CN115890504A - 一种金属结合剂、金刚石砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属结合剂、金刚石砂轮及其制备方法，属于磨料磨具技术领域。本发明的金属结合剂，包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉10～12份，镍粉10～12份，氧化铈粉1～3份。本发明的金属结合剂，主要由钴粉、锡粉、锌粉、铜粉、镍粉和氧化铈粉组成，将本发明的金属结合剂用于制备金刚石砂轮时，可以提高金刚石砂轮的加工效率和使用寿命，避免金刚石砂轮加工蓝宝石时易出现堵塞、变钝、打滑等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属结合剂、金刚石砂轮及其制备方法，属于磨料磨具技术领域。
背景技术
目前国内市场上蓝宝石棒外圆的加工大多采用的是树脂结合剂金刚石砂轮，因这种砂轮在使用过程中普遍存在加工寿命偏短、更换频繁高、效率偏低、修整率高等问题。所以蓝宝石加工厂家都在寻找新的加工工艺来代替，在新的加工工艺中，采用金属结合剂金刚石砂轮加工蓝宝石外圆具有效率高、寿命长、更换频率低、修整率低等优点。但是，由于蓝宝石的莫氏硬度比较高，因此所使用的金属结合剂金刚石砂轮胎体的洛氏硬度不能太高，要和所加工的蓝宝石的硬度相匹配；另外，目前的金属结合剂金刚石砂轮主要为铜基结合剂金刚石砂轮，其在加工蓝宝石时易出现堵塞、变钝、打滑等现象，导致加工效率较低。
因此，亟需开发一种硬度适宜、加工效率高的金属结合剂金刚石砂轮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属结合剂，可以解决目前金属结合剂金刚石砂轮在磨削加工蓝宝石时存在加工效率低的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种金刚石砂轮。
本发明的第三个目的在于提供一种金刚石砂轮的制备方法。
为了实现以上目的，本发明的金属结合剂所采用的技术方案为：
一种金属结合剂，包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉10～12份，镍粉10～12份，氧化铈粉1～3份。
本发明的金属结合剂，主要由钴粉、锡粉、锌粉、铜粉、镍粉和氧化铈粉组成，将本发明的金属结合剂用于制备金刚石砂轮时，可以提高金刚石砂轮的加工效率和使用寿命，避免金刚石砂轮加工蓝宝石时易出现堵塞、变钝、打滑等问题。
优选地，所述金属结合剂包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉10份，镍粉12份，氧化铈粉1～3份。
优选地，所述钴粉的粒度为200#以细。
优选地，所述锡粉的粒度为200#以细。
优选地，所述锌粉的粒度为200#以细。
优选地，所述铜粉的粒度为800#～1000#。
优选地，所述镍粉的粒度为200#以细。
优选地，所述氧化铈粉的粒度为200#以细。
本发明的金刚石砂轮所采用的技术方案为：
一种金刚石砂轮，主要由金刚石粉和如上所述的金属结合剂制成。
本发明的金刚石砂轮在磨削加工蓝宝石棒外圆时，具有加工寿命长、更换频率低，加工效率高、修整率低的优点，同时不易出现堵塞、变钝、打滑等问题。
本发明的金刚石砂轮的制备方法所采用的技术方案为：
一种金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：将金刚石粉和如上所述的金属结合剂混匀后制成砂轮压坯，然后加压烧结，得到金刚石砂轮。
本发明的金刚石砂轮的制备方法，操作简单，制备的金刚石砂轮用于磨削加工蓝宝石时，具有较高的加工效率，不易出现堵塞、变钝、打滑等问题。
优选地，所述金刚石粉的粒度为80#～100#。优选地，所述金刚石粉为MBD8型金刚石。
优选地，所述加压烧结的温度为770～790℃。
优选地，所述加压烧结的压力为4～6MPa。优选地，所述加压烧结的压力为4.5～5.5MPa。
优选地，所述加压烧结的时间不少于2h。例如，所述加压烧结的时间为2h。
优选地，所述加压烧结在惰性气氛下进行。
优选地，所述惰性气氛为氮气。
附图说明
图1为实验例1中实施例5的金刚石砂轮加工蓝宝石后的表面外观图；
图2为实验例1中对比例3的金刚石砂轮加工蓝宝石后的表面外观图；
图3为实验例1中对比例4的金刚石砂轮加工蓝宝石后的表面外观图；
图4为实验例2中制备的金刚石砂轮以及市售树脂结合剂金刚石砂轮的截面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
