CN110484206A - 一种立方氮化硼磨料表面处理方法 - Google Patents

一种立方氮化硼磨料表面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种立方氮化硼磨料表面处理方法，包括以下步骤：高温粗化 先向立方氮化硼磨料中加入强碱粉末，再加热至400℃～600℃，并恒温30～60 min，获得立方氮化硼磨料粗化前驱体，其中，所述立方氮化硼磨料经过提纯处理；中和处理 所述立方氮化硼磨料粗化前驱体先用水清洗至中性，再用酸性溶液浸泡进行中和处理，然后再用水洗至中性，干燥，得到粗化过的立方氮化硼磨料成品。上述方法主要利用强碱粉末在高温下腐蚀所述立方氮化硼磨料的表面，以粗化所述立方氮化硼磨料的表面，从而达到增加其表面粗糙度，降低其在使用过程中与工件界面的热阻的目的。

Description

一种立方氮化硼磨料表面处理方法
技术领域
本发明涉及超硬材料表面处理技术领域，具体涉及一种立方氮化硼磨料表面处理方法。
背景技术
立方氮化硼(CBN)具有高硬度、高热稳定性和高化学惰性，是用于黑色金属材料精密加工、研磨和抛光，复合材料及耐磨增强材料等领域的理想材料。
立方氮化硼通常作为抛光工件的磨料，但由于立方氮化硼颗粒表面比较光滑，表面不锋利，在使用过程中与工件界面具有较大热阻，以及工件表面光洁度还有待进一步提高，这些问题在立方氮化硼磨料的应用过程中亟待解决，立方氮化硼磨料表面处理技术是解决这些问题的有效手段。
发明内容
有鉴于此，本发明确有必要提供一种立方氮化硼磨料表面处理方法，以粗化立方氮化硼磨料的表面，增加立方氮化硼磨料的表面粗糙度，降低其在使用过程中与工件界面的热阻。
为此，本发明提供一种立方氮化硼磨料表面处理方法，包括以下步骤：
高温粗化先向立方氮化硼磨料中加入强碱粉末，再加热至400℃～600℃，并恒温30～60min，获得立方氮化硼磨料粗化前驱体，其中，所述立方氮化硼磨料经过提纯处理；
中和处理所述立方氮化硼磨料粗化前驱体先用水清洗至中性，再用酸性溶液浸泡进行中和处理，然后再用水洗至中性，干燥，得到粗化过的立方氮化硼磨料成品。
其中，所述高温粗化的目的主要是在保证所述立方氮化硼磨料机械性能的情况下，粗化所述立方氮化硼磨料的表面，所以，在该步骤中，所述立方氮化硼磨料高温粗化温度限定在400℃～600℃。若所述立方氮化硼磨料高温粗化温度低于400℃，则所述立方氮化硼磨料的表面基本不能被腐蚀，即所述立方氮化硼磨料的表面不能被粗化；若所述立方氮化硼磨料高温粗化温度高于600℃，则所述立方氮化硼磨料的表面腐蚀严重，如此，立方氮化硼磨料的损耗也比较大，更重要的是，所述立方氮化硼磨料的冲击韧性和热冲击韧性等性能会下降，使得所述立方氮化硼磨料不再适合用于抛光工件。
基于上述，所述高温粗化步骤中，所述强碱粉末和所述立方氮化硼磨料的质量比为3～8︰1。优选地，所述强碱粉末和所述立方氮化硼磨料的质量比为3:1、4:1、5:1、6:1、7:1或8:1等。
基于上述，所述强碱粉末为氢氧化钠粉末或氢氧化钾粉末。
基于上述，所述酸性溶液为盐酸溶液或硫酸溶液。所述中和处理的步骤的主要目的是去除经过所述高温粗化处理后的立方氮化硼磨料粗化前驱体上残留的强碱，所以，用所述酸性溶液浸泡水洗后的立方氮化硼磨料粗化前驱体的目的也是主要用来去除其表面残留的强碱的。
基于上述，所述中和处理的步骤包括：所述立方氮化硼磨料粗化前驱体用水清洗至中性之后，先用质量百分浓度为20％～38％的盐酸溶液浸泡，再用水清洗所述盐酸溶液浸泡后的立方氮化硼磨料粗化前驱体至中性，然后干燥，得到所述粗化过的立方氮化硼磨料成品。其中，所述中和处理的步骤中采用盐酸溶液作为酸性溶液，不仅可以降低处理成本，而且由于盐酸溶液不容易残留在所述立方氮化硼磨料粗化前驱体的表面，更重要的是，用盐酸溶液清洗过程中不会放出热量，更加安全。
基于上述，所述立方氮化硼磨料经过提纯处理的方法包括：先对立方氮化硼烧结颗粒进行摇床摇选除杂处理，再进行酸碱提纯处理，然后进行烘干筛选处理，得到所述立方氮化硼磨料。
基于上述，所述立方氮化硼磨料为单晶立方氮化硼磨料或多晶立方氮化硼磨料。
本发明提供的上述立方氮化硼磨料表面处理方法主要利用强碱粉末在高温下可以腐蚀经过提纯处理的所述立方氮化硼磨料的表面，以粗化所述立方氮化硼磨料的表面，从而达到增加立方氮化硼磨料的表面粗糙度，降低立方氮化硼磨料在作为磨料使用过程中与工件界面的热阻的目的，进而延长立方氮化硼磨料的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的立方氮化硼磨料表面处理前的电镜扫描照片图。
图2为本发明实施例1提供的立方氮化硼磨料表面处理后的电镜扫描照片图。
图3为本发明实施例2提供的立方氮化硼磨料表面处理前的电镜扫描照片图。
图4为本发明实施例2提供的立方氮化硼磨料表面处理后的电镜扫描照片图。
