專利名稱：金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研磨劑，更特別地，涉及一種金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑及其制備方法，以及涉及將金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑用于研磨氮化硅球、氧化鋯球、碳化鎢球、合金球等高精度、高附加值產(chǎn)品的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
我們已經(jīng)知道氮化硅(Si3N4)是二十一世紀(jì)最新型環(huán)保材料，由其制成的氮化硅球是軸承的重要零件，其對軸承的壽命、精度、震動和運轉(zhuǎn)特性有極大影響。氮化硅球由于其具有高硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、質(zhì)量輕、壽命長(是金屬球使用壽命的6倍)等性能，是未來發(fā)展的主要方向。然而，由于氮化硅材料硬度高、韌性較差，氮化硅球的加工周期較長，球的表面光潔度和粗糙度難以達(dá)到期望標(biāo)準(zhǔn)，劃傷或啃傷嚴(yán)重，生產(chǎn)成本較高。目前，高精度、精密無異音氮化硅微型球(例如0. 2-0. 8mm)的加工方法及其特殊性，在高精度微型軸承行業(yè)中有著非常重要的地位，隨著IT行業(yè)、電子行業(yè)、精密儀表、能源環(huán)境等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對這種高精度、精密無異音氮化硅微型球的需求越來越多。由于球體形狀的零件，其整個表面既是工作面、又是加工中的支撐面，因此對研磨球體零件的工藝水平要求非常高?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)公開了很多研磨氮化硅球的相關(guān)技術(shù)。王魁久等人的發(fā)明專利CN1113931A公開了陶瓷球的加工工藝及其設(shè)備，其中采用人造金剛石、天然金剛石粉、白剛玉、棕剛玉或立方氮化硼、氧化鉻、氧化鐵作為磨料；采用煤油、錠子油、機(jī)油中的兩種或三種按一定比例配制成乳化液，并與粒度在100-0. 08 μ m 之間的磨料進(jìn)行混磨制成研磨劑，并經(jīng)過濾后使用。在鋼球研磨機(jī)上對直徑為2-60mm的陶瓷球進(jìn)行加工。然而，該專利的陶瓷球的劃傷和啃傷較嚴(yán)重，生產(chǎn)成本較高。王作山的發(fā)明專利CN101049676A公開了一種G3級氮化硅球加工工藝，該工藝通過采用下述步驟來加工出直徑小于16mm的G3級氮化硅球a)消除毛坯工件內(nèi)應(yīng)力；b)粗磨；c)初研；d)精研；e)超精研；f)提光處理；和g)將加工好的氮化硅球取出洗凈、選擇并進(jìn)行包裝。在上述加工步驟中，在步驟《、(3)、(1)、6)中加入的油劑是柴油；b)、c)、d)中的混磨劑是由不同工序中的不同粒度的磨料和硬脂酸按重量比1/2 3/4在混磨機(jī)上充分研磨制成，并且每隔30 60分鐘添加一次混磨劑。通過該方法加工后的氮化硅球表面光亮， 球批直徑變動0. 09 0. 11 μ m，球直徑變動量小于0. 08 μ m,球形誤差0. 03 0. 05 μ m，表面粗糙度RaO. 004 0. 005 μ m,圓度0. 03 0. 05 μ m,綜合性能指標(biāo)達(dá)到G3級精度要求。 但是，該文獻(xiàn)CN101049676A的工藝加工周期太長，不適合批量化生產(chǎn)的需要，而且球在加工過程中的劃傷或啃傷較嚴(yán)重問題也未得到解決。張偉儒等人的發(fā)明專利CN101486145公開了一種陶瓷軸承球的加工方法，其中以碳化硼、氮化硅、碳化鎢、剛玉、金剛石微粉、金剛石油膏等為磨料，以氧化鉻、氧化鈷、氧化鐵、氧化鈰為助磨劑，以煤油、汽油、酒精等為研磨介質(zhì)，利用立式軸承球研磨機(jī)并進(jìn)行加工
3壓力釋放，從而實現(xiàn)軸承球低應(yīng)力精密加工。該文獻(xiàn)提出可針對氮化硅陶瓷、氧化鋯陶瓷等材料的不同特點，調(diào)整磨料、助磨劑和研磨介質(zhì)的種類和配比，細(xì)化和改善加工工藝，從而有效縮短陶瓷球加工周期以及提高陶瓷球的表面加工精度。雖然在專利文獻(xiàn)CN1113931和CN101486145中公開了利用天然金剛石粉或金剛石微粉作為磨料進(jìn)行加工。然而，上述專利文獻(xiàn)主要是利用金剛石材質(zhì)較硬的性能而將其作為在磨削加工中起切削作用的磨料。本申請人對金剛石微粉作了更為深入的研究，結(jié)果表明金剛石微粉是一種超硬精細(xì)磨料，從電鏡資料分析，金剛石微粉粒度均勻，其最小顆粒度為ο. 15μπι，最大顆粒度為 0. 7 μ m，大于0. 5 μ m的顆粒相對幾率較低，微粉的純度較高，符合Wl. 0的牌號標(biāo)準(zhǔn)。電鏡結(jié)果顯示的微粉形貌較好，特別是在放大1600倍電鏡下尤如一顆顆的“魚子”形。