CN102250581A

CN102250581A - 金刚石微粉研磨液循环硬磨剂及其制备和使用方法

Info

Publication number: CN102250581A
Application number: CN2011100928416A
Authority: CN
Inventors: 宗德富
Original assignee: FUXIN TIANYUAN STEEL BALL MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: FUXIN TIANYUAN STEEL BALL MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: CN102250581B

Abstract

本发明涉及一种金刚石微粉研磨液循环硬磨剂及其制备方法，以及涉及将该金刚石微粉研磨液循环硬磨剂用于研磨氮化硅球、氧化锆球、碳化钨球、合金球等高精度、高附加值产品的应用。该硬磨剂包括适当比例的化工原料苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠，其特征在于，所述硬磨剂还包括颗粒度≤0.1μm的W1.0金刚石微粉，所述硬磨剂与水混合制成混合液，以用于在研磨工艺中循环使用。该金刚石微粉研磨液循环硬磨剂通常应用于精研I和精研II中，有利地提高了氮化硅球等的表面光洁度和尺寸精度，以及提高磨削效率。

Description

金刚石微粉研磨液循环硬磨剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种研磨剂，更特别地，涉及一种金刚石微粉研磨液循环硬磨剂及其制备方法，以及涉及将金刚石微粉研磨液循环硬磨剂用于研磨氮化硅球、氧化锆球、碳化钨球、合金球等高精度、高附加值产品的应用。

背景技术

我们已经知道氮化硅(Si₃N₄)是二十一世纪最新型环保材料，由其制成的氮化硅球是轴承的重要零件，其对轴承的寿命、精度、震动和运转特性有极大影响。氮化硅球由于其具有高硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、质量轻、寿命长(是金属球使用寿命的6倍)等性能，是未来发展的主要方向。

然而，由于氮化硅材料硬度高、韧性较差，氮化硅球的加工周期较长，球的表面光洁度和粗糙度难以达到期望标准，划伤或啃伤严重，生产成本较高。

目前，高精度、精密无异音氮化硅微型球(例如0.2-0.8mm)的加工方法及其特殊性，在高精度微型轴承行业中有着非常重要的地位，随着IT行业、电子行业、精密仪表、能源环境等产业的迅猛发展，对这种高精度、精密无异音氮化硅微型球的需求越来越多。

由于球体形状的零件，其整个表面既是工作面、又是加工中的支撑面，因此对研磨球体零件的工艺水平要求非常高。

现有技术已经公开了很多研磨氮化硅球的相关技术。

王魁久等人的发明专利CN1113931A公开了陶瓷球的加工工艺及其设备，其中采用人造金刚石、天然金刚石粉、白刚玉、棕刚玉或立方氮化硼、氧化铬、氧化铁作为磨料；采用煤油、锭子油、机油中的两种或三种按一定比例配制成乳化液，并与粒度在100-0.08μm之间的磨料进行混磨制成研磨剂，并经过滤后使用。在钢球研磨机上对直径为2-60mm的陶瓷球进行加工。然而，该专利的陶瓷球的划伤和啃伤较严重，生产成本较高。

王作山的发明专利CN101049676A公开了一种G3级氮化硅球加工工艺，该工艺通过采用下述步骤来加工出直径小于16mm的G3级氮化硅球：a)消除毛坯工件内应力；b)粗磨；c)初研；d)精研；e)超精研；f)提光处理；和g)将加工好的氮化硅球取出洗净、选择并进行包装。在上述加工步骤中，在步骤b)、c)、d)、e)中加入的油剂是柴油；b)、c)、d)中的混磨剂是由不同工序中的不同粒度的磨料和硬脂酸按重量比1/2～3/4在混磨机上充分研磨制成，并且每隔30～60分钟添加一次混磨剂。通过该方法加工后的氮化硅球表面光亮，球批直径变动0.09～0.11μm，球直径变动量小于0.08μm，球形误差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.005μm，圆度0.03～0.05μm，综合性能指标达到G3级精度要求。但是，该文献CN101049676A的工艺加工周期太长，不适合批量化生产的需要，而且球在加工过程中的划伤或啃伤较严重问题也未得到解决。

张伟儒等人的发明专利CN101486145公开了一种陶瓷轴承球的加工方法，其中以碳化硼、氮化硅、碳化钨、刚玉、金刚石微粉、金刚石油膏等为磨料，以氧化铬、氧化钴、氧化铁、氧化铈为助磨剂，以煤油、汽油、酒精等为研磨介质，利用立式轴承球研磨机并进行加工压力释放，从而实现轴承球低应力精密加工。该文献提出：可针对氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等材料的不同特点，调整磨料、助磨剂和研磨介质的种类和配比，细化和改善加工工艺，从而有效缩短陶瓷球加工周期以及提高陶瓷球的表面加工精度。

