的是5～8nm的陶瓷粉，该陶瓷粉是将粒径稍大的纳米陶瓷粉经过层层深加工筛选出来的，具有明显的纳米蓝相，纳米陶瓷粉透明液体与其他配料搅拌均匀，可以大大提高磨料的硬度、尺寸稳定性、致密性、断裂韧性和耐磨性能，后续混合物料混合均匀通过球磨机深度粉碎，很好的保持磨料硬度高、耐磨度高等优异性能，避免传统烧结工艺得到的抛光磨料脆性高的缺点。
9.前述超硬耐磨的聚合磨料生产工艺中，超硬磨料为立方氮化硼。
10.前述超硬耐磨的聚合磨料生产工艺中，立方氮化硼为粒度为0.0001
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1mm的粉体。
11.前述超硬耐磨的聚合磨料生产工艺中，步骤（1）将磨料原料混合均匀具体为：先研磨混合40
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45min，再筛混4
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5次。
12.前述超硬耐磨的聚合磨料生产工艺中，步骤（2）混合物料混合均匀后采用球磨机球磨分散20
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25min。
13.技术效果，混合物料采用球磨机进行深度粉碎，后续结合过筛得到聚合磨料，得到的磨料比现有技术的烧结工艺得到的抛光磨料具有明显的优异性能，大大提高抛光磨料的硬度、尺寸稳定性、致密性、断裂韧性和耐磨性能，克服了传统烧结工艺得到的磨料脆性高的缺点。
14.前述超硬耐磨的聚合磨料生产工艺中，步骤（2）固化处理的方法为： 将混合物料均匀放置于烘箱中，从室温在1
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2h升至150
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200℃， 保温10h后降温。
15.本发明的有益效果是：本发明磨料原料包括陶瓷结合剂超硬磨料、普通磨料及添加剂将其进行复配，所得磨料具有较高的硬度和韧性，磨削能力强、效率高；具有良好的耐磨性、热稳定性及化学稳定性，其使用寿命比现有技术的磨料长5～6倍；相比于普通的单一的刚玉磨料、碳化硅磨料，其在硬度和韧性，磨削能耐磨性、热稳定性及化学稳定性方面都极具竞争力；同时，使用该磨料加工过程中扬尘少，避免了对环境空气的污染；适用于金属切割、打磨等加工过程，本发明的制备方法，工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。
16.结合剂对磨粒的把持强度对超硬磨料砂轮的使用寿命和使用性能影响较大，若结合剂对磨粒把持强度较大，则在磨削加工过程中，砂轮表层参与加工的磨料磨钝后不能及时脱落，位于结合剂内部的新磨粒不能及时出露，引起磨削温度过高，出现磨削烧伤现象，且加工效率大大降低；若结合剂对磨粒的把持力较小，磨料还没有充分被利用就从砂轮表层上脱落，砂轮的形状精度难以保证，同时，砂轮的使用寿命大大缩短。为保证超硬磨料使用寿命，通常是采用提高结合剂对磨料的把持强度的方式，在磨削过程中通过对砂轮磨料层进行修整，提高其锋利度，但是砂轮的磨料层有相当一部分都消耗在修整过程中，因此，结合剂对磨料的把持强度和磨料的消耗速度的匹配是影响超硬砂轮使用性能和使用寿命的关键因素，本发明的结合剂为聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂及酚醛树脂的混合物，能够扬长避短，很好的提高磨料把持强度，用酰胺树脂、聚酰亚胺树脂及酚醛树脂作为结合剂，提高了磨料的韧性和耐磨性能， 改善了后续应用在砂轮上，砂轮在加工工件过程中的抗震减震性能，提高了工件的质量。
17.将本发明的磨料应用于超硬材料涂附磨具后，样品具有两大明显优势：
①
磨削效率高。与目前市场上使用的传统砂带制品相比，磨削效率提高50%以上；
②
抛光效果好耐磨
性高。使用本产品研磨加工后，不锈钢表面粗糙度可达到50nm以下，技术指标达到国际领先水平。
具体实施方式
18.实施例1本实施例提供一种超硬耐磨的聚合磨料生产工艺，具体包括以下步骤：（1）将磨料原料混合均匀制成磨料微粉；磨料原料包括陶瓷结合剂超硬磨料、普通磨料及添加剂，按质量比计：添加剂8%，普通磨料：40%，余量为陶瓷结合剂超硬磨料，以上各组分之和为100%；普通磨料为白刚玉、锆刚玉及棕刚玉的混合物，颗粒度为150目；添加剂为碳化硅、纳米碳化钒、碳氮化钛及结合剂的混合物，按质量比计碳化硅：纳米碳化钒：碳氮化钛：结合剂=3:1:1:2；（2）向步骤（1）的磨料微粉中加入结合剂，然后放入高频震动筛，混合均匀，用球磨机球磨分散20min，经粘结、然后将混合物料均匀放置于烘箱中，从室温在1h升至150℃，保温10h后降温、粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料。
