一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法技术

本发明专利技术公开一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法，通过将具有良好导电性和自润滑性能的碳微球添加到活性钎料粉末中，通过模压成型和高温钎焊技术制备出多层钎焊砂轮。碳微球的存在有效提高了钎焊砂轮电解修整中电解腐蚀的剧烈程度，显著增大电解修整氧化膜的成膜速度和厚度，促进磨损磨粒的及时脱落，保证了钎焊砂轮工作表面的锋利性和修整效率；而碳微球均匀分布于氧化膜中，也能有效提高氧化膜的粘附强度，氧化膜的研磨、抛光作用和碳微球的自润滑性能得以充分发挥，显著提高钎焊砂轮的加工表面质量，且能在电解修整过程中被充分利用，从而明显降低成本，可用于工程陶瓷等难加工材料的高效低损伤加工中。

Preparation and electrolytic dressing of brazed grinding wheel with self-lubricating function and good electrolytic film forming performance

【技术实现步骤摘要】
一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法
本专利技术涉及钎焊砂轮制备及其电解修整技术，具体涉及一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法。
技术介绍
钎焊砂轮具有磨粒把持力大、出刃高度大、加工性能优良等特点，目前在制造加工领域中得到了应用和发展。但由于制备工艺的限制，目前的钎焊砂轮大多为单层超硬磨粒钎焊砂轮，工作层的磨粒只有一层，该层磨粒磨耗后砂轮即失效，使用寿命有限。对此，本专利技术人在前期的研究中，采用模压成型和高温钎焊技术开发出了多层钎焊金刚石砂轮，多层钎焊金刚石砂轮的磨粒是多层分布的，上层磨粒磨耗后，下层磨粒如能及时出露发挥其切削性能，则能大大提高钎焊砂轮的使用寿命。电解修整技术能促使金属材料被电解腐蚀去除，从而使得上层磨损磨粒顺利脱落，下层磨粒出露更新，砂轮的使用寿命得到大幅度提高。但由于钎焊砂轮中包含有钛、铬等活性元素，该类元素极易氧化形成钝化层，该钝化层会阻碍电解腐蚀的进行而影响电解成膜效果，造成氧化膜的成膜速度慢且厚度较薄，这对磨损膜粒的及时脱落是极为不利的。为了改善电解修整效果，中国专利技术CN201910819949.7提供了一种用于大粒度多层钎焊砂轮电解修整的含碳纳米管电解液及其制备方法，提出制备一种含碳纳米电解液以提高电解成膜厚度和速度，获得理想的电解修整效果。该专利技术已经取得了较好的技术效果，但仍然存在一些不足：1、含碳纳米管电解液在喷射过程中，只是部分碳纳米管真正进入到电解修整区域，一部分碳纳米管随电解液而流失，材料没有得到充分利用；2、为了能将碳纳米管吸附在作为电解阳极的钎焊砂轮表面，碳纳米管需进行热酸氧化处理使其表面带有负电荷，该工艺较繁琐，且周期较长；3）碳纳米管具有长径比大、螺旋卷曲结构，其不容易分散均匀，容易相互缠绕产生团聚，且材料成本高。因此，仍然需要针对这些问题做进一步的研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法。该方法首先将碳微球、阳离子表面活性剂按一定比例加入到无水乙醇中，并利用超声波振动分散获得理想分散效果的含碳微球管悬浊液；然后将含碳微球悬浊液加入到铜基钎料粉末中，并采用机械球磨法均匀混炼；再将球磨后的钎料粉末与金刚石磨粒利用三维混料机进行机械混合制备出喂料，然后利用模压成型技术将喂料进行模压成型制备出金刚石节块生坯，并采用高温钎焊技术使金刚石节块成型坯产生致密化烧结，制备出具有良好力学性能、组织致密、磨粒把持强度大的金刚石节块；最后将多个金刚石节块与砂轮基体进行低熔点焊接制备出具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮；并采用电解修整技术对钎焊砂轮进行电解修整，碳微球的存在使得电解生成的氧化膜的成膜速度和成膜厚度显著提升，实现上层磨损磨粒的顺利脱落、下层磨粒持续更新发挥切削性能。与此同时，分布于氧化膜中的碳微球能有效提高氧化膜的粘附强度，氧化膜的研磨、抛光作用和碳微球的自润滑性能得以充分发挥，在获得良好的加工效果的同时，钎焊砂轮的使用寿命也得以显著提升。本专利技术采用的技术方案是：一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法，其特征在于，将碳微球加入到钎料粉末中均匀混合，并通过模压成型和高温钎焊技术制备出具有自润滑功能和良好电解成膜性能的多层钎焊砂轮，具体包括如下步骤：（1）将十六烷基三甲基溴化铵的阳离子表面活性剂按照1.4~1.8g/L的比例配置到无水乙醇中，得到阳离子表面活性剂的无水乙醇溶液，再将质量分数为0%~0.4%且大于0（优选0.2%~0.3%）的碳微球（碳微球粒径大小为1~10微米）加入其中，并采用超声波振动方式提高分散均匀性，超声振动时间为25~40分钟，并利用玻璃棒辅助机械搅拌3~5次，每次1~2分钟，得到含碳微球悬浊液；（2）将步骤（1）所得含碳微球悬浊液倒入到铜基钎料粉末中进行球磨混合，然后将混合物与金刚石机械混合，得到喂料；（3）将步骤（2）所得喂料进行模压成型制备出金刚石节块生坯；（4）脱模后采用高温钎焊技术实现钎料粉末的致密化烧结，得到具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮；（5）利用电解修整技术对步骤（4）所得钎焊砂轮进行修整以实现磨损磨粒的及时脱落。进一步地，所述铜基钎料粉末的具体成分为Cu-Sn-Ti，Cu质量分数为80~85%，Sn质量分数为8~10%，Ti质量分数为5~12%，粉末的粒径大小为5~15微米，粉末形状为球形或近球形。进一步地，步骤（2）中，球磨混合采用行星式球磨机，磨球选用碳化硅陶瓷材料，磨球直径为1~10mm，球料比为15~20：1，转速为150~180转/分钟，球磨时间为2~3小时。进一步地，步骤（2）中，机械混合采用三维混料机，其中，金刚石磨粒的晶型为MBD8，磨粒粒径大小为200~300微米，混合物与金刚石磨粒的体积比为1.2~1.5：1，三维混料机的转速为80~100转/分钟，混料时间为20~30分钟，可使喂料粉末分布均匀、碳微球分散良好。进一步地，步骤（3）中，模压成型工艺参数如下：模压压力80MPa~110MPa，保压时间10~16分钟，为了避免成型过快而造成模具内腔压溃问题的出现，模压过程中优选采取梯度施压的方式，即开始缓慢施加80~90MPa，并保压5~8分钟，使粉末获得一定的紧实度，然后施加100~110MPa的模压力，保压5~8分钟后脱模。进一步地，步骤（3）中，在模压成型之前模具内腔涂有油性脱模剂，有助于顺利脱模。进一步地，步骤（4）中，高温钎焊技术包括钎焊和整体焊接。钎焊温度利用差示扫描量热分析法测量铜基钎料粉末的固相线温度T1和液相线温度T2确定。为了保证钎焊强度和致密性的同时，又不能使钎料完全熔化而失去形状保持性，钎焊温度的选取一般采用固液并存烧结，即在固相线温度T1和液相线温度T2之间选取钎焊温度。最终钎焊工艺参数的选取如下：钎焊气氛为真空环境，且真空度控制在10-1Pa以下，钎焊温度选为900℃~920℃，钎焊时间为10~15分钟；金刚石节块制备后，利用低熔点焊剂将多个金刚石节块与砂轮基体材料进行整体焊接制备出具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮。具体操作如下：选用的焊剂主要成分为CuPSnNi，整体焊接温度为700~720℃，保温时间为20~25分钟，升降温速度为5~8℃/分钟。进一步地，步骤（5）中，电解修整技术的电解工艺参数范围为：电解电压60~120伏，电解时间5~15分钟，占空比80%~120%。比较碳微球的加入量（质量百分比）为0%，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%的电解修整效果。电解修整效果主要通过分析氧化膜的成膜厚度和粘附强度来评价，其中氧化膜成膜厚度是采用超景深显微镜进行测量，并用标尺进行标记。粘附强度是采用胶带粘附法来测量，具体操作为：砂轮电解修整后，放置于室温下干燥2小时，利用胶带对氧化膜进行粘附，记录将氧化膜完全粘掉而露出金属胎体材料所需要次数，粘附次数的多少间接表征氧化膜的吸附强度（即粘附次数越多，则表明氧化膜粘附强度越本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法，其特征在于，将碳微球加入到钎料粉末中均匀混合，并通过模压成型和高温钎焊技术制备出具有自润滑功能和良好电解成膜性能的多层钎焊砂轮。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法，其特征在于，将碳微球加入到钎料粉末中均匀混合，并通过模压成型和高温钎焊技术制备出具有自润滑功能和良好电解成膜性能的多层钎焊砂轮。


