一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，涉及陶瓷刚玉磨料制备技术领域。包括其制备步骤如下：步骤一：对原料进行清洗得到物料A；步骤二：对物料A进行烘干，烘干后得到物料B；步骤三：采用氮离子和金属粒子连续重叠注入工艺对物料B进行表面改性的到物料C；步骤四：重复步骤三多次后得到改性磨料。本发明专利技术通过表面改性的方法，将金属离子与氮离子注入到磨料表面，实现磨料表面硬化、强化与增韧协同化提升。可在只增加一道表面改性工序基础上，大幅度提高磨料表面性能，从而增加整体磨具的使用性能。使用性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷刚玉磨料制备
，具体为一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法。

技术介绍

[0002]普通刚玉磨料成本低廉，硬度低、强度不足，使用过程中易钝化，切削能力弱，。因此，研究刚玉磨料表面硬化、强化与增韧机制，通过新型技术的使用开发，可在不改变材料本体性质的基础上，利用先进的表面处理实现刚玉磨料的表面硬化、强化与增韧协同化提升，同时通过对现有实验室设备的升级改造，形成面向工程化应用的成套设备。
[0003]在增加刚玉的改性过程如果从材料整体性能提升角度出发，则必须改进原材料、制备工艺与后处理等全套工序，甚至会改动整条产业链，成本十分高昂。从材料失效机制来分析，磨料大部分的损伤(磨损、钝化、破碎等)是从其表面开始的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，包括其制备步骤如下；
[0006]步骤一：对原料进行清洗得到物料A；
[0007]步骤二：对物料A进行烘干，烘干后得到物料B；
[0008]步骤三：采用氮离子和金属粒子连续重叠注入工艺对物料B进行表面改性的到物料C；
[0009]步骤四：重复步骤三多次后得到改性磨料。
[0010]更进一步地，所述物料A为陶瓷刚玉磨料或者陶瓷微晶堆积磨料中的一种。
[0011]更进一步地，所述步骤二中烘干温度控制在50
‑
60℃，物料B的水分需要低于2％。
[0012]更进一步地，所述步骤3中的氮离子和金属粒子连续重叠注入工艺中，采用直线式注入方式，其中氮离子气源采用纯度为99.00
‑
99.99％的氮气，金属离子源代用纯度为99.0
‑
99.9％的金属钯、钛、铬或镍中的一种。
[0013]更进一步地，所述步骤三和步骤四中每次氮离子注入的计量控制在5
‑6×
10
17
ion/cm2金属离子每次注入计量控制在1
‑2×
10
17
ion/cm2。
[0014]更进一步地，所述步骤三和步骤四均采用离子注入机进行操作，在真空条件下选择金属离子与氮离子连续重叠注入先注入氮离子再注入金属离子，依次循环至少2次。
[0015]更进一步地，所述步骤三和步骤四中金属离子注入通过金属蒸气真空弧放电离子源实现，加速电压40
‑
50kV；氮元素通过电子回旋共振离子源注入，加速电压60
‑
80kV。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]该高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，通过表面改性的方法，将金属离子与氮离子
注入到磨料表面，实现磨料表面硬化、强化与增韧协同化提升。可在只增加一道表面改性工序基础上，大幅度提高磨料表面性能，从而增加整体磨具的使用性能。
[0018]由此，形成基于系列高性能陶瓷刚玉磨料应用的单颗粒刚玉，烧结刚玉，陶瓷微晶刚玉的高性能全树脂陶瓷刚玉涂附磨具新产品。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0020]本项目拟采用离子注入刚玉磨料形成了硼的氮化物，实现表面硬化、强化与增韧协同化提升。离子注入是一种新兴的束流表面强化技术，离子注入陶瓷材料可使其表面的力学性能如断裂韧度、硬度、弯曲强度、摩擦学性能等得到改善，它为解决结构陶瓷韧性不足、摩擦磨损率较高等问题开辟了新的技术途径。