專利名稱：具有自潤滑功能的金屬結合劑立方氮化硼砂輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有自潤滑功能的金屬結合劑立方氮化硼砂輪的制作方法， 屬于超硬磨料工具制作領域。
技術背景立方氮化硼(CBN)是繼人造金剛石之后，由美國物理化學家R.H. Wentorf 采用類似于合成金剛石的靜壓觸媒法在1957年首先制造成功的第二種人造超硬 材料。和金剛石相比，CBN除具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系數(shù)等特性外，還 具有比金剛石優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和對黑色金屬的化學穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，由CBN磨料 制作的各種砂輪已被用于鎳基高溫合金的高效精密磨削加工，以替代傳統(tǒng)的剛玉 磨料砂輪。需指出的是，盡管CBN磨粒具有優(yōu)異耐磨特性，但由于鎳基合金屬于典型的 高強韌性難加工材料，因此在采用普通CBN砂輪對其進行高效磨削時，若不能采 取相應的配套措施確保加工弧區(qū)始終保持優(yōu)異的潤滑狀態(tài)，工件與磨粒之間的強 烈摩擦作用將導致加工表層材料與砂輪發(fā)生高溫粘附，引起工件磨削燒傷。此外， 磨削高溫也使得CBN磨粒易受到熱損傷，造成砂輪鈍化快、損耗大、壽命不理想， 這將嚴重制約CBN超硬磨料砂輪加工潛能的充分發(fā)揮。為增強磨削弧區(qū)的冷卻和 潤滑能力，目前普遍采用的方法是使用高壓大流量冷卻液澆注磨削區(qū)，但冷卻液 在制造、使用、處理及排放等各個階段均會對環(huán)境造成嚴重污染。隨著社會發(fā)展 和環(huán)保意識增強，它們的應用正日益受到嚴格限制。近年來，人們也陸續(xù)開發(fā)了 一系列新型綠色冷卻技術，如MQL、低溫氣動噴霧冷卻、水蒸氣冷卻、C02氣體 冷卻等。盡管這些新型冷卻技術已在難加工材料的車削、銑削等切削加工中得到 少量應用，取得了一些令人鼓舞的成果，但在磨削加工中的應用一直未見顯著成 效。原因主要在于，在往復磨削過程中，由于砂輪高速旋轉產(chǎn)生的"氣障"阻礙 了磨削液或氣流等冷卻介質進入弧區(qū)，因而加工區(qū)實際上仍處于近似的干磨削狀 態(tài)。雖然內冷卻砂輪可在一定程度上克服冷卻介質無法進入磨削弧區(qū)的缺陷，但 目前仍難以投入實用。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種具有自潤滑功能的金屬結合劑立方氮化硼砂輪 的制作方法。本發(fā)明將具有潤滑功能的粉末顆粒引入含Ti合金中以共同組成砂輪結合劑
層材料，并制作砂輪成型毛坯；再將毛坯放入加熱爐中進行真空液相活化燒結， 制作出自潤滑金屬結合劑立方氮化硼(CBN)砂輪。(1) 向含Ti合金引入的具有潤滑功能的粉末顆粒成分為六方氮化硼(HBN)， 兩者的混合物共同組成砂輪結合劑層材料，且HBN顆粒的含量占兩者總質量的 5 15%;所述的含Ti合金為Ag-Cu-Ti合金或Cu-Sn-Ti合金；(2) 將砂輪結合劑層材料，即含Ti合金與HBN顆粒的混合物機械攪拌均勻；(3) 按砂輪金屬基體/結合劑層材料/立方氮化硼磨粒順序制作砂輪成型毛坯；(4) 將砂輪毛坯放入真空爐中，在加熱溫度90(Tl00(TC、保溫5~20分鐘 工藝下進行真空液相活化燒結，使含Ti合金分別與六方氮化硼顆粒和立方氮化 硼磨粒發(fā)生化學反應，制作自潤滑金屬結合劑立方氮化硼砂輪。