一種新型超硬磨料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超硬磨料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種新型超硬磨料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人造金剛石(70GPa)及立方氮化硼(CBN，45_50GPa)超硬磨料由于其具有極高的硬度，因此其在難加工的硬脆材料及鋼鐵材料的高速高效與精密、超精密磨削領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但目前這兩種超硬磨料在應(yīng)用中也存在一些缺點(diǎn)，比如，金剛石在高溫下(800°c以上)易石墨化和氧化，加工過(guò)程中易與鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成碳化物而快速損耗，因而不適宜磨削加工低碳鐵基材料(可以加工高碳含量鑄鐵)；CBN雖然擁有很好的抗氧化性，加工過(guò)程也不與鐵基材料發(fā)生反應(yīng)，但其在熱狀態(tài)下易與空氣或冷卻液中的水產(chǎn)生水解反應(yīng)而產(chǎn)生損耗，因此CBN磨料在使用過(guò)程中不適用水基冷卻液，多使用油基冷卻液，其環(huán)境友好性和環(huán)境耐久性不足。此外，基于金剛石與CBN磨料的高溫、高壓合成工藝，其應(yīng)用成本也遠(yuǎn)高于其它磨料。因此，研宄適宜磨削加工鐵基材料并具備更優(yōu)異環(huán)境適用性和環(huán)境友好性的新型超硬磨料有著很廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]鋁鎂硼(AlMgB14)化合物是一種新型的超硬材料，具有高硬度(32-35GPa)、低密度(2.66g/cm3)以及抗高溫氧化等優(yōu)異的綜合性能。么11%814與1182復(fù)合后具有高達(dá)40_46GPa的硬度，且AlMgB14材料與鋼之間具有極低的摩擦系數(shù)(0.02)。高硬度以及與鋼之間極低的摩擦系數(shù)使該類材料有可能在金屬切削加工刀具和減磨材料上有廣闊的應(yīng)用前景，因而鋁鎂硼超硬材料金屬切削刀具和表面減磨涂層成為國(guó)內(nèi)外研宄的熱點(diǎn)。
[0004]目前的研宄主要集中在AlMgB14作為切削刀具的材料合成以及刀具增韌、增強(qiáng)的研宄和開(kāi)發(fā)。然而對(duì)于AlMgB14&其相關(guān)材料磨料的制備還沒(méi)有人嘗試過(guò)。
[0005]不同于金剛石和CBN，鋁鎂硼屬于低對(duì)稱性的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋁鎂硼材料的脆性較大，斷裂韌度也只能達(dá)到3.0-4.1MPa.m1/2，這也是該材料在切削刀具領(lǐng)域應(yīng)用的主要障礙。目前針對(duì)鋁鎂硼材料的研宄主要集中在材料的增強(qiáng)和增韌方面，但對(duì)鋁鎂硼材料的增韌和增強(qiáng)后又會(huì)導(dǎo)致硬度的大幅降低，因而該材料在金屬切削刀具方面的應(yīng)用一直沒(méi)有取得較大的突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有環(huán)境友好性和環(huán)境適用性好，工藝簡(jiǎn)單、合成條件寬松、合成溫度低、能源消耗少、清潔環(huán)保、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適宜批量生產(chǎn)的新型超硬磨料的制備方法；該方法制得的鋁鎂硼鈦超硬磨料具有40-46GPa的高硬度，低密度、低摩擦系數(shù)、自潤(rùn)滑性好、抗高溫氧化、耐磨性好，質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)異的綜合性能。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種新型超硬磨料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009]步驟一、配粉球磨:將高純Al、Mg、B和1182粉體在真空手套箱中氬氣氣氛保護(hù)下按比例混合放入硬質(zhì)合金球磨罐中，密封好后拿出裝有混合粉料的球磨罐放入球磨機(jī)中球磨進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨方式為干法球磨或濕法球磨，濕法球磨需添加含水量< Iwt.%的無(wú)水乙醇或甲醇作為溶劑，球磨混合后獲得鋁鎂硼鈦粉料；
[0010]步驟二、造粒:在步驟一獲得的鋁鎂硼鈦粉料中加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行濕狀態(tài)下混料，所述有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇或石蠟或甲醇或無(wú)水乙醇，混料時(shí)間為2-5h，混料后的粉料在保護(hù)氣氛或真空條件下干燥，再經(jīng)球磨機(jī)粉碎，過(guò)篩后獲得500-1500 μπι粒徑的鋁鎂硼鈦混合顆粒，球磨速度控制在50-100r/min，球磨時(shí)間60_120min ；