图5为本发明实施例3提供的立方氮化硼磨料表面处理前的电镜扫描照片图。
图6为本发明实施例3提供的立方氮化硼磨料表面处理后的电镜扫描照片图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本发明实施例提供一种立方氮化硼磨料表面处理方法，包括以下步骤：
提纯处理 先对立方氮化硼烧结块破碎后的颗粒进行摇床摇选处理，以除去其中95％的杂质；采用浓度为25％、温度为150℃～240℃的氢氧化钠溶液中浸泡4h，然后进行过滤、水洗处理至中性，并烘干；采用浓度为23％的盐酸溶液中浸泡8h，然后进行过滤、水洗处理至中性，并烘干，获得如图1所示的立方氮化硼磨料；该步骤的主要目的是对烧结的立方氮化硼进行提纯处理；
高温粗化 将1kg所述立方氮化硼磨料和3kg氢氧化钾粉末置于不锈钢容器中；将所述不锈钢容器在电炉内进行加热至400℃，并在400℃保温60min，得到立方氮化硼磨料粗化前驱体；
中和处理 先用水清洗所述立方氮化硼磨料粗化前驱体至中性，然后加入2L浓度38％的浓盐酸浸泡2h；用水将经过盐酸浸泡后的立方氮化硼磨料粗化前驱体洗至中性，然后进行干燥，得到如图2所示的粗化过的立方氮化硼磨料成品。
实施例2
本发明实施例提供一种立方氮化硼磨料表面处理方法，包括以下步骤：
提纯处理 先对立方氮化硼烧结块破碎后的颗粒进行摇床摇选处理，以除去其中95％的杂质；采用浓度为25％、温度为150℃～240℃的氢氧化钠溶液中浸泡4h，然后进行过滤、水洗处理至中性，并烘干；采用浓度为23％的盐酸溶液中浸泡8h，然后进行过滤、水洗处理至中性，并烘干，获得如图3所示的立方氮化硼磨料；
高温粗化 将1kg所述立方氮化硼磨料和5kg氢氧化钾粉末置于不锈钢容器中；将所述不锈钢容器在电炉内进行加热至500℃，并在500℃保温45min，得到立方氮化硼磨料粗化前驱体；
中和处理 先用水清洗所述立方氮化硼磨料粗化前驱体至中性，然后加入2L浓度36.5％的盐酸浸泡3h；将经过盐酸浸泡后的立方氮化硼磨料粗化前驱体用水清洗至中性，然后进行干燥，得到如图4所示的粗化过的立方氮化硼磨料成品。
实施例3
本发明实施例提供一种立方氮化硼磨料表面处理方法，包括以下步骤：
提纯处理 先对立方氮化硼烧结块破碎后的颗粒进行摇床摇选处理，以除去其中95％的杂质；采用浓度为25％、温度为150℃～240℃的氢氧化钠溶液中浸泡4h，然后进行过滤、水洗处理至中性，并烘干；采用浓度为23％的盐酸溶液中浸泡8h，然后进行过滤、水洗处理至中性，并烘干，获得如图5所示的立方氮化硼磨料；
高温粗化 将1kg所述立方氮化硼磨料和8kg氢氧化钾粉末置于不锈钢容器中；将所述不锈钢容器在电炉内进行加热至600℃，并在600℃保温30min，得到立方氮化硼磨料粗化前驱体；
中和处理 先用水清洗所述立方氮化硼磨料粗化前驱体至中性，然后加入2L浓度20％的盐酸浸泡5h；用水将经过盐酸浸泡后的立方氮化硼磨料粗化前驱体洗至中性，然后进行干燥，得到如图6所示的粗化过的立方氮化硼磨料成品。
性能测试
以经过上述实施例1至3以及对比例1和2提供的处理方法前后的立方氮化硼磨料作为样品，并对样品性能进行测试，以进一步阐释本发明的技术方案。
其中，对比例1提供的处理方法该处理方法与实施例1提供的处理方法基本相同，不同之处主要在于：对比例1中的高温粗化步骤中的粗化温度为300℃。
对比例2提供的处理方法该处理方法与实施例1提供的处理方法基本相同，不同之处主要在于：对比例1中的高温粗化步骤中的粗化温度为800℃。
1)表面粗糙度 采用佳能canoscan995扫描仪对上述样品的表面粗糙度进行测试，测试结果如下表1所示。
表1立方氮化硼磨料表面处理前后的表面粗糙度表
样品 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
处理前表面粗糙度/Ra 9.35 9.34 9.41 9.34 9.35
处理后表面粗糙度/Ra 9.95 9.87 10.03 9.35 10.24
粗糙度改变率/％ 6.42 5.67 6.59 0.1 9.52
2)采用国家现行标准测试上述样品的冲击韧性(Ti)及热冲击韧性(Tti)，测试结果如下表2所示。
表2立方氮化硼磨料表面处理前后的机械性能表
从表1中可以看出：对比例1的表面粗糙度、冲击韧性及热冲击韧性经过表面处理前后变化不大；对比例2的表面粗糙度改变率达到9.5％以上，冲击韧性及热冲击韧性在经过表面处理后降低比大；实施例1～3的粗糙度改变率小于7％，冲击韧性及热冲击韧性经过表面处理前后变化不大；因此，本发明实施例提供的立方氮化硼磨料表面处理方法的粗化温度限定在400℃～600℃最佳，立方氮化硼磨料经过表面处理前后虽然表面粗糙度增加，但其冲击韧性及热冲击韧性变化不明显，损耗也不大，仍能作为磨料使用。
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。

