一种半脆刚玉磨料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种半脆刚玉磨料及其制备方法。本发明专利技术的半脆刚玉磨料的组成以质量含量计包括：Al2O3>97％，TiO21.3‑2.1％，SiO20.2‑0.4％，Fe2O30.09‑0.35％，ZrO2≤0.15％；上述半脆刚玉磨料的制备方法包括：在铁屑和无烟煤存在下，对包括铝矾土的原料进行熔炼；对熔炼后的混合物进行冷却、粉碎，得到半脆刚玉磨料。本发明专利技术制备的半脆刚玉磨料耐用度、磨削比及加工效率高，加工表面质量好，磨削效果优异。

【技术实现步骤摘要】
一种半脆刚玉磨料及其制备方法
本专利技术涉及一种磨料，尤其是涉及一种半脆刚玉磨料及其制备方法。
技术介绍
半脆刚玉是以铝矾土等为原料，在还原剂和澄清剂存在下经高温熔炼制成，在熔炼过程中去除了大部分的氧化硅、氧化铁等杂质，同时保留了部分氧化钛；熔炼过程中保留的氧化钛在后续冷却结晶过程中形成钛酸铝填充在刚玉晶界中，从而使刚玉的脆性减弱并达到部分增韧的目的，因此半脆刚玉的脆性及韧性介于白刚玉与棕刚玉之间。半脆刚玉具有耐高温、耐腐蚀、耐冲刷、气孔率低、热态性能稳定等优点，其作为磨料具有良好的自锐性，磨削锋利而不易烧伤工件，特别适合用于热敏性钢及合金、硬度较低的有色金属材料(如铝、铜、锌、铅等)以及非金属材料(如木材、塑料等)的磨削。然而，现有的半脆刚玉磨料大多存在磨耗高、磨削比低、使用寿命短、加工效率低、工件加工表面质量差等缺陷。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种半脆刚玉磨料及其制备方法，该制备方法制备的半脆刚玉磨料耐用度、磨削比及加工效率高，工件加工表面质量好，磨削效果优异。本专利技术提供的一种半脆刚玉磨料，所述半脆刚玉磨料的组成以质量含量计包括：Al2O3>97％，TiO21.3-2.1％，SiO20.2-0.4％，Fe2O30.09-0.35％，ZrO2≤0.15％。进一步地，所述半脆刚玉磨料中Fe2O3的质量含量为0.25-0.35％。经研究发现，本专利技术使半脆刚玉磨料中保留上述质量含量的Fe2O3，有利于降低磨料的磨耗，提高磨料的磨削比，该半脆刚玉磨料在研磨时的切削速度高，加工效率显著提高，同时磨削加工材料的表面质量好。进一步地，所述半脆刚玉磨料中ZrO2的质量含量为0.08-0.12％。研究发现，将半脆刚玉磨料中ZrO2的质量含量控制在上述范围，有利于提高磨料的使用寿命，磨料的耐用度显著提高；此外，该磨料具有良好的自锐性和磨削锋利度，有利于对多种材料进行磨削加工。特别是，所述半脆刚玉磨料中(Fe2O3-ZrO2)>0.1％，优选为0.1-0.3％，更优选为0.15-0.25％。其中，(Fe2O3-ZrO2)指的是半脆刚玉磨料中Fe2O3的质量含量减去ZrO2的质量含量所获得的差值；将该差值控制在上述范围，有利于进一步提高磨料的耐用度、磨削效果及加工效率。此外，本专利技术的半脆刚玉磨料中，Al2O3的质量含量进一步为97.2-98.0％；其它微量组分的质量含量(即余量)例如如下：(CaO+MgO)<0.1％；Na2O<0.1％。本专利技术还提供上述半脆刚玉磨料的制备方法，包括如下步骤：在铁屑和无烟煤存在下，对包括铝矾土的原料进行熔炼；对熔炼后的混合物进行冷却、粉碎，得到所述的半脆刚玉磨料。在本专利技术的制备方法中，无烟煤用作还原剂，铁屑用作澄清剂；可以理解的是，本专利技术并不限于使用无烟煤和铁屑，还可以采用本领域常规的其它还原剂和澄清剂。本专利技术对所采用的铝矾土不作严格限制，例如可以采用贵州地区的铝矾土等，该铝矾土主要为水铝石-高岭石型(DK型)，组成例如可以为：Al2O355-88％，TiO23.0-5.0％，SiO20.6-28％，Fe2O30.8-1.5％，其它微量成分例如为：CaO0.1-0.5％，MgO0.1-0.5％，此外还包括其它一些不可避免的杂质，例如ZrO2、Na2O等。进一步地，所述原料还包括铝氧土，且所述原料中铝矾土与铝氧土的质量配比为(2-4)：1。在本专利技术中，铝氧土可以通过对铝矾土进行化学提纯处理得到，对所采用的铝氧土不作严格限制，其组成例如可以为：Al2O3>96％，SiO20.02-0.1％，Fe2O30.03-0.06％，Na2O0.4-0.8％，此外还包括其它一些不可避免的杂质，例如ZrO2、CaO、MgO等。研究发现，采用上述质量配比的铝矾土和铝氧土作为原料，有利于制备得到具有上述组成的半脆刚玉磨料，特别是易于使制得的半脆刚玉磨料中Fe2O3达到0.25-0.35％，并使ZrO2控制在0.08-0.12％，从而有利于提高磨料的磨削比和使用寿命。