专利名称：气雾化快凝磁性磨料制备方法
技术领域：
本发明提供一种气雾化快凝磁性磨料制备方法，属于机械零件精密光整加工范围 的磁力研磨用磁性磨料制备技术领域。
背景技术：
产品表面质量越来越受到重视，磁力研磨光整加工是改善产品表面质量很有效的 技术手段。该方法在技术上存在诸多优点柔性、自适应性、自锐性、可控性、温升小和无须 进行工具磨损补偿、无须修形等特点；同时还避免了对磨具头部结构的复杂要求，能够实现 复杂曲面的研磨光整加工和解决自动化问题；并能降低零件的制造成本，因而在国际上引 起了广泛的关注和研究。磁性磨料作为磁力研磨光整加工的磨具，在该种加工方法中起着 关键性的作用。磁性磨料的研磨性能和使用寿命与它的制备技术密切相关，因而磁性磨料 的制备技术成为磁力研磨光整加工技术发展的核心问题。国内外研究人员在磁性磨料制备方面开发了多种制备方法，主要有粘结法、烧结 法(常压烧结法、热压烧结方法、激光烧结法)、等离子粉末熔融法、机械混合法等。粘结法制备磁性磨料是将一定比例、混合均勻的铁磁性粉末和磨料粉末用粘结剂 粘结在一起，然后固化、机械粉碎、筛选，制成不同粒度的磁性磨料粉末。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，寿命短， 且在加工区域当温度较高时，粘结的磁性磨料使加工的零件表面成暗黑色，容易污染损毁 原有加工表面。烧结法制备磁性磨料是将预先处理好的按一定比例配合的铁磁性粉末和磨料粉 末混合均勻后压制成具有较高密度的压坯，在一定气氛保护下，加热、烧结，使硬质磨料结 合于导磁的铁基体内，达到所需要的机械强度后，将烧结的坯块进行机械粉碎、筛选制得。 由于该方法制备磁性磨料都需要机械粉碎，在此过程中有相当部分的磨粒相与铁磁相分 离，导致铁磁相与磨粒相结合强度降低，耐用度下降；另一方面，因机械破碎作用，使制备的 磁性磨料的颗粒形状都不规则，导致研磨过程中的零件表面研磨深度不一致，限制了加工 零件表面质量的改善和提高，也限制了该种磁性磨料的应用范围，并且烧结后坚硬的坯块 机械粉碎过程相当困难，制造成本高，难以批量生产。等离子粉末熔融法制备磁性磨料需要等离子发生器、抽真空系统、粉末混合装置 等复杂的设备，制备工艺非常复杂，产量低(每小时只能生产几十克)，成本很高，不适合批
量生产。机械混合法制备的磁性磨料是将铁磁性粉末与磨料粉末混合均勻，加入研磨液后 直接使用，因铁磁相与磨粒相容易分离，只能适用于简单的应用场合。从研磨理论和磨擦学角度分析，理想的研磨磨料形状应该是球形的，在其表层均 勻的分布硬质磨料颗粒。而前述的粘结法和烧结法制备的磁性磨料，因存在诸多缺点和不 足，难以满足生产使用要求。为推动磁力研磨技术的发展，满足不断增长的对产品表面质量 要求越来越高的需要，必须探索新的制备容易、成本低廉、生产效率高、研磨性能好的优质球形磁性磨料。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、制备容易、成本低廉、生产效率高、研 磨性能好的气雾化快凝磁性磨料制备方法。其技术方案为一种气雾化快凝磁性磨料制备方法，其特征在于采用以下步骤(1)对传统的气 雾化快凝制粉设备进行改进，高压气流喷嘴采用陶瓷耐磨材料，在高压气流喷嘴前的气路 中增加一个硬质磨料粉末混入装置，使得高压气流在喷出前混入硬质磨料粉末并均勻混合 形成气固两相流；选用具有强软磁性的金属材料或金属合金材料，作为磁性磨料的机体材 料，加热至熔融状态；(2)打开高压气流开关，使气固两相高压气流自高压气流喷嘴喷出， 操作电炉使熔融状态的机体材料从金属液流喷嘴喷出；在气固两相高压气流的作用下，熔 融状态的机体材料在从金属液流喷嘴喷出后的瞬间，硬质磨料粉末被强行注入、混合，然后 含有硬质磨料粉末的熔融状态的机体材料被迅速雾化成微小液滴，经过快速冷却形成颗粒 状的磁性磨料粉末。其工作原理为本发明在传统金属气雾化制粉设备的基础上，通过在气路中增加 混粉装置，使高压气体在喷出前混入硬质磨料粉末，然后喷向自金属液流喷嘴喷出的熔融 状态的金属液流。