[发明专利]一种具有多孔隙结构的有序化金刚石钎焊砂轮制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多孔隙结构的有序化金刚石钎焊砂轮制备方法。首先将CuSn粉末(Cu 92％～95％，Sn 5％～8％)、Fe₂O₃粉末、稀土元素镧及造孔剂碳酸氢铵组成的混合粉末通过预压成形和整体烧结制备出多孔隙结构砂轮坯体；然后采用激光或电火花技术实现多层有序打孔，再将金刚石磨粒、CuSn粉末(Cu 82％～85％，Sn 15％～18％)和TiH₂粉末组成的喂料填充于小孔中，并将小孔封住；然后将其整体进行烧结制备出有序化金刚石钎焊砂轮。本发明所得钎焊砂轮具有磨粒整体有序排布，容屑空间大、散热能力强；且磨粒把持力大，不易过早脱落，适用于工程陶瓷、硬质合金等难加工材料的高效低损伤磨削加工。

技术领域

本发明涉及先进制造领域中的新型砂轮制备技术，具体涉及一种具有多孔隙结构的有序化金刚石钎焊砂轮制备方法。

背景技术

目前，金刚石砂轮在工程陶瓷、硬质合金等难加工材料的高效精密加工中得到了广泛的应用，但传统工艺制备的砂轮存在如下几个问题：1、磨粒主要靠机械包埋或物理吸附作用而把持在砂轮结合剂中，其把持强度有限，磨粒在磨削过程中容易过早脱落；2、磨粒在砂轮结合剂中为随机分布，其容屑空间有限，散热能力较差；3、砂轮结合剂比较紧密，特别对于金属结合剂砂轮而言，砂轮修整困难，影响了加工效率。对此，一些学者针对磨粒把持强度不高的问题，开发了磨粒把持力大、磨粒出刃高度充分的钎焊砂轮，但主要集中在单层钎焊砂轮的研究上，该类砂轮的工作层磨粒只有单层，磨粒耗损后砂轮随即失效，使用寿命有限；为了改善磨粒分布的均匀性，采用孔模板技术开发了磨粒有序化砂轮，虽然提高了容屑空间，但由于制备工艺的局限，开发的磨粒有序化砂轮也主要为单层磨粒砂轮，使用受到限制。此外，一些研究者开发了金刚石纤维砂轮和有序化PDC纤维砂轮，通过粉末注射成形技术或激光切割技术或电火花切割技术等制备出金刚石纤维或PDC纤维，然后将金刚石纤维或PDC纤维在砂轮胎体材料中周向有序排布并固定，然后再采用热压工艺将砂轮填料与金刚石纤维或PDC纤维整体热压成形制备出有序化金刚石纤维砂轮或有序化PDC纤维砂轮。但上述工艺制备的有序化纤维砂轮存在如下主要问题：1、金刚石纤维或PDC纤维有序排布的工艺十分繁琐，特别是纤维尺寸较小时，其劳动强度大，成本高；2、金刚石纤维在后续的热压成形过程中，不可避免地出现移位现象，排布参数和排布方式均受到影响；3、PDC纤维磨损失去切削能力后，如何修整修锐也是难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多孔隙结构的有序化金刚石钎焊砂轮制备方法，确保砂轮的容屑空间和散热能力，从而实现高效低损伤的加工效果。

本发明的技术方案是：

一种具有多孔隙结构的有序化金刚石钎焊砂轮制备方法,包括如下步骤：

(1)选取粉末平均粒径为10微米～30微米、Cu的质量百分比为90％～95％，Sn的质量百分比为5％～10％的CuSn粉末，采用气雾化或水雾化制备而成，然后利用机械球磨法将CuSn粉末、Fe₂O₃粉末、稀土元素镧、造孔剂碳酸氢铵混合均匀，其中各成分的质量占比为氧化铁2％～6％、碳酸氢铵5％～8％、镧0.5％～0.1％，余量为CuSn；根据CuSn合金相图可知，前述组成(Cu 90％～95％，Sn 5％～10％)的CuSn合金粉末出现液相的温度为850℃～900℃左右。考虑到铜是韧性材料，延展性大，含量较多时容易引起砂轮堵塞和修整困难，因此本发明中加入质量分数为2％～6％的氧化铁和加入质量分数为5％～8％的造孔剂碳酸氢铵。其中，氧化铁来源广泛，成本低，并可显著提高砂轮的硬度和耐热性；碳酸氢铵为常用的造孔剂，可以有效提高砂轮的孔隙率和可修整性能；加入质量分数为0.5％～0.1％的稀土元素镧，稀土元素镧既可以强化砂轮胎体，又可以润湿金刚石磨粒，提高砂轮胎体对小孔中金刚石磨粒的润湿性和结合力；