在本专利技术中，可以控制所述原料、铁屑和无烟煤之间的质量配比为100：(5-10)：(0.5-2)。该质量配比范围有利于无烟煤对原料中的氧化硅、氧化铁、氧化钛等杂质进行特定地还原，从而使熔炼过程中保留适量的氧化钛和氧化铁以提高半脆刚玉磨料的使用性能。在本专利技术中，所述熔炼可以分两段进行，其中第一段熔炼的温度为1600-1900℃，时间为4-6h，第二段熔炼的温度为2000-2100℃，时间为2-3h。上述特定的熔炼工艺有利于使半脆刚玉磨料的组成控制在上述特定范围，即保证了磨料的使用性能，同时保证了产品质量的稳定性。进一步地，本专利技术的熔炼可以采用快速升温方式进行升温，熔炼功率例如可以为4000-5000KVA；该方式既提高了脱钛反应速度，同时单位产品电耗降低8％左右。特别是，在熔炼时，可以分批加入所述无烟煤；其中，在第一段熔炼的初期加入无烟煤总量的55-75％，在第二段熔炼的初期加入余量的无烟煤。分批加入无烟煤有利于保证半脆刚玉磨料中氧化钛和氧化铁的质量含量，其中氧化钛的去除率达到50％以上，既能满足产品的脆性与韧性的要求，同时提高了磨料的磨削比和加工效率。此外，本专利技术的制备方法中，还可以采用电极防氧化保护壳对冶炼炉石墨电极进行保护，该方式能够使电极的氧化损失减少20-25％，单位产品电极成本降低40-80元。本专利技术对熔炼后混合物的冷却和粉碎方式不作严格限制；其中，所述冷却可以为本领域常规的急冷，该冷却方式有利于避免C残留，同时保证了半脆刚玉磨料的物理性能；此外，所述粉碎可以为本领域常规的低温气流粉碎，该粉碎方式增加了材料的脆性，使磨细粉碎更加均匀，更易达到细度要求，同时提高了产品质量的稳定性。本专利技术的半脆刚玉磨料通过上述特定的制备方法制得，该半脆刚玉磨料具有特定的化学成分、矿物组成和晶体结构，由此具有耐用度、磨削比及加工效率高、加工表面质量好、磨削效果优异等效果。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。各实施例所采用的原料如下：铝矾土：来自贵州地区，组成为：Al2O355-88％，TiO23.0-5.0％，SiO20.6-28％，Fe2O30.8-1.5％，CaO0.1-0.5％，MgO0.1-0.5％及其它不可避免的杂质；铝氧土：组成为：Al2O3>96％，SiO20.02-0.1％，Fe2O30.03-0.06％，Na2O0.4-0.8％及其它不可避免的杂质。实施例11、备料将铝矾土与铝氧土按质量配比为3：1混合形成原料，再将原料与铁屑按质量配比为100：8进行混合，得到混合料；同时，按原料与无烟煤质量配比为100：1准备无烟煤备用。2、熔炼采用4500KVA的功率进行熔炼，待熔炼温度升高至1800℃左右时，加入无烟煤总量的65％左右进行第一段熔炼，控制第一段熔炼的温度为1800℃左右，时间为5h左右。随后，继续加热，待熔炼温度升高至2050本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半脆刚玉磨料，其特征在于，所述半脆刚玉磨料的组成以质量含量计包括：Al2O3>97％，TiO2 1.3‑2.1％，SiO2 0.2‑0.4％，Fe2O3 0.09‑0.35％，ZrO2≤0.15％。

【技术特征摘要】
1.一种半脆刚玉磨料，其特征在于，所述半脆刚玉磨料的组成以质量含量计包括：Al2O3>97％，TiO21.3-2.1％，SiO20.2-0.4％，Fe2O30.09-0.35％，ZrO2≤0.15％。2.根据权利要求1所述的半脆刚玉磨料，其特征在于，所述半脆刚玉磨料中Fe2O3的质量含量为0.25-0.35％。3.根据权利要求1所述的半脆刚玉磨料，其特征在于，所述半脆刚玉磨料中ZrO2的质量含量为0.08-0.12％。4.根据权利要求1至3任一所述的半脆刚玉磨料，其特征在于，所述半脆刚玉磨料中(Fe2O3-ZrO2)>0.1％，优选为0.1-0.3％，更优选为0.15-0.25％。5.权利要求1至4任一所述的半脆刚玉磨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在铁屑和无烟煤存在下，对包括铝矾土的原料进行熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：康贯岭，赵明玺，张立新，秦远忠，闫秀莲，
申请(专利权)人：贵州银星新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52