虽然在专利文献CN1113931和CN101486145中公开了利用天然金刚石粉或金刚石微粉作为磨料进行加工。然而，上述专利文献主要是利用金刚石材质较硬的性能而将其作为在磨削加工中起切削作用的磨料。

本申请人对金刚石微粉作了更为深入的研究，结果表明：金刚石微粉是一种超硬精细磨料，从电镜资料分析，金刚石微粉粒度均匀，其最小颗粒度为0.15μm，最大颗粒度为0.7μm，大于0.5μm的颗粒相对几率较低，微粉的纯度较高，符合W1.0的牌号标准。电镜结果显示的微粉形貌较好，特别是在放大1600倍电镜下尤如一颗颗的“鱼子”形。在2000倍的电镜下显示出多粒的“鱼子”团聚状，在3000倍下更清晰可见微粉团聚的链形。在研磨过程中，W1.0金刚石微粉可以大大提高研磨液的附着力。

发明内容

因此，申请人充分利用了W1.0金刚石微粉在研磨过程中可以提高研磨液的附着力的机理，在对氮化硅球进行研磨的研磨液中加入适量W1.0金刚石微粉，从而在氮化硅球表面形成一层保护膜，以有效地阻止氮化硅球在研磨过程中被划伤或啃伤，从而有效地提高氮化硅球的光洁度和尺寸精度，以及提高磨削效率。

本发明提供了一种金刚石微粉研磨液循环硬磨剂，该硬磨剂包括按比例混合的化工原料苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠，其特征在于，所述硬磨剂还包括适量的W1.0金刚石微粉，所述硬磨剂与水混合制成混合液，以用于在研磨工艺中循环使用。

在硬磨剂中，化工原料苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠之间的重量百分比分别为3％、39％、25％、2％、6％、16％和9％。

W1.0金刚石微粉相对于硬磨剂中其它化工原料的重量百分比不大于8％，优选地在3％至6％之间，更优选为5％。

W1.0金刚石微粉用于在研磨过程中提高研磨液的附着力；苯甲酸钠用于使金刚石微粉均匀地飘浮在液体中；油酸用于切削氮化硅球体；氢氧化钠用于软化氮化硅球表面；消泡剂和磷酸三钠用于综合消除泡沫；亚硝酸钠起防腐蚀作用；以及清洗剂用于清洗球屑。

本发明还提供了一种制备金刚石微粉研磨液循环硬磨剂的方法，包括下述步骤：1)先用清水冲刷搅拌池，然后装入清水50KG；2)启动加热器，将水加热至50℃-60℃；3)将苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠按3％、39％、25％、2％、6％、16％、9％的重量百分比称重，并加入适量的W1.0金刚石微粉，它们的总重量为13.8Kg，然后将它们装入搅拌池中；4)关闭加热开关，启动搅拌开关，将原料搅动30分钟以使其混合均匀；5)关闭搅拌开关，将水加至100KG水位线；6)再次启动搅拌开关，搅拌15分钟后停止；以及7)进行冷却，之后将形成的硬磨剂装入用于装硬磨剂的空桶内。

本发明还提供了将金刚石微粉研磨液循环硬磨剂用于研磨氮化硅球、氧化锆球、碳化钨球、合金球等高精度、高附加值产品的应用。

金刚石微粉研磨液循环硬磨剂在上述球体的精研步骤中循环使用。

与现有技术的磨削剂相比，利用本发明的硬磨剂进行研磨带来如下益处：

1)金刚石微粉均匀地漂浮在溶剂中，可循环使用。

2)可比其它研磨液提高磨削效率30％以上，原因是金刚石微粉均匀飘浮在溶剂中，在2000倍放大镜下呈不规则形状，最大颗粒度≤0.1μm，并且在各种化学成分的综合利用下，得到了优良的磨削效果。

3)在各化学成分综合作用下，可形成一种保护层，可确保球体在研磨过程中，球体表面零缺陷，克服以前球面划伤、啃伤等弊病。

4)可提高球体的尺寸精度(μm)、表面粗糙度(Ra)和振动值(dB)，达到国际标准GB308-84-ISO 3290-2008(E)-SANDARD、美国标准AFBMA-STANDARD 10-2008-USA、德国标准DIN 5401(GERMANY)G3-G5级的精度等级。例如，用本发明的硬磨剂所加工的直径0.4mm氮化硅球光洁度能达到国际标准G5级的标准，即光洁度(○)≤0.003μ，球圆度达到0.1μm。

