【摘 要】
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陶瓷结合剂金刚石磨具具有加工质量高,磨削发热量少等优点,能较好地满足硬脆材料的精密磨削加工要求,被广泛应用于硬质合金、精密光学材料、工业陶瓷材料的精密加工。然而金刚石磨料表面光滑,表面能高,导致陶瓷结合剂与磨料的润湿性较差,在磨削加工过程中金刚石容易从结合剂上提前脱落,从而大幅降低了这类砂轮的使用寿命。为了改善其润湿性,提高磨具的性能,本文针对金刚石磨具用陶瓷结合剂配方组成及金刚石表面改性进行研究
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陶瓷结合剂金刚石磨具具有加工质量高,磨削发热量少等优点,能较好地满足硬脆材料的精密磨削加工要求,被广泛应用于硬质合金、精密光学材料、工业陶瓷材料的精密加工。然而金刚石磨料表面光滑,表面能高,导致陶瓷结合剂与磨料的润湿性较差,在磨削加工过程中金刚石容易从结合剂上提前脱落,从而大幅降低了这类砂轮的使用寿命。为了改善其润湿性,提高磨具的性能,本文针对金刚石磨具用陶瓷结合剂配方组成及金刚石表面改性进行研究,得到如下结论:1)在陶瓷结合剂配方中加入V2O5,结果表明:添加4 wt.%V2O5的陶瓷结合剂的耐火度达到555°C,比不添加V2O5的陶瓷结合剂的耐火度低17°C。熔融状态下的结合剂中钒离子在金刚石表面富集,并与金刚石表面存在的不饱和碳原子结合形成V-C键,有效改善了陶瓷结合剂与金刚石磨料之间的润湿性,其润湿角随V2O5含量的增多而减小,当V2O5含量为4 wt.%时,润湿角最小,润湿性最佳。当V2O5的加入量为2 wt.%时,结合剂中开始有Li2Si2O5晶体析出,随着V2O5含量增多,晶体快速长大,当V2O5加入量为4 wt.%时,晶体与结合剂界面处产生裂纹。添加2 wt.%V2O5的陶瓷结合剂金刚石复合材料抗弯强度和硬度从83.7 MPa和87.4 HRB提高到112.6 MPa和108.1 HRB,与不加V2O5时相比分别提高了约34.5%和23.7%。2)采用溶胶-凝胶法在金刚石表面制备V2O5薄膜来改善陶瓷结合剂对金刚石润湿性及其砂轮的性能。结论如下:采用熔融淬冷法制备V2O5溶胶,当H2O/V2O5质量之比为50,熔融温度为850°C,保温时间为20 min时,制得的溶胶较好;当V2O5溶胶的粘度为2 m Pa·s,涂覆在金刚石表面后经600°C热处理在金刚石表面可形成一层光滑致密的V2O5薄膜,且在热处理过程中金刚石表面的不饱和碳原子会与V2O5薄膜形成O-V-C和V-O-C键。陶瓷金刚石复合材料在烧结过程中,金刚石表面的V2O5会溶于陶瓷结合剂中,降低界面处陶瓷结合剂的表面张力和耐火度,提高陶瓷结合剂对涂膜金刚石的润湿性。当烧结温度为650°C时,涂膜复合材料的抗弯强度和硬度分别为92.8 MPa和99.4HRB比未涂膜时的85.6 MPa和87.6HRB分别提高了约8.4%和13.5%。3)陶瓷结合剂中添加2 wt.%的V2O5,制备的金刚石砂轮的磨削性能明显提高,与不加V2O5相比,在一个修整周期内,磨削的第五十个氧化锆工件的内孔圆度和直线度误差分别从3.31μm和2.11μm降低至3.02μm和1.9μm。涂覆V2O5薄膜的金刚石所制备的砂轮磨削性能有所提高,与未涂膜砂轮相比,在一个修整周期内,磨削的第五十个氧化锆工件的内孔圆度和直线度误差分别从3.35μm和2.14μm降低至3.13μm和1.99μm。
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