专利名称：具有自润滑功能的金属结合剂立方氮化硼砂轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有自润滑功能的金属结合剂立方氮化硼砂轮的制作方法， 属于超硬磨料工具制作领域。
技术背景立方氮化硼(CBN)是继人造金刚石之后，由美国物理化学家R.H. Wentorf 采用类似于合成金刚石的静压触媒法在1957年首先制造成功的第二种人造超硬 材料。和金刚石相比，CBN除具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等特性外，还 具有比金刚石优越的热稳定性和对黑色金属的化学稳定性。现阶段，由CBN磨料 制作的各种砂轮已被用于镍基高温合金的高效精密磨削加工，以替代传统的刚玉 磨料砂轮。需指出的是，尽管CBN磨粒具有优异耐磨特性，但由于镍基合金属于典型的 高强韧性难加工材料，因此在采用普通CBN砂轮对其进行高效磨削时，若不能采 取相应的配套措施确保加工弧区始终保持优异的润滑状态，工件与磨粒之间的强 烈摩擦作用将导致加工表层材料与砂轮发生高温粘附，引起工件磨削烧伤。此外， 磨削高温也使得CBN磨粒易受到热损伤，造成砂轮钝化快、损耗大、寿命不理想， 这将严重制约CBN超硬磨料砂轮加工潜能的充分发挥。为增强磨削弧区的冷却和 润滑能力，目前普遍采用的方法是使用高压大流量冷却液浇注磨削区，但冷却液 在制造、使用、处理及排放等各个阶段均会对环境造成严重污染。随着社会发展 和环保意识增强，它们的应用正日益受到严格限制。近年来，人们也陆续开发了 一系列新型绿色冷却技术，如MQL、低温气动喷雾冷却、水蒸气冷却、C02气体 冷却等。尽管这些新型冷却技术已在难加工材料的车削、铣削等切削加工中得到 少量应用，取得了一些令人鼓舞的成果，但在磨削加工中的应用一直未见显著成 效。原因主要在于，在往复磨削过程中，由于砂轮高速旋转产生的"气障"阻碍 了磨削液或气流等冷却介质进入弧区，因而加工区实际上仍处于近似的干磨削状 态。虽然内冷却砂轮可在一定程度上克服冷却介质无法进入磨削弧区的缺陷，但 目前仍难以投入实用。 发明内容本发明的目的在于提供一种具有自润滑功能的金属结合剂立方氮化硼砂轮 的制作方法。本发明将具有润滑功能的粉末颗粒引入含Ti合金中以共同组成砂轮结合剂
层材料，并制作砂轮成型毛坯；再将毛坯放入加热炉中进行真空液相活化烧结， 制作出自润滑金属结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮。(1) 向含Ti合金引入的具有润滑功能的粉末颗粒成分为六方氮化硼(HBN)， 两者的混合物共同组成砂轮结合剂层材料，且HBN颗粒的含量占两者总质量的 5 15%;所述的含Ti合金为Ag-Cu-Ti合金或Cu-Sn-Ti合金；(2) 将砂轮结合剂层材料，即含Ti合金与HBN颗粒的混合物机械搅拌均匀；(3) 按砂轮金属基体/结合剂层材料/立方氮化硼磨粒顺序制作砂轮成型毛坯；(4) 将砂轮毛坯放入真空炉中，在加热温度90(Tl00(TC、保温5~20分钟 工艺下进行真空液相活化烧结，使含Ti合金分别与六方氮化硼颗粒和立方氮化 硼磨粒发生化学反应，制作自润滑金属结合剂立方氮化硼砂轮。本发明的原理及优点如下向立方氮化硼(CBN)砂轮的金属结合剂层引入具有润滑功能的六方氮化硼 (HBN)颗粒，可以利用磨削加工过程中的机械滑擦和挤压作用促使HBN颗粒释 放成膜，从而显著增强砂轮与工件之间的润滑行为，减少磨削生成热，降低磨削 温度，提高加工质量，促进立方氮化硼超硬磨料砂轮磨削潜能的充分发挥。不仅如此，引入的润滑组元——六方氮化硼(HBN)颗粒可与结合剂层的含 Ti合金在真空液相活化烧结过程中发生化学反应，形成具有较好力学性能的界 面微观过渡结构，确保两者之间优异的物理匹配性和化学相容性。此外，六方氮 化硼(朋N)还可显著增强润滑膜与CBN磨粒之间的附着力，避免因润滑组元特 性选择不当而造成润滑膜难以成膜铺展或润滑膜在磨粒表面保持能力差、容易破 损脱落等不利现象。工艺路线(1)结合剂层材料(含Ti合金与六方氮化硼颗粒)按指定的比 例配料；(2)将结合剂层材料机械搅拌均匀；(3)制作砂轮毛坯；(4)将毛坯放 入加热炉，再真空液相活化烧结成型。
具体实施例方式实施例1含Ti合金选用Cu-Sn-Ti合金，其Ti含量为l(m， Cu、 Sn质量比例为2:l。 HBN颗粒直径为IO微米，其质量占结合剂层材料总质量的5%。将结合剂层材料 (Cu-Sn-Ti合金与HBN颗粒的混合物)机械搅拌10分钟，然后按砂轮金属基体 /结合剂层材料/立方氮化硼磨粒顺序制作砂轮毛坯，其中砂轮基体材料为45钢。