在2000 倍的電鏡下顯示出多粒的“魚子”團(tuán)聚狀，在3000倍下更清晰可見微粉團(tuán)聚的鏈形。在研磨過程中，Wl. 0金剛石微粉可以大大提高研磨液的附著力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，申請人充分利用了 Wl. 0金剛石微粉在研磨過程中可以提高研磨液的附著力的機(jī)理，在對氮化硅球進(jìn)行研磨的研磨液中加入適量Wl. 0金剛石微粉，從而在氮化硅球表面形成一層保護(hù)膜，以有效地阻止氮化硅球在研磨過程中被劃傷或啃傷，從而有效地提高氮化硅球的光潔度和尺寸精度，以及提高磨削效率。本發(fā)明提供了一種金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑，該硬磨劑包括按比例混合的化工原料苯甲酸鈉、動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉，其特征在于， 所述硬磨劑還包括適量的Wl. 0金剛石微粉，所述硬磨劑與水混合制成混合液，以用于在研磨工藝中循環(huán)使用。在硬磨劑中，化工原料苯甲酸鈉、動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉之間的重量百分比分別為3%、39%、25%、2%、6%、16%和9%。Wl. 0金剛石微粉相對于硬磨劑中其它化工原料的重量百分比不大于8%，優(yōu)選地在3%至6%之間，更優(yōu)選為5%。W1.0金剛石微粉用于在研磨過程中提高研磨液的附著力；苯甲酸鈉用于使金剛石微粉均勻地飄浮在液體中；油酸用于切削氮化硅球體；氫氧化鈉用于軟化氮化硅球表面；消泡劑和磷酸三鈉用于綜合消除泡沫；亞硝酸鈉起防腐蝕作用；以及清洗劑用于清洗球屑。本發(fā)明還提供了一種制備金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑的方法，包括下述步驟 1)先用清水沖刷攪拌池，然后裝入清水50KG ；2)啟動加熱器，將水加熱至50°C -60°C ；3) 將苯甲酸鈉、動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉按3 %、39 %、25 %、 2^^6^^16^^9%的重量百分比稱重，并加入適量的W1.0金剛石微粉，它們的總重量為 13. 8Kg，然后將它們裝入攪拌池中；4)關(guān)閉加熱開關(guān)，啟動攪拌開關(guān)，將原料攪動30分鐘以使其混合均勻力)關(guān)閉攪拌開關(guān)，將水加至100KG水位線；6)再次啟動攪拌開關(guān)，攪拌15分鐘后停止；以及7)進(jìn)行冷卻，之后將形成的硬磨劑裝入用于裝硬磨劑的空桶內(nèi)。本發(fā)明還提供了將金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑用于研磨氮化硅球、氧化鋯球、 碳化鎢球、合金球等高精度、高附加值產(chǎn)品的應(yīng)用。
金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑在上述球體的精研步驟中循環(huán)使用。與現(xiàn)有技術(shù)的磨削劑相比，利用本發(fā)明的硬磨劑進(jìn)行研磨帶來如下益處1)金剛石微粉均勻地漂浮在溶劑中，可循環(huán)使用。2)可比其它研磨液提高磨削效率30%以上，原因是金剛石微粉均勻飄浮在溶劑中，在2000倍放大鏡下呈不規(guī)則形狀，最大顆粒度< 0. 1 μ m，并且在各種化學(xué)成分的綜合利用下，得到了優(yōu)良的磨削效果。3)在各化學(xué)成分綜合作用下，可形成一種保護(hù)層，可確保球體在研磨過程中，球體表面零缺陷，克服以前球面劃傷、啃傷等弊病。4)可提高球體的尺寸精度(μ m)、表面粗糙度(Ra)和振動值(dB)，達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn) GB308-84-IS0 3290-2008 (E) -SANDARD、美國標(biāo)準(zhǔn) AFBMA-STANDARD 10-2008-USA、德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 5401 (GERMANY)G3-G5級的精度等級。例如，用本發(fā)明的硬磨劑所加工的直徑0. 4mm 氮化硅球光潔度能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)G5級的標(biāo)準(zhǔn)，即光潔度(〇)< 0.003μ，球圓度達(dá)到 0. 1 μ m。5)功效高。經(jīng)過反復(fù)試驗，在磨削氮化硅球的工藝中比傳統(tǒng)的磨削方法提高3-5倍。6)由于利用超硬金剛石微粉循環(huán)研磨，可提高磨球板使用效率2-3倍。


下面將參照附圖以舉例的方式描述本發(fā)明，附圖中圖1示出了本發(fā)明的金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑中除金剛石微粉之外的各成分的重量百分比。