新型结构陶瓷具有高硬度、高强度、良好的耐磨性能、优异的化学稳定性及高温力学性能，近年来有关的研究十分活跃。但是，陶瓷材料的致命弱点是脆性很大而无多少延性，在实用中易引起零件的早期失效或脆性断裂，从而极大地限制了其广泛应用。陶瓷材料的摩擦系数和磨损率也比较高，其在服役时因磨损量大而达不到预期寿命。国内外的研究人员不仅致力于陶瓷材料增韧技术的研究，而且也日益重视陶瓷材料摩擦磨损和润滑的研究，并且逐渐成为当前材料科学和摩擦学领域的前沿课题之一，离子注入工艺是七十年代发展起来的表面改性技术，它能将所需元素的离子在几十至几百千伏的电压下注入材料表面，在零点几微米的表层中增加注入元素的浓度，同时产生辐照效应，从而改变材料的结构与性能。国内外研究表明，离子注入是陶瓷材料增韧、提高耐磨性的有效方法。其工艺具有以下特点：(1)进入晶格的离子浓度不受热力学平衡条件的限制；(2)注入是无热过程，可在室温或低温下进行，不引起材料热变形；(3)注入离子的浓度和深度可用注入积分剂量及注入电压控制，注入离子的分布可用理论计算或用离子束背散射和核反应分析等方法测定；(4)注入离子与基体间没有明显的界面，注入层不会脱落；(5)不受合金平衡相图中固溶度的限制，能注入互不相溶的元素，可改变陶瓷材料的表面硬度、断裂韧度、弯曲强度，能减小摩擦系数，提高耐磨性。因此，与其他工艺方法相比，离子注入技术更新颖、更具有潜力。
[0021]需要注意的是，本工艺对陶瓷刚玉磨料的改性方法是有理论依据的，其中包括：
[0022]离子注入对陶瓷材料表面断裂韧度的影响
[0023]采用微观压痕法测量离子注入后的陶瓷材料表面断裂韧度。目前的研究表明Al2O3的离子注入层的硬度和断裂韧度都比其陶瓷基体有较大的增加。离子注入后，陶瓷材料表面产生残余应力，对其断裂韧性产生明显影响。例如，当Mo离子注入Al2O3陶瓷(刚玉)表面时可以产生很大的残余压应力，大剂量的注入会使注入层产生非晶化，残余应力明显释放；若继续增加注入剂量，因受射束热的影响非晶化，表面残余应力又有新的提高；因此，可以通过对注入剂量及能量的控制来改善Al2O3陶瓷表面裂纹敏感性。Ni离子注入Al2O3‑
ZrO2陶瓷表面的改性研究也发现表面残余应力对裂纹扩展的抑制作用，这对其断裂韧性的影响很大。
[0024]利用实验数据拟合分析表面残余压应力变化趋势
[0025]离子注入后陶瓷表面断裂韧性的变化，可认为与表面无定形化的形成及产生残余压应力有关。无定形化导致在注入期积累的压缩应力释放。与无定形相关的体积膨胀会改变预存表面缺陷的形状和尺寸及外力作用下缺陷应力集中的程度。因为无定形化的大体积膨胀钝化表面缺陷和裂纹的边缘及尖端，甚至会闭合下表面开放的裂纹，当遇到外部压应力时可以减少表面缺陷的应力集中。随注入离子剂量的增加及注入时间的延长，无定形层变厚，效果更明显。
[0026]离子注入硼的氮化物剂量处于晶体相硬化区域对陶瓷摩擦性能的影响
[0027]将离子注入后的陶瓷刚玉磨料制备成砂轮或砂带，在真实服役条件下测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下；步骤一：对原料进行清洗得到物料A；步骤二：对物料A进行烘干，烘干后得到物料B；步骤三：采用氮离子和金属粒子连续重叠注入工艺对物料B进行表面改性的到物料C；步骤四：重复步骤三多次后得到改性磨料。2.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于：所述物料A为陶瓷刚玉磨料或者陶瓷微晶堆积磨料中的一种。3.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中烘干温度控制在50
‑
60℃，物料B的水分需要低于2％。4.根据权利要求1所述的一种高性能陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的氮离子和金属粒子连续重叠注入工艺中，采用直线式注入方式，其中氮离子气源采用纯度为99.00
‑
99.99％的氮气，金属离子源代用纯度为99.0
‑
99.9...

【专利技术属性】
技术研发人员：白宇，刘小磐，陈沈萍，陈瑞和，王海鑫，吴祝艳，李小龙，高群，
申请(专利权)人：江苏瑞和磨料磨具有限公司，
类型：发明
国别省市：