一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮及其制造方法，该铝硅合金结合剂成分按重量比包括元素成分：Si0～30％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；将铝硅结合剂与立方氮化硼粉末充分混合，将混合物冷压成型后；在烧结工艺下，进行真空热压烧结，得到铝硅合金基立方氮化硼砂轮粗品；随后将烧结得到的立方氮化硼砂轮进行修整，就得到本发明专利技术的砂轮。本发明专利技术使用的铝硅结合剂可实现低温烧结，减少立方氮化硼热损伤，同时活性Ti元素的引入可显著增加立方氮化硼磨粒的把持能力，两者共同提高砂轮的耐磨性能，增加立方氮化硼砂轮的使用寿命。

A Cubic Boron Nitride Grinding Wheel with Al-Si Alloy Binder and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮及其制造方法
本专利技术涉及烧结立方氮化硼工具制造
，特别涉及一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮及其制造方法。
技术介绍
立方氮化硼(CBN)是20世纪50年代发展起来的一种利用人工方法在高温高压条件下合成的新型材料，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，立方氮化硼凭借着硬度高、耐磨性好、化学稳定性高的特点，在机械加工行业有着广泛的应用。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，且有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，还能有效地提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲劳强度，延长了使用寿命，增加了可靠性，再加上立方氮化硼磨料生产过程在能源消耗和环境污染方面比普通磨料生产为好，所以，扩大立方氮化硼磨具的生产和应用是机械应用是机械工业发展的必然趋势。立方氮化硼砂轮适用于高锰钢、高铬合金钢、各类铸铁、淬硬钢、玻璃、宝石等多种材质的加工，解决了各行各业中高硬度难加工材料的切削加工，并能提高工作效率，大幅度的节约加工工时及电力。目前普遍使用的立方氮化硼砂轮结合剂有树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂。树脂结合剂砂轮质地较软，加工时不能承受较大的应力，易出现磨粒脱落、效率低、寿命短、噪音大等问题；金属结合剂砂轮具有导热性好、结合强度高、使用寿命长等特点，但因其自锐性差，容易打滑等缺点限制了其在高速磨削领域的应用；而陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮制备过程要求的烧结温度较高，故对立方氮化硼热损伤较大，极大地降低了砂轮的磨削强度。热压烧结法制备金属结合剂立方氮化硼砂轮已具有五十多年的历史，但是实际生产中所暴露的弊端一直未能完全解决，对立方氮化硼把持强度低、立方氮化硼易脱落、磨料难出刃等，极大限制了热压烧结法制备立方氮化硼砂轮的适用范围。上述弊端，主要是因为立方氮化硼的共价键结构，很难与金属结合剂形成较强的化学键合，所以会导致立方氮化硼磨粒易脱落，进而影响砂轮的加工质量和使用寿命。因此金属结合剂对立方氮化硼磨粒的把持力成为限制砂轮使用寿命和加工质量的最主要因素。为了解决这一问题，有些金属结合剂中会添加强碳化物形成元素钨，使立方氮化硼与结合剂之间形成化学键连接，可以有效提高立方氮化硼的把持力，但是钨的熔点较高，烧结过程中会对立方氮化硼造成严重的热损伤。因此，开发一种对立方氮化硼具有较高把持力，同时对立方氮化硼热损伤小的金属结合剂砂轮迫在眉睫，将会极大提高立方氮化硼砂轮的加工性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有的的技术难题，提供一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮及其制造方法。利用铝硅合金基体相低熔点及低共晶点的特点，Ti元素较高的活性，来实现在相对较低温度下很好地润湿立方氮化硼，制备活性铝硅合金结合剂烧结立方氮化硼砂轮。该方法极大地提高了立方氮化硼的把持力，烧结温度低、降低了钎焊过程中对立方氮化硼的热损伤。同时通过添加Si元素，可以有效地提高铝基合金的机械强度。通过添加活性元素Ce、Ge，能够显著提高合金的抗氧化性能。本专利技术提供了一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮及其制造方法，克服了
技术介绍
中心的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法，是用铝硅合金作为立方氮化硼砂轮的结合剂，该制造方法包括以下步骤：1)将立方氮化硼粉末与铝硅合金结合剂粉末充分混合，该铝硅合金结合剂按重量比包含以下成分：Si0～30％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用立方氮化硼砂轮所需不同形状的模具将上述混合物冷压成型；3)将冷压成型的立方氮化硼砂轮在一定烧结工艺下进行真空热压烧结，得到立方氮化硼砂轮粗品；4)将得到的立方氮化硼砂轮粗品进行修整，得到立方氮化硼砂轮成品。在一较佳实施例中：步骤1)中立方氮化硼粉末为人造多晶立方氮化硼粉末，且立方氮化硼浓度为50％～100％，立方氮化硼粉末的粒度为W40～W5。在一较佳实施例中：步骤1)中所述的铝硅合金结合剂按重量比包含以下成分：Si10～13％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质。