本發(fā)明的原理及優(yōu)點如下向立方氮化硼(CBN)砂輪的金屬結合劑層引入具有潤滑功能的六方氮化硼 (HBN)顆粒，可以利用磨削加工過程中的機械滑擦和擠壓作用促使HBN顆粒釋 放成膜，從而顯著增強砂輪與工件之間的潤滑行為，減少磨削生成熱，降低磨削 溫度，提高加工質量，促進立方氮化硼超硬磨料砂輪磨削潛能的充分發(fā)揮。不僅如此，引入的潤滑組元——六方氮化硼(HBN)顆?？膳c結合劑層的含 Ti合金在真空液相活化燒結過程中發(fā)生化學反應，形成具有較好力學性能的界 面微觀過渡結構，確保兩者之間優(yōu)異的物理匹配性和化學相容性。此外，六方氮 化硼(朋N)還可顯著增強潤滑膜與CBN磨粒之間的附著力，避免因潤滑組元特 性選擇不當而造成潤滑膜難以成膜鋪展或潤滑膜在磨粒表面保持能力差、容易破 損脫落等不利現(xiàn)象。工藝路線(1)結合劑層材料(含Ti合金與六方氮化硼顆粒)按指定的比 例配料；(2)將結合劑層材料機械攪拌均勻；(3)制作砂輪毛坯；(4)將毛坯放 入加熱爐，再真空液相活化燒結成型。
具體實施例方式實施例1含Ti合金選用Cu-Sn-Ti合金，其Ti含量為l(m， Cu、 Sn質量比例為2:l。 HBN顆粒直徑為IO微米，其質量占結合劑層材料總質量的5%。將結合劑層材料 (Cu-Sn-Ti合金與HBN顆粒的混合物)機械攪拌10分鐘，然后按砂輪金屬基體 /結合劑層材料/立方氮化硼磨粒順序制作砂輪毛坯，其中砂輪基體材料為45鋼。
將砂輪毛坯放入加熱爐，在加熱溫度96(TC、保溫時間20分鐘工藝下進行真空 液相活化燒結，使Cu-Sn-Ti合金與HBN顆粒和CBN磨粒發(fā)生化學反應，再隨爐 冷卻到室溫出爐。 實施例2含Ti合金選用Ag-Cu-Ti合金，其Ti含量為5%， Ag、 Cu質量比例為72:28。 朋N顆粒直徑為10微米，其質量占結合劑層材料總質量的5%。將結合劑層材料 (Ag-Cu-Ti合金與HBN顆粒的混合物)機械攪拌10分鐘，然后按砂輪金屬基體 /結合劑層材料/立方氮化硼磨粒順序制作砂輪毛坯，其中砂輪基體材料為不銹鋼 1Crl8Ni9Ti。將砂輪毛坯放入加熱爐，在加熱溫度900°C、保溫時間15分鐘工 藝下進行真空液相活化燒結，使Ag-Cu-Ti合金與HBN顆粒和CBN磨粒發(fā)生化學 反應，再隨爐冷卻到室溫出爐。實施例3含Ti合金選用Cu-Sn-Ti合金，其Ti含量為10%， Cu、 Sn質量比例為2:1。 HBN顆粒直徑為10微米，其質量占結合劑層材料總質量的10%。將結合劑層材料 (Cu-Sn-Ti合金與HBN顆粒的混合物)機械攪拌10分鐘，然后按砂輪金屬基體 /結合劑層材料/立方氮化硼磨粒順序制作砂輪毛坯，其中砂輪基體材料為45鋼。 將砂輪毛坯放入加熱爐，在加熱溫度98(TC、保溫時間15分鐘工藝下進行真空 液相活化燒結，使Cu-Sn-Ti合金與HBN顆粒和CBN磨粒發(fā)生化學反應，再隨爐 冷卻到室溫出爐。 實施例4含Ti合金選用Ag-Cu-Ti合金，其Ti含量為5%， Ag、 Cu質量比例為72:28。 HBN顆粒直徑為10微米，其質量占結合劑層材料總質量的10%。