将砂轮毛坯放入加热炉，在加热温度96(TC、保温时间20分钟工艺下进行真空 液相活化烧结，使Cu-Sn-Ti合金与HBN颗粒和CBN磨粒发生化学反应，再随炉 冷却到室温出炉。 实施例2含Ti合金选用Ag-Cu-Ti合金，其Ti含量为5%， Ag、 Cu质量比例为72:28。 朋N颗粒直径为10微米，其质量占结合剂层材料总质量的5%。将结合剂层材料 (Ag-Cu-Ti合金与HBN颗粒的混合物)机械搅拌10分钟，然后按砂轮金属基体 /结合剂层材料/立方氮化硼磨粒顺序制作砂轮毛坯，其中砂轮基体材料为不锈钢 1Crl8Ni9Ti。将砂轮毛坯放入加热炉，在加热温度900°C、保温时间15分钟工 艺下进行真空液相活化烧结，使Ag-Cu-Ti合金与HBN颗粒和CBN磨粒发生化学 反应，再随炉冷却到室温出炉。实施例3含Ti合金选用Cu-Sn-Ti合金，其Ti含量为10%， Cu、 Sn质量比例为2:1。 HBN颗粒直径为10微米，其质量占结合剂层材料总质量的10%。将结合剂层材料 (Cu-Sn-Ti合金与HBN颗粒的混合物)机械搅拌10分钟，然后按砂轮金属基体 /结合剂层材料/立方氮化硼磨粒顺序制作砂轮毛坯，其中砂轮基体材料为45钢。 将砂轮毛坯放入加热炉，在加热温度98(TC、保温时间15分钟工艺下进行真空 液相活化烧结，使Cu-Sn-Ti合金与HBN颗粒和CBN磨粒发生化学反应，再随炉 冷却到室温出炉。 实施例4含Ti合金选用Ag-Cu-Ti合金，其Ti含量为5%， Ag、 Cu质量比例为72:28。 HBN颗粒直径为10微米，其质量占结合剂层材料总质量的10%。将结合剂层材料 (Ag-Cu-Ti合金与HBN颗粒的混合物)机械搅拌10分钟，然后按砂轮金属基体 /结合剂层材料/立方氮化硼磨粒顺序制作砂轮毛坯，其中砂轮基体材料为不锈钢 1Crl8Ni9Ti。将砂轮毛坯放入加热炉，在加热温度920°C、保温时间10分钟工 艺下进行真空液相活化烧结，使Ag-Cu-Ti合金与HBN颗粒和CBN磨粒发生化学 反应，再随炉冷却到室温出炉。 实施例5含Ti合金选用Cu-Sn-Ti合金，其Ti含量为10%， Cu、 Sn质量比例为2:l。 HBN颗粒直径为10微米，其质量占结合剂层材料总质量的15%。将结合剂层材料 (Cu-Sn-Ti合金与HBN颗粒的混合物)机械搅拌10分钟，然后按砂轮金属基体 /结合剂层材料/立方氮化硼磨粒顺序制作砂轮毛坯，其中砂轮基体材料为45钢。 将砂轮毛坯放入加热炉，在加热温度1000'C、保温时间10分钟工艺下进行真空 液相活化烧结，使Cu-Sn-Ti合金与HBN颗粒和CBN磨粒发生化学反应，再随炉 冷却到室温出炉。 实施例6含Ti合金选用Ag-Cu-Ti合金，其Ti含量为5%， Ag、 Cu质量比例为72:28。 HBN颗粒直径为IO微米，其质量占结合剂层材料总质量的15%。将结合剂层材料 (Ag-Cu-Ti合金与朋N颗粒的混合物)机械搅拌10分钟，然后按砂轮金属基体 /结合剂层材料/立方氮化硼磨粒顺序制作砂轮毛坯，其中砂轮基体材料为不锈钢 1Crl8Ni9Ti。将砂轮毛坯放入加热炉，在加热温度940。C、保温时间5分钟工艺 下进行真空液相活化烧结，使Ag-Cu-Ti合金与朋N颗粒和CBN磨粒发生化学反 应，再随炉冷却到室温出炉。
权利要求
1、一种具有自润滑功能的金属结合剂立方氮化硼砂轮的制作方法，其特征在于(1)向含Ti合金中添加具有润滑功能的粉末颗粒以共同组成砂轮金属结合剂层；所述的含Ti合金为Ag-Cu-Ti合金或Cu-Sn-Ti合金；所述的粉末颗粒的成分为六方氮化硼(HBN)，其含量占整个结合剂层总质量的5~15％；(2)将结合剂层材料，即含Ti合金与六方氮化硼颗粒的混合物机械搅拌均匀；(3)按砂轮金属基体/结合剂层材料/立方氮化硼磨粒的顺序制作砂轮成型毛坯；(4)将砂轮成型毛坯放入加热炉，采用真空液相活化烧结工艺，在加热温度900~1000℃、保温5~20分钟下，使含Ti合金分别与六方氮化硼(HBN)颗粒和立方氮化硼(CBN)磨粒发生化学反应，制作自润滑金属结合剂立方氮化硼砂轮。
全文摘要
一种具有自润滑功能的金属结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮的制作方法，属于超硬磨料工具制作领域。它是向含Ti合金(Ag-Cu-Ti合金或Cu-Sn-Ti合金)中添加具有润滑功能的六方氮化硼(HBN)颗粒，其中HBN颗粒占两者总质量的5~15％，两者的混合物共同组成砂轮结合剂层，然后采用真空液相活化烧结工艺，在加热温度900~1000℃、保温5~20分钟下，使含Ti合金与HBN颗粒和CBN磨粒发生化学反应，制作自润滑金属结合剂立方氮化硼砂轮。
文档编号B24D3/04GK101148037SQ20071013518
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者丁文锋, 傅玉灿, 徐九华, 冰 肖, 苏宏华 申请人:南京航空航天大学