关于多孔金属结合剂金刚石砂轮的成孔机理及制备方法的介绍

发布者:金锐 发布时间:2017/12/2 9:27:02 阅读:

    金属结合剂金刚石砂轮与树脂结合剂金刚石砂轮和陶瓷结合剂金刚石砂轮相比,具有成型密度高,组织致密,韧性好,耐磨性好等特点,多用来加工金属间化合物、高温合金、工程陶瓷、硬质合金和宝石等难加工材料。

    粉末冶金法制备的金属结合剂金刚石砂轮中的气孔按照生成机理可分为间隙孔和生成孔。间隙孔是烧结过程中由于原子迁移、烧结颈的形成与长大、闭孔球化之后,通过延长烧结时间也无法完全消除的少量闭孔隙;生成孔是添加成孔剂后,在烧结过程中成孔剂分解、挥发、溶解而形成的孔或者是在使用过程中成孔剂溶解或破碎而形成的孔。故生成孔取决于成孔剂的类型、颗粒形状和加入量等。而在多孔金属结合剂金刚石砂轮的成孔方法大多借鉴多孔陶瓷结合剂砂轮和多孔金属材料的成孔方法。目前常用的制备方法有以下几种:

    (一)高温分解或挥发物造孔

    J.B.Mao等用白砂糖做成孔剂制备陶瓷结合剂CBN砂轮,研究表明糖含量不仅影响孔隙率还影响孔的形状、大小和分布。糖含量从3%增加到5%,孔隙率从26.1%增加到31.9%,试样抗弯强度从51MPa降低到22MPa。糖含量在1%~3%时,生成孔小而且分布均匀;糖含量在5%~7%时,生成孔大且不均匀,产生大量孔隙通道,强度大大降低。糖含量达到9%时,节块严重变形或开裂。X.F.Lv等用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)做成孔剂制备陶瓷结合剂CBN砂轮。PMMA的热分解温度在250℃到400℃之间,PMMA做成孔剂成的孔比用活性炭做成孔剂成的孔更均匀,孔的形状也更接近于球形。PMMA做成孔剂试样的抗弯强度和洛氏硬度均比用活性炭高。PMMA的含量从0增加到8%,试样孔隙率从36.5%增加到43.5%,抗弯强度从90MPa减小到59.7MPa,而加8%活性炭的试样抗弯强度仅为38.6MPa。原因是活性炭成孔不规则产生缺陷,易造成应力集中,导致强度下降。这种方法的缺点是孔大小、形状、分布不易控制,易导致磨具膨胀、开裂。李养帅等在铝青铜胎体中添加2%的TiH2之后,铝青铜胎体的力学性能显著提高。TiH2高温分解之后能起到造孔剂的作用,同时TiH2分解之后产生的Ti原子具有较高的活性,能与Cu形成固溶体,也能与金刚石反应生成碳化物,提高磨具强度。

    (二)可溶(熔)性盐类物质造孔

    侯永改等使用一种可溶性盐类做成孔剂制备陶瓷结合剂CBN磨具。这种成孔剂在磨具磨削过程中可溶解于水溶性冷却液中,而在自身占据的位置形成气孔。这种方法的缺点是砂轮吸水后容易变形,影响砂轮的质量。贾宝强采用熔(溶)盐-脱盐法制备金属通孔材料,将模压成型块860~880℃预烧结保温2h,在950℃~1000℃保温0.5h将BaCl2熔融脱掉,在1150℃保温烧结0.5h,制备出多孔镍材料;将模压成型块在720~730℃预烧结保温2h,在950℃保温烧结1h后随炉冷却至室温,再经100℃蒸馏水中煮沸1h将NaCl溶解脱掉,制备出多孔铜镍合金多孔材料。这种方法过程繁琐,并且熔(溶)盐不容易完全脱去。

    (三)超临界萃取成孔剂造孔

    TimothyD.Davis等用超临界CO2萃取成孔剂联二苯制备多孔陶瓷砂轮。使用此方法不会损伤磨具的微观结构,避免了传统成孔剂在烧结过程中易造成磨具膨胀、开裂等缺陷。萃取温度295~338K,压力8.8~27.6MPa,CO2流量3.4´10-5KgS-1和7.5´10-5KgS-1。实验结果表明:萃取效果受温度和CO2流量影响较大,基本不受压力和成孔剂颗粒大小的影响。萃取制备的多孔砂轮与传统砂轮性能相似,但在高金属切除率环境下,萃取多孔砂轮表现出更好的性能,并且孔径大的砂轮比孔径小的砂轮性能好。这种方法的缺点是过程复杂,成本较高。

    (四)陶瓷空心球造孔

    W.F.Ding等用Al2O3空心球作成孔剂,石墨作添加剂,在真空度小于1´10-2、压力440MPa、烧结温度880℃条件下保温30min制备了以Cu-Sn-Ti合金为结合剂的多孔CBN砂轮。使用高温分解的物质作成孔剂制得的多孔金属结合剂砂轮,孔的大小、形状、分布不易控制,而用Al2O3空心球作成孔剂便可有效克服以上问题。在磨削过程中,Al2O3空心球破碎,形成孔隙,使砂轮具有更大的容屑空间。当节块的孔隙率从8%增加到45%时,节块的抗弯强度从103MPa减小到51MPa。考虑到孔隙率对容屑能力和抗弯强度的影响,孔隙率的最佳范围为8~28%,Al2O3空心球的质量分数在5~20%之间。选取难磨材料镍高温合金做磨削试验,结果发现在相同条件下,多孔金属结合剂CBN砂轮陶瓷结合剂砂轮具有更高的抗弯强度、低的磨削力和磨削能。刘明耀等采用铜粉、锡粉、钴粉、镀钛金刚石为原料,以陶瓷空心球做成孔剂制备多孔金属结合剂金刚石砂轮,可避免以水溶性盐类物质做造孔剂时易吸水影响砂轮质量,以低熔点物质做造孔剂压制压力小使强度低等缺点。添加适量的陶瓷空心球的多孔砂轮在磨削YG8硬质合金时表现出很好的锋利性和自锐性。添加3.75%质量分数的陶瓷空心球砂轮的磨削效率最高,比致密砂轮提高了43%。

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