5)功效高。经过反复试验，在磨削氮化硅球的工艺中比传统的磨削方法提高3-5倍。

6)由于利用超硬金刚石微粉循环研磨，可提高磨球板使用效率2-3倍。

附图说明

下面将参照附图以举例的方式描述本发明，附图中：

图1示出了本发明的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂中除金刚石微粉之外的各成分的重量百分比。

具体实施方式

图1示出了本发明的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂中除金刚石微粉之外的各成分的重量百分比。如图1所示，在该硬磨剂中，化工原料苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠之间的重量百分比分别为3％、39％、25％、2％、6％、16％和9％。

该硬磨剂还包括适量的W1.0金刚石微粉，W1.0金刚石微粉相对于硬磨剂中其它化工原料的重量百分比不大于8％，优选地在3％至6％之间，更优选为5％。

在该硬磨剂中，苯甲酸钠起飘浮金刚石微粉(金刚石微粉的颗粒度≤0.1μm，均匀分布在液体中，也称为W1.0金刚石微粉)的作用；磷酸三钠是各种化学元素的中间体；油酸起切削氮化硅球体的作用；氢氧化钠起到软化氮化硅球表面的作用；消泡剂和磷酸三钠起综合消除泡沫的作用；亚硝酸钠起防腐蚀的作用；以及清洗剂起清洗球屑的作用。

下面说明金刚石微粉研磨液循环硬磨剂的制备方法，包括下述步骤：1)先用清水冲刷搅拌池，然后装入清水50KG；2)启动加热器，将水加热至50℃-60℃；3)将苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠按3％、39％、25％、2％、6％、16％、9％的重量百分比称重，并加入适量的W1.0金刚石微粉，它们的总重量为13.8Kg，然后将它们装入搅拌池中；4)关闭加热开关，启动搅拌开关，将原料搅动30分钟以使其混合均匀；5)关闭搅拌开关，将水加至100KG水位线；6)再次启动搅拌开关，搅拌15分钟后停止；以及7)进行冷却，之后将形成的硬磨剂装入用于装硬磨剂的空桶内。所述配置好的硬磨剂溶液用于在精研工艺中循环使用。

在本发明中，申请人利用W1.0金刚石微粉在研磨过程中可以提高研磨液的附着力的机理，在研磨液中加入适量W1.0金刚石微粉，并且在其它各化学成分的综合作用下，可在研磨过程中在氮化硅球表面形成一层保护膜，以有效地阻止氮化硅球被划伤或啃伤，从而有效地提高氮化硅球的光洁度和尺寸精度。

而且，由于金刚石微粉均匀飘浮在溶剂中且在2000倍放大镜下呈不规则形状，颗粒度≤0.1μm，并且在其它各化学成分的综合利用下，可比现有技术的研磨液提高磨削效率30％以上，因而具有优良的磨削效果。

由于金刚石微粉价格较高而且主要起提高研磨液的附着力的作用，所以金刚石微粉研磨液循环硬磨剂中仅加入适量的W1.0金刚石微粉，而且可以对该硬磨剂循环使用，以降低加工成本。

另外，由于金刚石微粉研磨液循环硬磨剂价格昂贵，只有在针对氮化硅球、氧化锆球、碳化钨球、合金球等高精度、高附加值产品进行研磨时才使用。下面仅以加工氮化硅球为例进行详细说明。

金刚石微粉研磨液循环硬磨剂在进行氮化硅球的加工时主要应用于精研I和精研II步骤中，以便提高氮化硅球表面光洁度和尺寸精度，以及提高磨削效率。

下面描述利用金刚石微粉研磨液循环硬磨剂来加工G5级直径为0.4mm无异音氮化硅微型球，其需要进行下述工艺步骤：

在加工0.4mm无异音氮化硅微型球的精研I和精研II步骤中使用金刚石微粉研磨液循环硬磨剂。

在精研I步骤中，工艺尺寸为0.405mm，加工量0.095mm，工艺要求：车板和压沟是精度好坏的关键；(1)板沟的距离要适度，沟槽的深度不能超过球径的1/3；(2)压沟时，沟道内面光滑，沟槽边缘不能出现毛刺，避免伤球，压沟时间一般需要100小时左右。(3)在以上工艺要求均达到的情况下，方可装入氮化硅球；(4)磨料：金刚石微粉研磨液循环硬磨剂。