金属液流在喷出喷嘴后的瞬间，在混有硬质磨料粉末的高压气流的作用 下，硬质磨料粉末被强行注入并混合，然后含有硬质磨料粉末的熔融金属被迅速雾化成微 小液滴，经过快速冷却形成颗粒状的磁性磨料。本发明与现有技术相比，其优点是1、将气雾化快凝原理应用到磁性磨料的制备，使得润湿性能很差的熔融态金属和 硬质磨料能够强制性地结合在一起，制备出结合强度非常高的磁性磨料，制备工艺简单；2、本发明制备的磁性磨料具有良好的球形形状结构、硬质磨料颗粒在磁性磨料颗 粒表面分布均勻、结合强度高、使用寿命长的显著优点，在精密光整加工技术领域具有广泛 的用途。3、本发明是一种可以大批量、高效率、低成本生产优质磁性磨料的有效方法，具有 很高的推广应用价值。
图1是磁性磨料的理想结构模型图；图2是本发明制备的磁性磨料颗粒的150x形貌SEM图片；图3是本发明制备的磁性磨料颗粒的400x形貌SEM图片。
具体实施例方式实施例机体材料采用铁硅铝软磁性材料合金，硬质磨料粉末选用400目的Al2O3 磨料粉末，用氮气作为雾化气体，气体压力控制在l.OMPa。具体步骤为(1)对传统的气雾化快凝制粉设备进行改进，高压气流喷嘴采用陶瓷耐磨材料，在 高压气流喷嘴前的气路中增加一个强制性的硬质磨料粉末混入装置，使得高压气流在喷出 前混入硬质磨料粉末并均勻混合形成气固两相流；用电炉将机体材料加热至熔融状态；
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(2)打开高压气流开关，使气固两相高压气流自高压气流喷嘴喷出，操作电炉使熔 融状态的机体材料从金属液流喷嘴喷出。在气固两相高压气流的作用下，熔融状态的机体 材料在从金属液流喷嘴喷出后的瞬间，硬质磨料粉末被强行注入并混合，然后含有硬质磨 料粉末的熔融状态的机体材料被迅速雾化成微小液滴，经过快速冷却形成颗粒状的磁性磨 料粉末。 制备的磁性磨料颗粒实物的扫描电镜图片如图2、图3所示，图2是放大150倍的 扫描电镜图片，图3是放大400倍的扫描电镜图片。通过与理想的磁性磨料颗粒结构模型 进行对比，可以看出本发明制备的磁性磨料颗粒结构与理想的磁性磨料颗粒结构相吻合。
权利要求
一种气雾化快凝磁性磨料制备方法，其特征在于采用以下步骤(1)对传统的气雾化快凝制粉设备进行改进，高压气流喷嘴采用陶瓷耐磨材料，在高压气流喷嘴前的气路中增加一个硬质磨料粉末混入装置，使得高压气流在喷出前混入硬质磨料粉末并均匀混合形成气固两相流；选用具有强软磁性的金属材料或金属合金材料，作为磁性磨料的机体材料，加热至熔融状态；(2)打开高压气流开关，使气固两相高压气流自高压气流喷嘴喷出，操作电炉使熔融状态的机体材料从金属液流喷嘴喷出；在气固两相高压气流的作用下，熔融状态的机体材料在从金属液流喷嘴喷出后的瞬间，硬质磨料粉末被强行注入、混合，然后含有硬质磨料粉末的熔融状态的机体材料被迅速雾化成微小液滴，经过快速冷却形成颗粒状的磁性磨料粉末。
全文摘要
本发明提供一种气雾化快凝磁性磨料制备方法，特征在于采用以下步骤(1)对气雾化快凝制粉设备进行改进，高压气流喷嘴采用陶瓷耐磨材料，在气路中增加一个混粉装置，使得高压气流在喷出前混入硬质磨料粉末、并形成气固两相流；采用具有强软磁性的金属材料作为磁性磨料的机体材料，加热至熔融状态；(2)打开高压气流开关，使气固两相流自高压气流喷嘴喷出，操作电炉使熔融状态的机体材料从金属液流喷嘴喷出；机体材料喷出后的瞬间，在高压气固两相流的作用下，硬质磨料粉末被强行注入，含有硬质磨料粉末的机体材料被迅速雾化成微小液滴，经快速冷却形成颗粒状的磁性磨料粉末。本发明生产效率高、成本低，制备的磁性磨料性能好，适合批量生产。
文档编号C09K3/14GK101899282SQ201010206408
公开日2010年12月1日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者张桂香, 赵增典, 赵玉刚 申请人:山东理工大学