cBN磨具用纳米陶瓷结合剂的制备及性能研究

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陶瓷结合剂cBN磨具具有化学稳定性好、磨削领域广泛、加工精度高、锋利度和自持性好等突出优势,并且便于修整后重复使用,经济效益十分显著,在难加工材料的磨削方面有其独特优势;但是其在航空航天和船舶重工等领域的高速、高效和高精密磨削方面还有待改善。研制性能更加优异的cBN陶瓷磨具势在必行,其中开发高性能陶瓷结合剂是关键。本文主要探讨了cBN磨具用纳米陶瓷结合剂的制备及性能,通过选用R2O-RO-Al2O3-SiO2-B2O3系为基础陶瓷结合剂,在基础陶瓷结合剂的基础上加入一定量(质量百分比)的纳米添加物(钛酸盐纳米线、氧化钛纳米线和氧化钛纳米颗粒)来改善陶瓷结合剂的性能。通过电子多功能试验机、差热膨胀仪、显微硬度计、洛氏硬度计、摩擦磨损试验机、X-射线粉末衍射(XRD)、能谱仪和扫描电镜(SEM)等设备研究了陶瓷结合剂及cBN磨具的各项性能,经过一系列分析测试,分析了添加剂对陶瓷结合剂的作用机理。研究对比了两种结合剂cBN磨具的性能,探讨了烧结温度对两种磨具的影响规律,制备出高性能的cBN磨具。结果表明:(1)当添加0.5%的钛酸盐纳米线时,对陶瓷结合剂的性能有一定改善。陶瓷结合剂的热膨胀系数降低,其抗折强度、显微硬度和流动性都有所提高。其中热膨胀系数为5.72×10-6-1,抗折强度和显微硬度分别为76.29MPa、846.23MPa,流动性为136.8%。(2)当添加0.2%的氧化钛纳米线时,对陶瓷结合剂的性能改善是最有益的。陶瓷结合剂的热膨胀系数降低,其抗折强度、显微硬度和流动性都有所提高。其中热膨胀系数为5.37×10-6-1,抗折强度和显微硬度分别为85.96MPa、853.19MPa,流动性为140.6%。(3)当添加0.2%的氧化钛纳米颗粒时,对陶瓷结合剂的性能有一定改善。陶瓷结合剂的热膨胀系数降低,其抗折强度、显微硬度和流动性都有所提高。其中热膨胀系数为5.89×10-6-1,抗折强度和显微硬度分别为65.24MPa、839.87MPa,流动性为129.1%。(4)综合比较三种添加剂对陶瓷结合剂结构和性能的影响,发现添加0.2%的氧化钛纳米线的陶瓷结合剂的性能最佳,并把它用于cBN磨具制备与未添加的陶瓷结合剂cBN磨具做对比。添加0.2%氧化钛纳米线的cBN磨具的抗折强度为63.27MPa,相比基础陶瓷结合剂磨具抗折强度(45.02MPa)提高了40.5%;洛氏硬度为61.5HRB,相比基础陶瓷结合剂cBN磨具(48.5HRB)提高了26.8%;磨具气孔率相对基础陶瓷结合剂有所降低为48.9%;磨削比为22.3,相比基础陶瓷结合剂磨具(15.1)提高了47.7%,磨具的综合性能得到改善。
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