19.在本实施例中，结合剂为聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂及酚醛树脂的混合物，按质量比计聚酰胺树脂：聚酰亚胺树脂：酚醛树脂=1:2:3。
20.在本实施例中，陶瓷结合剂超硬磨料的制备具体为：将纳米陶瓷粉液体、超硬磨料和聚乙酸乙烯酯混合，放入模具中，在100mpa压力下干压成毛坯；超硬磨料为立方氮化硼，立方氮化硼为粒度为0.0009mm的粉体；将毛坯至于150℃下烘干，然后再进行破碎、过筛，得到陶瓷结合剂超硬磨料。
21.在本实施例中，步骤（1）将磨料原料混合均匀具体为：先研磨混合40min，再筛混4次。
22.测试结果： 抗弯强度：90.1mpa；维氏硬度：4.4gpa；密度：3.9g/mm3。
23.实施例2本实施例提供一种超硬耐磨的聚合磨料生产工艺，具体包括以下步骤：（1）将磨料原料混合均匀制成磨料微粉；磨料原料包括陶瓷结合剂超硬磨料、普通磨料及添加剂，按质量比计：添加剂12%，普通磨料：30%，余量为陶瓷结合剂超硬磨料，以上各组分之和为100%；普通磨料为白刚玉、锆刚玉及棕刚玉的混合物，颗粒度为200目；添加剂为碳化硅、纳米碳化钒、碳氮化钛及结合剂的混合物，按质量比计碳化硅：纳米碳化钒：碳氮化钛：结合剂=3:1:1:2；（2）向步骤（1）的磨料微粉中加入结合剂，然后放入高频震动筛，混合均匀，用球磨机球磨分散25min，经粘结、然后将混合物料均匀放置于烘箱中，从室温在2h升至200℃，保温10h后降温、粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料。
24.在本实施例中，结合剂为聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂及酚醛树脂的混合物，按质量比计聚酰胺树脂：聚酰亚胺树脂：酚醛树脂=1:2:3。
25.在本实施例中，陶瓷结合剂超硬磨料的制备具体为：
将纳米陶瓷粉液体、超硬磨料和聚乙酸乙烯酯混合，放入模具中，在150mpa压力下干压成毛坯；超硬磨料为立方氮化硼，立方氮化硼为粒度为1mm的粉体；将毛坯至于200℃下烘干，然后再进行破碎、过筛，得到陶瓷结合剂超硬磨料。
26.在本实施例中，步骤（1）将磨料原料混合均匀具体为：先研磨混合45min，再筛混5次。
27.测试结果： 抗弯强度：92.5mpa；维氏硬度：4.6gpa；密度：4.1g/mm3。
28.实施例3本实施例提供一种超硬耐磨的聚合磨料生产工艺，具体包括以下步骤：（1）将磨料原料混合均匀制成磨料微粉；磨料原料包括陶瓷结合剂超硬磨料、普通磨料及添加剂，按质量比计：添加剂10%，普通磨料：35%，余量为陶瓷结合剂超硬磨料，以上各组分之和为100%；普通磨料为白刚玉、锆刚玉及棕刚玉的混合物，颗粒度为90目；添加剂为碳化硅、纳米碳化钒、碳氮化钛及结合剂的混合物；（2）向步骤（1）的磨料微粉中加入结合剂，然后放入高频震动筛，混合均匀，用球磨机球磨分散23min，经粘结、然后将混合物料均匀放置于烘箱中，从室温在1.5h升至180℃，保温10h后降温、粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料。
29.在本实施例中，结合剂为聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂及酚醛树脂的混合物，按质量比计聚酰胺树脂：聚酰亚胺树脂：酚醛树脂=1:2:3。
30.在本实施例中，陶瓷结合剂超硬磨料的制备具体为：将纳米陶瓷粉液体、超硬磨料和聚乙酸乙烯酯混合，放入模具中，在130mpa压力下干压成毛坯；超硬磨料为立方氮化硼，立方氮化硼为粒度为0.002mm的粉体；将毛坯至于190℃下烘干，然后再进行破碎、过筛，得到陶瓷结合剂超硬磨料。
31.在本实施例中，步骤（1）将磨料原料混合均匀具体为：先研磨混合43min，再筛混4次。
32.测试结果： 抗弯强度：92.9mpa；维氏硬度：4.6gpa；密度：4.2g/mm3。
33.采用现有技术对实施例1～3的磨料进行测试，可见本发明的磨料抗弯强度和致密程度和硬度都达到的比较好的水平。
34.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。