一、本发明的金属结合剂的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的金属结合剂，包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉11份，镍粉11份，氧化铈粉1份；其中，钴粉的粒度为200#以细，锡粉的粒度为200#以细，锌粉的粒度为200#以细，铜粉的粒度为800#～1000#，镍粉的粒度为200#以细，氧化铈粉的粒度为200#以细。
实施例2
本实施例的金属结合剂，包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉10份，镍粉12份，氧化铈粉2份；其中，钴粉的粒度为200#以细，锡粉的粒度为200#以细，锌粉的粒度为200#以细，铜粉的粒度为800#～1000#，镍粉的粒度为200#以细，氧化铈粉的粒度为200#以细。
实施例3
本实施例的金属结合剂，包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉12份，镍粉10份，氧化铈粉3份；其中，钴粉的粒度为200#以细，锡粉的粒度为200#以细，锌粉的粒度为200#以细，铜粉的粒度为800#～1000#，镍粉的粒度为200#以细，氧化铈粉的粒度为200#以细。
对比例1
本对比例的金属结合剂与实施例2的金属结合剂的区别仅在于，本对比例的金属结合剂包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉14份，镍粉8份，氧化铈粉2份。
对比例2
本对比例的金属结合剂与实施例2的金属结合剂的区别仅在于，本对比例的金属结合剂包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉6份，镍粉16份，氧化铈粉2份。
二、本发明的金刚石砂轮的具体实施例如下：
实施例4
本实施例的金刚石砂轮，由金刚石粉和实施例1的金属结合剂制成，本实施例的金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤：将金刚石粉和实施例1的金属结合剂混匀，然后压制成砂轮压坯，再将砂轮压坯在氮气气氛下加压烧结，得到金刚石砂轮，加压烧结的温度为770℃，加压烧结的时间为2h，加压烧结的压力为4.5MPa；本实施例所用的金刚石粉为MBD8型金刚石，粒度为80#～100#，本实施例的金刚石砂轮中金刚石的浓度为180％(即金刚石砂轮中金刚石的体积分数为45％)。
实施例5
本实施例的金刚石砂轮，由金刚石粉和实施例2的金属结合剂制成，本实施例的金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤：将金刚石粉和实施例2的金属结合剂混匀，然后压制成砂轮压坯，再将砂轮压坯在氮气气氛下加压烧结，得到金刚石砂轮，加压烧结的温度为780℃，加压烧结的时间为2h，加压烧结的压力为5MPa；本实施例所用的金刚石粉为MBD8型金刚石，粒度为80#～100#，本实施例的金刚石砂轮中金刚石的浓度为180％(即金刚石砂轮中金刚石的体积分数为45％)。
实施例6
本实施例的金刚石砂轮，由金刚石粉和实施例3的金属结合剂制成，本实施例的金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤：将金刚石粉和实施例3的金属结合剂混匀，然后压制成砂轮压坯，再将砂轮压坯在氮气气氛下加压烧结，得到金刚石砂轮，加压烧结的温度为790℃，加压烧结的时间为2h，加压烧结的压力为5.5MPa；本实施例所用的金刚石粉为MBD8型金刚石，粒度为80#～100#，本实施例的金刚石砂轮中金刚石的浓度为180％(即金刚石砂轮中金刚石的体积分数为45％)。
对比例3
本对比例的金刚石砂轮，由金刚石粉和对比例1的金属结合剂制成，本对比例的金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤：将金刚石粉和对比例1的金属结合剂混匀，然后压制成砂轮压坯，再将砂轮压坯在氮气气氛下加压烧结，得到金刚石砂轮，加压烧结的温度为780℃，加压烧结的时间为2h，加压烧结的压力为5MPa；本对比例所用的金刚石粉为MBD8型金刚石，粒度为80#～100#，本对比例的金刚石砂轮中金刚石的浓度为180％(即金刚石砂轮中金刚石的体积分数为45％)。
对比例4
本对比例的金刚石砂轮，由金刚石粉和对比例2的金属结合剂制成，本对比例的金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤：将金刚石粉和对比例2的金属结合剂混匀，然后压制成砂轮压坯，再将砂轮压坯在氮气气氛下加压烧结，得到金刚石砂轮，加压烧结的温度为780℃，加压烧结的时间为2h，加压烧结的压力为5MPa；本对比例所用的金刚石粉为MBD8型金刚石，粒度为80#～100#，本对比例的金刚石砂轮中金刚石的浓度为180％(即金刚石砂轮中金刚石的体积分数为45％)。
