[发明专利]自由降落双喷嘴混粉气雾化水冷快凝金属基金刚石磁性磨料制备方法

说明书

一种自由降落双喷嘴混粉气雾化水冷快凝金属基金刚石磁性磨料制备方法，其特征在于：磁性磨料的硬质磨料采用金刚石粉末，金属基材料为铁、硅、铝、铜四种元素组成的合金；喷嘴采用上下双层自由降落喷嘴，上层自由降落喷嘴为低压混粉射流喷嘴、下层自由降落喷嘴为高压气流喷嘴；冷却方式为水冷，通过调节冷却水在雾化水冷室的水位高度，从而控制含有金刚石磨料金属液滴的冷却速度，使形成得金刚石磨料在磁性磨料金属基体表浅层分布的磁性磨料；送混粉采用螺旋送混粉器，实现了金刚石磨料流量的精确。本发明制备的金属基金刚石磁性磨料，金刚石和金属基体结合牢固，具有极高的磁力研磨性能，生产工艺过程程序控制，产品性能稳定，适于规模生产。

技术领域

本发明提供一种自由降落双喷嘴混粉气雾化水冷快凝金属基金刚石磁性磨料制备方法，属于复合材料的制备技术领域。

背景技术

从材料学角度，磁性磨料是一种复合材料，即铁基增强型复合材料，主要由铁磁相和磨粒相组成。铁磁相要求具有良好的导磁性和导电性，常用材料为纯铁粉或铁基合金粉末。磨粒相是兼有磨削、研磨和抛光作用的一种具有较高硬度、强度和稳定性的粒状物质，常用材料有刚玉、金刚石、氮化硅、碳化硅等。磁性磨料的化学成分及其配比和结构是决定磁性磨料性能的关键因素，这就要求铁磁相与磨粒相之间保持紧密的结合，并且要有适当的粒度，还需要有一种合适的制备方法。

现有技术中磁性磨料的制备方法有很多种，它们大体上可以分为三类：机械混合法、复合材料法、反应铸造法。

机械混合法是将铁磁性粉末、磨料粉末和研磨液等按一定比例在常温下均匀混合，直接进行研磨加工的方法。常用一定粒度的铁磁性粉末与磨料粉末如Al2O3、SiC、Cr2O3、TiC等混合均匀后，再加入粘合剂如油酸、聚乙烯甘醇、硅胶等制成。该种方法可以制成多种磁性磨料，制备工艺简单，成本低，但是在研磨期间，磨料颗粒与磁性粉末比较容易分离飞散，研磨效率低，限制了应用范围。

从材料学的角度看，磁性磨料是一种复合材料粉末，即铁基颗粒增强型复合材料粉末。它是由两种或两种以上的材料通过一定的复合工艺制成的多相材料，其性能在特定方面明显优于原材料。随着复合材料学的发展，磁性磨料的制备技术也得到了相应发展,其制备工艺有许多种，主要有烧结法、粘结法、复合镀层法等。

烧结法是目前磁性磨料制备最常用的方法。在日本，该方法已经成功地应用于工业化生产中。根据具体烧结条件的不同，它又分为常压烧结、热压烧结、激光烧结、微波烧结等。由于磁性磨料的加工性能和使用寿命,很大程度上决取于磨粒相与铁磁相的结合强度。烧结法制备的磁性磨料，在机械粉碎、筛分过程中有相当部分的磨料相与铁磁相分离,导致铁磁相与磨粒相结合强度降低，耐用度下降。

粘结法根据所选用粘结剂的不同分为无机粘结和有机粘结，是将一定比例、混合均匀的铁磁性粉末和磨料粉末用粘结剂粘结在一起，然后固化，再机械粉碎、筛选，制成不同粒度的磁性磨料粉末。粘结法制备的磁性磨料，由于不需要预先压制成块，不需要含有惰性气体的电炉、激光机等设备，因此该方法工艺简单，容易实现，成本较低。但组织疏松，结合差，密度低，热稳定性差，磨粒相容易脱落，寿命较短。且当温度较高时,粘结的磁性磨料使加工的表面成暗黑色,原有加工表面容易被污染损毁。

复合镀层法用复合电镀或复合化学镀的方法，将某种磨料颗粒均匀地夹杂到金属镀层中，而形成的特殊镀层即为复合镀层。将复合镀层工艺应用到磁性磨料的制备技术中，经过多年的发展，复合镀层法己成功地应用在不少科技领域中，但生产成本较高、批量生产难以实现、镀液处理不当还会造成环境污染。

反应铸造法其原理是在一定条件下，通过元素与元素或元素与化合物之间的化学反应，在肌体内原位合成一种或几种高强度的陶瓷增强相，在得到含有陶瓷增强相的合金后，再加热熔化并在高压下吹制成粉末。反应铸造法目前存在的问题是磁性磨料中陶瓷硬质磨料的含量低且其中的硬质磨料粒度也难于控制。