2.根据权利要求1所述的具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将十六烷基三甲基溴化铵的阳离子表面活性剂按照1.4~1.8g/L的比例配置到无水乙醇中，得到阳离子表面活性剂的无水乙醇溶液，再将质量分数为0%~0.4%且大于0的碳微球加入其中，并采用超声波振动方式提高碳微球分散均匀性，超声振动时间为25~40分钟，并利用玻璃棒辅助机械搅拌3~5次，每次1~2分钟，得到含碳微球悬浊液；
（2）将步骤（1）所得含碳微球悬浊液倒入到铜基钎料粉末中进行球磨混合，然后将混合物与金刚石机械混合，得到喂料；
（3）将步骤（2）所得喂料进行模压成型制备出金刚石节块生坯；
（4）脱模后采用高温钎焊技术实现钎料粉末的致密化烧结，得到具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮；
（5）利用电解修整技术对步骤（4）所得钎焊砂轮进行修整以实现磨损磨粒的及时脱落。


3.根据权利要求2所述的具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法，其特征在于，所述铜基钎料粉末的具体成分为Cu-Sn-Ti，Cu质量分数为80~85%，Sn质量分数为8~10%，Ti质量分数为5~12%，粉末的粒径大小为5~15微米，粉末形状为球形或近球形。


4.根据权利要求2所述的具有自润滑功能和良好电解成膜性能的钎焊砂轮制备及电解修整方法，其特征在于，步骤（2）中，球磨混合采用行星式球磨机，磨球选用碳化硅陶瓷材料，磨球直径为1~10mm，球料比为15~20：1，转速为150~180转/分钟，球磨时间为2~3小时。


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【专利技术属性】
技术研发人员：伍俏平，李博新，段良辉，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43