具體實施例方式圖1示出了本發(fā)明的金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑中除金剛石微粉之外的各成分的重量百分比。如圖1所示，在該硬磨劑中，化工原料苯甲酸鈉、動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉之間的重量百分比分別為3 %、39 %、25 %、2 %、6 %、 16%和 9%0該硬磨劑還包括適量的Wl. 0金剛石微粉，Wl. 0金剛石微粉相對于硬磨劑中其它化工原料的重量百分比不大于8%，優(yōu)選地在3%至6%之間，更優(yōu)選為5%。在該硬磨劑中，苯甲酸鈉起飄浮金剛石微粉(金剛石微粉的顆粒度< 0. Ιμπι，均勻分布在液體中，也稱為W1.0金剛石微粉)的作用；磷酸三鈉是各種化學(xué)元素的中間體; 油酸起切削氮化硅球體的作用；氫氧化鈉起到軟化氮化硅球表面的作用；消泡劑和磷酸三鈉起綜合消除泡沫的作用；亞硝酸鈉起防腐蝕的作用；以及清洗劑起清洗球屑的作用。下面說明金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑的制備方法，包括下述步驟1)先用清水沖刷攪拌池，然后裝入清水50KG ；2)啟動加熱器，將水加熱至50°C-6(TC;3)將苯甲酸鈉、動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉按3^^39^^25^^2^^6^^16%, 9%的重量百分比稱重，并加入適量的Wl. 0金剛石微粉，它們的總重量為13. 8Kg，然后將它們裝入攪拌池中；4)關(guān)閉加熱開關(guān)，啟動攪拌開關(guān)，將原料攪動30分鐘以使其混合均勻；5) 關(guān)閉攪拌開關(guān)，將水加至100KG水位線；6)再次啟動攪拌開關(guān)，攪拌15分鐘后停止；以及7)進(jìn)行冷卻，之后將形成的硬磨劑裝入用于裝硬磨劑的空桶內(nèi)。所述配置好的硬磨劑溶液用于在精研工藝中循環(huán)使用。在本發(fā)明中，申請人利用Wl. 0金剛石微粉在研磨過程中可以提高研磨液的附著力的機(jī)理，在研磨液中加入適量W1.0金剛石微粉，并且在其它各化學(xué)成分的綜合作用下， 可在研磨過程中在氮化硅球表面形成一層保護(hù)膜，以有效地阻止氮化硅球被劃傷或啃傷， 從而有效地提高氮化硅球的光潔度和尺寸精度。而且，由于金剛石微粉均勻飄浮在溶劑中且在2000倍放大鏡下呈不規(guī)則形狀，顆粒度< 0. Ιμπι，并且在其它各化學(xué)成分的綜合利用下，可比現(xiàn)有技術(shù)的研磨液提高磨削效率30%以上，因而具有優(yōu)良的磨削效果。由于金剛石微粉價格較高而且主要起提高研磨液的附著力的作用，所以金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑中僅加入適量的Wl. 0金剛石微粉，而且可以對該硬磨劑循環(huán)使用，以降低加工成本。另外，由于金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑價格昂貴，只有在針對氮化硅球、氧化鋯球、碳化鎢球、合金球等高精度、高附加值產(chǎn)品進(jìn)行研磨時才使用。下面僅以加工氮化硅球為例進(jìn)行詳細(xì)說明。金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑在進(jìn)行氮化硅球的加工時主要應(yīng)用于精研I和精研II步驟中，以便提高氮化硅球表面光潔度和尺寸精度，以及提高磨削效率。下面描述利用金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑來加工G5級直徑為0. 4mm無異音氮化硅微型球，其需要進(jìn)行下述工藝步驟在加工0. 4mm無異音氮化硅微型球的精研I和精研II步驟中使用金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑。在精研I步驟中，工藝尺寸為0. 405mm，加工量0. 095mm，工藝要求車板和壓溝是精度好壞的關(guān)鍵；(1)板溝的距離要適度，溝槽的深度不能超過球徑的1/3 ;(幻壓溝時，溝道內(nèi)面光滑，溝槽邊緣不能出現(xiàn)毛刺，避免傷球，壓溝時間一般需要100小時左右。(3)在以上工藝要求均達(dá)到的情況下，方可裝入氮化硅球；(4)磨料金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑。在精研II步驟中，工藝尺寸為0.401mm，加工量0.004mm，工藝要求(1)磨板需要用Y3的磨板，溝槽的深度不能超過球徑的1/3 ;(幻重新車板，壓溝時，溝道內(nèi)面光滑，溝槽邊緣不能出現(xiàn)毛刺，避免傷球，壓溝時間要求在120小時以上；(3)壓溝時，每隔1小時用毛刷清理一次鐵屑，溝壓好后，用煤油清洗磨板，直到板溝潔凈為止；(4)壓力與轉(zhuǎn)數(shù)要調(diào)至最佳狀態(tài)力)磨料金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑。在上述精研I和精研II步驟中，由于利用超硬金剛石微粉循環(huán)研磨，還可提高磨球板使用效率2-3倍。經(jīng)過上述精研I和精研II步驟的氮化硅球可具有表1所述的性能指標(biāo)表 1