在一较佳实施例中：所述Mg或Cu或Ga或Ce或Sr或Na可加可不加。在一较佳实施例中：步骤3)中所述的一定烧结工艺的烧结温度在650～1000℃之间，压力在20～200MPa之间。在一较佳实施例中：所述一定烧结工艺包括在100～150MPa压力下700～750℃保温30～60分钟，然后在20～90MPa压力下600～650℃下保温10～30分钟，随炉冷却。一种根据如上所述的一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法制造的铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮。本专利技术的有益效果是：根据本专利技术的一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮及其制造方法，不仅能够极大地降低立方氮化硼的热损伤程度，而且可以显著提高合金结合剂对立方氮化硼的把持力，能够实现立方氮化硼砂轮胎体在较低温度下的烧结，有效提高了立方氮化硼砂轮的使用寿命和加工质量，拓展现有烧结法制备金属基立方氮化硼砂轮的应用范围。具体实施方式下面通过实例具体说明本专利技术的内容：实施例1一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法，包括如下步骤：1)制备铝硅合金结合剂：该铝硅合金结合剂按质量分数包含以下成分：Si30％，Ti6％，Mg0.5％，Cu5％，Ga0.5％，Ce0.5％，Sr0.5％，Na0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质，上述组分在混料机中进行充分混合；将粒度为W40的人造立方氮化硼粉末按立方氮化硼浓度100％与上述铝硅合金结合剂充分混合；2)使用立方氮化硼砂轮所需形状的模具将上述混合物冷压成型后，在760℃温度下对其进行真空热压烧结，烧结压力180KN，烧结时间30分钟；3)将砂轮进行真空热压烧结后再进行热等静压烧结，在650℃，120Mpa压力下热等静压烧结10分钟，得到立方氮化硼砂轮粗品；4)将得到的立方氮化硼砂轮粗品，用金刚石滚轮和油石对上述所得的立方氮化硼粗品砂轮进行修整，得到本专利技术的立方氮化硼砂轮成品。通过上述方法得到的一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮，利用铝硅合金基体相低熔点及低共晶点的特点，Ti元素较高的活性，来实现在相对较低温度下很好地润湿立方氮化硼，制备活性铝硅合金结合剂烧结立方氮化硼砂轮。该方法极大地提高了立方氮化硼的把持力，烧结温度低、降低了钎焊过程中对立方氮化硼的热损伤。同时通过添加Si元素，可以有效地提高铝基合金的机械强度。通过添加活性元素Ce、Ge，能够显著提高合金的抗氧化性能。实施例2一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法，包括如下步骤：1)制备铝硅合金结合剂：该铝硅合金结合剂按质量分数包含以下成分：Si20％，Ti3％，Cu5％，Ce0.5％，Sr0.5％，Na0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质，上述组分在混料机中进行充分混合；将粒度为W5的人造立方氮化硼粉末按立方氮化硼浓度75％与上述铝硅合金结合剂充分混合；2)使用立方氮化硼砂轮所需形状的模具将上述混合物冷压成型后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法，是用铝硅合金作为立方氮化硼砂轮的结合剂，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：1)将立方氮化硼粉末与铝硅合金结合剂粉末充分混合，该铝硅合金结合剂按重量比包含以下成分：Si0～30％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用立方氮化硼砂轮所需不同形状的模具将上述混合物冷压成型；3)将冷压成型的立方氮化硼砂轮在一定烧结工艺下进行真空热压烧结，得到立方氮化硼砂轮粗品；4)将得到的立方氮化硼砂轮粗品进行修整，得到立方氮化硼砂轮成品。

【技术特征摘要】
1.一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法，是用铝硅合金作为立方氮化硼砂轮的结合剂，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：1)将立方氮化硼粉末与铝硅合金结合剂粉末充分混合，该铝硅合金结合剂按重量比包含以下成分：Si0～30％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用立方氮化硼砂轮所需不同形状的模具将上述混合物冷压成型；3)将冷压成型的立方氮化硼砂轮在一定烧结工艺下进行真空热压烧结，得到立方氮化硼砂轮粗品；4)将得到的立方氮化硼砂轮粗品进行修整，得到立方氮化硼砂轮成品。2.根据权利要求1所述的一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法，其特征在于：步骤1)中立方氮化硼粉末为人造多晶立方氮化硼粉末，且立方氮化硼浓度为50％～100％，立方氮化硼粉末的粒度为W40～W5。3.根据权利要求1所述的一种铝硅合金结合剂立方氮化硼砂轮的制造方法，其特征在于；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺琦琦，穆德魁，廖信江，张玉斌，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35