三、本发明的金刚石砂轮的制备方法的具体实施例如下：
本实施例的金刚石砂轮的制备方法为实施例4-6中任一金刚石砂轮的制备方法，此处不再赘述。
实验例1
为了评价实施例4-6和对比例3-4的金刚石砂轮的性能，分别在相同条件下测试了各个金刚石砂轮的洛氏硬度HRC，并且采用各个金刚石砂轮在相同条件下加工蓝宝石，然后观察加工蓝宝石后的砂轮表面外观，实施例5、对比例3-4的金刚石砂轮加工蓝宝石后的表面外观分别如图1-3所示。
洛氏硬度测试结果表明，实施例5的金刚石砂轮的洛氏硬度HRC为73，对比例3-4的金刚石砂轮的洛氏硬度HRC分别为62和84。实施例4和实施例6的金刚石砂轮的洛氏硬度与实施例5的金刚石砂轮的洛氏硬度一致。
由图1-3可知，实施例5、对比例3-4的金刚石砂轮均可使用，使用过程中都没有产生明显堵塞现象，但是对比例3的金刚石砂轮中的金刚石附着力不强容易过早脱落，加工寿命偏短，说明对比例3的金刚石砂轮胎体太软；而对比例4的金刚石砂轮中金刚石出刃率太低，基本上成一个光滑面，在加工过程中易出现打滑，说明对比例4的金刚石砂轮胎体偏硬，加工效率低；实施例5的金刚石砂轮胎体对金刚石的把持力好，出刃率高，并且每颗金刚石磨削后面都有胎体附托，金刚石附着力强，说明实施例5的金刚石砂轮胎体硬度适中，加工寿命长，加工效率高。实施例4和实施例6的金刚石砂轮加工蓝宝石后的表面外观与实施例5的金刚石砂轮加工蓝宝石后的表面外观一致。
实验例2
为了进一步验证实施例4-6的金刚石砂轮的实用性，按照实施例4-6的金刚石砂轮的制备方法分别制备得到规格为Φ175*Φ25*210*5(“5”代表磨料层的宽度)的金刚石砂轮，然后利用制备的金刚石砂轮以及市售树脂结合剂金刚石砂轮在相同条件下分别对蓝宝石棒外圆进行磨削加工，单次磨削余量均为0.1mm，加工过程中记录24h内磨削蓝宝石棒外圆修整次数，同时记录砂轮的使用寿命，结果如表1所示。制备的金刚石砂轮以及市售树脂结合剂金刚石砂轮的尺寸相同，截面图如图4所示，其中，D代表外径，为175mm，H代表内径，为25mm，T代表长度，为210mm。
表1利用实施例5的方法制备的金刚石砂轮以及市售树脂结合剂金刚石砂轮的性能对比
| 金刚石砂轮 | 24h内磨削蓝宝石棒外圆修整次数(次) | 使用寿命(天) |
| 实施例5 | 2～3 | 58 |
| 市售树脂结合剂金刚石砂轮 | 10～15 | 13 |
由表1可知，在相同条件下，本发明制备的金刚石砂轮对蓝宝石棒外圆进行磨削加工时，加工效率更高，使用寿命更长，说明本发明的金刚石砂轮适合磨削加工蓝宝石棒外圆，且效果极佳。
Claims (10)
1.一种金属结合剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉10～12份，镍粉10～12份，氧化铈粉1～3份。
2.如权利要求1所述的金属结合剂，其特征在于，所述金属结合剂包括以下质量份数的组分：钴粉65份，锡粉8份，锌粉5份，铜粉10份，镍粉12份，氧化铈粉1～3份。
3.如权利要求1或2所述的金属结合剂，其特征在于，所述铜粉的粒度为800#～1000#。
4.如权利要求1或2所述的金属结合剂，其特征在于，所述钴粉的粒度为200#以细；所述锡粉的粒度为200#以细；所述锌粉的粒度为200#以细；所述镍粉的粒度为200#以细；所述氧化铈粉的粒度为200#以细。
5.一种金刚石砂轮，其特征在于，主要由金刚石粉和如权利要求1-4中任一项所述的金属结合剂制成。
6.一种金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金刚石粉和如权利要求1-4中任一项所述的金属结合剂混匀后制成砂轮压坯，然后加压烧结，得到金刚石砂轮。
7.如权利要求6所述的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述金刚石粉的粒度为80#～100#。
8.如权利要求6所述的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述加压烧结的温度为770～790℃。
9.如权利要求6所述的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述加压烧结的压力为4～6MPa。
10.如权利要求6所述的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述加压烧结的时间不少于2h。
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