[0011]步驟三、裝模成型:將步驟二獲得的鋁鎂硼鈦混合顆粒在氬氣氣氛下與碳粉充分混合后進(jìn)行裝模，石墨模具裝模完畢后進(jìn)行冷壓成型，成型壓力為3-5MPa，獲得鋁鎂硼鈦-碳粉冷壓坯體材料；
[0012]步驟四、熱壓燒結(jié):將步驟三裝有鋁鎂硼鈦-碳粉冷壓坯體材料的模具放入真空熱壓爐中，在氬氣氣氛下燒結(jié)成致密的鋁鎂硼鈦塊體材料，燒結(jié)溫度為1400-1600°C，燒結(jié)成型壓力大于等于30MPa，經(jīng)熱壓燒結(jié)后，采用振動(dòng)篩去除致密鋁鎂硼鈦塊體材料中的碳粉，獲得大顆粒鋁鎂硼鈦超硬磨料；
[0013]步驟五、粉碎、篩分:采用破碎機(jī)或球磨機(jī)對(duì)步驟四獲得的大顆粒鋁鎂硼鈦超硬磨料進(jìn)行破碎，粉碎和篩分，所述破碎機(jī)為顎式或錘式破碎機(jī)，所述球磨機(jī)為行星式、攪拌式或振動(dòng)式球磨機(jī)，獲得不同粒度的超硬磨料，可供制備不同的磨具使用。
[0014]作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，步驟一所述放入硬質(zhì)合金球磨罐的混合粉料中，Al粉的重量百分比占6.58% -9.22% ,Mg粉的重量百分比占5.86% -8.22%, B粉的重量百分比占37.56% -52.56%，TiB2粉的重量百分比占30% -50% 0
[0015]作為本技術(shù)方案的另一種改進(jìn)，步驟一所述放入硬質(zhì)合金球磨罐的混合粉料中，Al粉的重量百分比占8.58% -9.22% ,Mg粉的重量百分比占7.86% -8.22%, B粉的重量百分比占44.56% -52.56%，TiB2粉的重量百分比占30% -40%。
[0016]作為本技術(shù)方案的另一種改進(jìn)，步驟一所述Al粉和Mg粉純均度高于99.9%，Al粉粒度彡70 μ m，Mg粉粒度彡100 μ m，所述B粉純度高于99.5%，粒度彡5 μ m，TiB2粉末純度高于99.5%,粒度< 50 μ m。
[0017]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟一所述球磨罐及其磨球均為WC-Co硬質(zhì)合金材料制成，球料比為10-30:1，球磨過(guò)程中球磨時(shí)間20-48h，球磨速率為250-300rpm，磨球和原料總體積不超過(guò)球磨罐體積的2/3。
[0018]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟二中所述保護(hù)氣為高純氬氣或氖氣或氦氣。
[0019]作為本技術(shù)方案的更進(jìn)一步改進(jìn)，步驟二中所述有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇或石蠟或甲醇或無(wú)水乙醇。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種新型超硬磨料的制備方法，采用配方和工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，該方法與制備其他超硬磨料相比，具有環(huán)境友好性和環(huán)境適用性好，制備工藝簡(jiǎn)單、合成條件寬松，合成溫度低、能源消耗少、清潔環(huán)保、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適宜批量生產(chǎn)；該方法制得的鋁鎂硼鈦超硬磨料具有40-46GPa的高硬度，低密度、低摩擦系數(shù)、自潤(rùn)滑性好、抗高溫氧化、耐磨性好，質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)異的綜合性能。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明鋁鎂硼鈦顆粒與碳粉在熱壓模具中真空熱壓燒結(jié)原理圖；
[0022]其中，1-石墨上壓頭，2-石墨下壓頭，3-石墨模具套，4-鋁鎂硼鈦顆粒，5-碳粉。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]一種新型超硬磨料的制備方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0026]步驟一、配粉球磨:按重量百分比取Al粉9.22%, Mg粉8.22%、B粉52.56%和1182粉30%在真空手套箱中氬氣氣氛保護(hù)下放入硬質(zhì)合金球磨罐中，所述Al粉純度為99.95%, Al粉粒度為70 μm，Mg粉純度為99.95%, Mg粉粒度為100 μm所述B粉純度為99.6%,粒度為4 μm，TiB2粉末純度為99.6%，粒度為50 μm，密封好后拿出裝有混合粉料的球磨罐放入球磨機(jī)中球磨進(jìn)行機(jī)械合金化，所述球磨罐及其磨球均為WC-Co硬質(zhì)合金材料制成，磨球和原料總體積不超過(guò)球磨罐體積的2/3，球料比為15:1，球磨速率為250rpm，球磨時(shí)間為24h，球磨方式為濕法球磨，