將結合劑層材料 (Ag-Cu-Ti合金與HBN顆粒的混合物)機械攪拌10分鐘，然后按砂輪金屬基體 /結合劑層材料/立方氮化硼磨粒順序制作砂輪毛坯，其中砂輪基體材料為不銹鋼 1Crl8Ni9Ti。將砂輪毛坯放入加熱爐，在加熱溫度920°C、保溫時間10分鐘工 藝下進行真空液相活化燒結，使Ag-Cu-Ti合金與HBN顆粒和CBN磨粒發(fā)生化學 反應，再隨爐冷卻到室溫出爐。 實施例5含Ti合金選用Cu-Sn-Ti合金，其Ti含量為10%， Cu、 Sn質量比例為2:l。 HBN顆粒直徑為10微米，其質量占結合劑層材料總質量的15%。將結合劑層材料 (Cu-Sn-Ti合金與HBN顆粒的混合物)機械攪拌10分鐘，然后按砂輪金屬基體 /結合劑層材料/立方氮化硼磨粒順序制作砂輪毛坯，其中砂輪基體材料為45鋼。 將砂輪毛坯放入加熱爐，在加熱溫度1000'C、保溫時間10分鐘工藝下進行真空 液相活化燒結，使Cu-Sn-Ti合金與HBN顆粒和CBN磨粒發(fā)生化學反應，再隨爐 冷卻到室溫出爐。 實施例6含Ti合金選用Ag-Cu-Ti合金，其Ti含量為5%， Ag、 Cu質量比例為72:28。 HBN顆粒直徑為IO微米，其質量占結合劑層材料總質量的15%。將結合劑層材料 (Ag-Cu-Ti合金與朋N顆粒的混合物)機械攪拌10分鐘，然后按砂輪金屬基體 /結合劑層材料/立方氮化硼磨粒順序制作砂輪毛坯，其中砂輪基體材料為不銹鋼 1Crl8Ni9Ti。將砂輪毛坯放入加熱爐，在加熱溫度940。C、保溫時間5分鐘工藝 下進行真空液相活化燒結，使Ag-Cu-Ti合金與朋N顆粒和CBN磨粒發(fā)生化學反 應，再隨爐冷卻到室溫出爐。
權利要求
1、一種具有自潤滑功能的金屬結合劑立方氮化硼砂輪的制作方法，其特征在于(1)向含Ti合金中添加具有潤滑功能的粉末顆粒以共同組成砂輪金屬結合劑層；所述的含Ti合金為Ag-Cu-Ti合金或Cu-Sn-Ti合金；所述的粉末顆粒的成分為六方氮化硼(HBN)，其含量占整個結合劑層總質量的5~15％；(2)將結合劑層材料，即含Ti合金與六方氮化硼顆粒的混合物機械攪拌均勻；(3)按砂輪金屬基體/結合劑層材料/立方氮化硼磨粒的順序制作砂輪成型毛坯；(4)將砂輪成型毛坯放入加熱爐，采用真空液相活化燒結工藝，在加熱溫度900~1000℃、保溫5~20分鐘下，使含Ti合金分別與六方氮化硼(HBN)顆粒和立方氮化硼(CBN)磨粒發(fā)生化學反應，制作自潤滑金屬結合劑立方氮化硼砂輪。
全文摘要
一種具有自潤滑功能的金屬結合劑立方氮化硼(CBN)砂輪的制作方法，屬于超硬磨料工具制作領域。它是向含Ti合金(Ag-Cu-Ti合金或Cu-Sn-Ti合金)中添加具有潤滑功能的六方氮化硼(HBN)顆粒，其中HBN顆粒占兩者總質量的5~15％，兩者的混合物共同組成砂輪結合劑層，然后采用真空液相活化燒結工藝，在加熱溫度900~1000℃、保溫5~20分鐘下，使含Ti合金與HBN顆粒和CBN磨粒發(fā)生化學反應，制作自潤滑金屬結合劑立方氮化硼砂輪。
文檔編號B24D3/04GK101148037SQ20071013518
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權日2007年11月7日
發(fā)明者丁文鋒, 傅玉燦, 徐九華, 冰 肖, 蘇宏華 申請人:南京航空航天大學