權(quán)利要求
1.一種金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑，該硬磨劑包括適當(dāng)比例的化工原料苯甲酸鈉、 動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉，其特征在于，所述硬磨劑還包括金剛石微粉，所述硬磨劑與水混合制成混合液，以用于在研磨工藝中循環(huán)使用。
2.如權(quán)利要求1所述的金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑，其中，所述金剛石微粉為顆粒度小于或等于0. 1 μ m的Wl. 0金剛石微粉。
3.如權(quán)利要求1或2所述的金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑，其中，苯甲酸鈉、動物油酸、 清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉之間的重量百分比分別為3^^39^^25%, 2%、6%、16%、9%。
4.如權(quán)利要求3所述的金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑，其中，金剛石微粉的量相對于硬磨劑中其它化工原料的重量百分比不大于8%，優(yōu)選在3%至6%之間，更優(yōu)選為5%。
5.如權(quán)利要求1或2所述的金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑，其中，所述金剛石微粉用于在研磨過程中提高研磨液的附著力。
6.一種制備金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑的制備方法，包括下述步驟1)先用清水沖刷攪拌池，然后裝入清水50KG；2)啟動加熱器，將水加熱至50°C-60°C ；3)將化工原料苯甲酸鈉、動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉按 3%、39%、25%、2%、6%、16%和9%的重量百分比稱重，并加入適量的W1.0金剛石微粉， 它們的總重量為13. 8Kg，然后將它們加入攪拌池中；4)關(guān)閉加熱開關(guān)，啟動攪拌開關(guān)，將原料攪動30分鐘以使其混合均勻；5)關(guān)閉攪拌開關(guān)，將水加至100KG水位線；6)再次啟動攪拌開關(guān)，攪拌15分鐘后停止；以及7)進(jìn)行冷卻，之后將形成的硬磨劑裝入用于裝硬磨劑的空桶內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，W1.0金剛石微粉的量相對于硬磨劑中其它化工原料的重量百分比不大于8%，優(yōu)選在3%至6%之間，更優(yōu)選為5%。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其中，所述Wl.0金剛石微粉用于在研磨過程中提高研磨液的附著力；苯甲酸鈉用于使金剛石微粉均勻地飄浮在液體中；油酸用于切削氮化硅球體；氫氧化鈉用于軟化氮化硅球表面；消泡劑和磷酸三鈉用于綜合消除泡沫；亞硝酸鈉用于起防腐蝕作用；以及清洗劑用于清洗球屑。
9.將如權(quán)利要求1-5中任一項所述的金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑用于研磨氮化硅球、氧化鋯球、碳化鎢球、合金球等高精度、高附加值球體的應(yīng)用。
10.將如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，所述金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑在所述球體的精研步驟中循環(huán)使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑及其制備方法，以及涉及將該金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑用于研磨氮化硅球、氧化鋯球、碳化鎢球、合金球等高精度、高附加值產(chǎn)品的應(yīng)用。該硬磨劑包括適當(dāng)比例的化工原料苯甲酸鈉、動物油酸、清洗劑、磷酸三鈉、消泡劑、亞硝酸鈉和氫氧化鈉，其特征在于，所述硬磨劑還包括顆粒度≤0.1μm的W1.0金剛石微粉，所述硬磨劑與水混合制成混合液，以用于在研磨工藝中循環(huán)使用。該金剛石微粉研磨液循環(huán)硬磨劑通常應(yīng)用于精研I和精研II中，有利地提高了氮化硅球等的表面光潔度和尺寸精度，以及提高磨削效率。
文檔編號C09K3/14GK102250581SQ20111009284
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者宗德富 申請人:阜新天源鋼球制造有限公司