Claims (7)

1.一种立方氮化硼磨料表面处理方法，包括以下步骤：
高温粗化 先向立方氮化硼磨料中加入强碱粉末，再加热至400℃～600℃，并恒温30～60 min，获得立方氮化硼磨料粗化前驱体，其中，所述立方氮化硼磨料经过提纯处理；
中和处理 所述立方氮化硼磨料粗化前驱体先用水清洗至中性，再用酸性溶液浸泡进行中和处理，然后再用水洗至中性，干燥，得到粗化过的立方氮化硼磨料成品。
2.根据权利要求1所述的立方氮化硼磨料表面处理方法，其特征在于，所述高温粗化步骤中，所述强碱粉末和所述立方氮化硼磨料的质量比为3～8︰1。
3.根据权利要求1或2所述的立方氮化硼磨料表面处理方法，其特征在于，所述强碱粉末为氢氧化钠粉末或氢氧化钾粉末。
4.根据权利要求3所述的立方氮化硼磨料表面处理方法，其特征在于，所述酸性溶液为盐酸溶液或硫酸溶液。
5.根据权利要求4所述的立方氮化硼磨料表面处理方法，其特征在于，所述中和处理的步骤包括：所述立方氮化硼磨料粗化前驱体用水清洗至中性之后，先用质量百分浓度为20%～38%的盐酸溶液浸泡，再用水清洗所述盐酸溶液浸泡后的立方氮化硼磨料粗化前驱体至中性，然后干燥，得到所述粗化过的立方氮化硼磨料成品。
6.根据权利要求5所述的立方氮化硼磨料表面处理方法，其特征在于，所述立方氮化硼磨料经过提纯处理的方法包括：先对立方氮化硼烧结颗粒进行摇床摇选除杂处理，再进行酸碱提纯处理，然后进行烘干筛选处理，得到所述立方氮化硼磨料。
7.根据权利要求1所述的立方氮化硼磨料表面处理方法，其特征在于，所述立方氮化硼磨料为单晶立方氮化硼磨料或多晶立方氮化硼磨料。
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