在精研II步骤中，工艺尺寸为0.401mm，加工量0.004mm，工艺要求：(1)磨板需要用Y3的磨板，沟槽的深度不能超过球径的1/3；(2)重新车板，压沟时，沟道内面光滑，沟槽边缘不能出现毛刺，避免伤球，压沟时间要求在120小时以上；(3)压沟时，每隔1小时用毛刷清理一次铁屑，沟压好后，用煤油清洗磨板，直到板沟洁净为止；(4)压力与转数要调至最佳状态；5)磨料：金刚石微粉研磨液循环硬磨剂。

在上述精研I和精研II步骤中，由于利用超硬金刚石微粉循环研磨，还可提高磨球板使用效率2-3倍。

经过上述精研I和精研II步骤的氮化硅球可具有表1所述的性能指标：

表1：

从表1可看出：通过利用金刚石微粉研磨液循环硬磨剂，加工后的氮化硅球的表面光洁度(Ra)达到0.003μm，球圆度达到0.1μm的技术指标。(达到美国标准AFBMA-STANDARD 10-2008-USA、德国标准DIN 5401(GERMANY)以及国际标准GB308-84-ISO3290-2005(E)-SANDARD)。

此外，经过反复试验，在磨削氮化硅球的工艺中本发明的磨削方法的功效比传统磨削方法提高3-5倍。

应注意的是，本发明的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂还可用于加工氧化锆球、碳化钨球、合金球等高精度、高附加值产品。

虽然已经参照本发明的某些实施例对本发明进行了详细的说明，但是在不偏离本发明范围的情况下可以对这些实施例进行修改或改变。所附权利要求的精神和范围不应该局限于在此所包含的优选实施例的说明，而是涵盖了落入权利要求的字面或等同含义内的所有实施例。

Claims

1.一种金刚石微粉研磨液循环硬磨剂，该硬磨剂包括适当比例的化工原料苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠，其特征在于，所述硬磨剂还包括金刚石微粉，所述硬磨剂与水混合制成混合液，以用于在研磨工艺中循环使用。

2.如权利要求1所述的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂，其中，所述金刚石微粉为颗粒度小于或等于0.1μm的W1.0金刚石微粉。

3.如权利要求1或2所述的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂，其中，苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠之间的重量百分比分别为3％、39％、25％、2％、6％、16％、9％。

4.如权利要求3所述的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂，其中，金刚石微粉的量相对于硬磨剂中其它化工原料的重量百分比不大于8％，优选在3％至6％之间，更优选为5％。

5.如权利要求1或2所述的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂，其中，所述金刚石微粉用于在研磨过程中提高研磨液的附着力。

6.一种制备金刚石微粉研磨液循环硬磨剂的制备方法，包括下述步骤：

1)先用清水冲刷搅拌池，然后装入清水50KG；

2)启动加热器，将水加热至50℃-60℃；

3)将化工原料苯甲酸钠、动物油酸、清洗剂、磷酸三钠、消泡剂、亚硝酸钠和氢氧化钠按3％、39％、25％、2％、6％、16％和9％的重量百分比称重，并加入适量的W1.0金刚石微粉，它们的总重量为13.8Kg，然后将它们加入搅拌池中；

4)关闭加热开关，启动搅拌开关，将原料搅动30分钟以使其混合均匀；

5)关闭搅拌开关，将水加至100KG水位线；

6)再次启动搅拌开关，搅拌15分钟后停止；以及

7)进行冷却，之后将形成的硬磨剂装入用于装硬磨剂的空桶内。

7.如权利要求6所述的制备方法，W1.0金刚石微粉的量相对于硬磨剂中其它化工原料的重量百分比不大于8％，优选在3％至6％之间，更优选为5％。

8.如权利要求6所述的制备方法，其中，所述W1.0金刚石微粉用于在研磨过程中提高研磨液的附着力；苯甲酸钠用于使金刚石微粉均匀地飘浮在液体中；油酸用于切削氮化硅球体；氢氧化钠用于软化氮化硅球表面；消泡剂和磷酸三钠用于综合消除泡沫；亚硝酸钠用于起防腐蚀作用；以及清洗剂用于清洗球屑。

9.将如权利要求1-5中任一项所述的金刚石微粉研磨液循环硬磨剂用于研磨氮化硅球、氧化锆球、碳化钨球、合金球等高精度、高附加值球体的应用。

10.将如权利要求9所述的应用，所述金刚石微粉研磨液循环硬磨剂在所述球体的精研步骤中循环使用。