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          超硬磨料鍍覆技術在樹脂結合劑磨具中的應用

          發布時間: 2020-06-29 發布者: 富耐克應用研究中心

          樹脂結合劑金剛石/CBN磨具的使用壽命及使用效率,除了與所選用的超硬磨料有關外,還取決于磨料與結合劑之間的粘結能力。但實際情況下,金剛石、CBN均屬脆性材料,由于生產、加工的原因,磨粒表面及內部往往存在一定的結晶缺陷、包裹體等,上述缺陷在樹脂結合劑所選的磨料中相對較多,使之抗沖擊強度較低,在磨削過程中極易破碎而喪失磨削功能。另一方面,由于金剛石、CBN緊密的共價鍵結構,使得具有高的表面能,難以與樹脂結合劑良好浸潤,磨粒與結合劑之間基本沒有化學(或冶金)結合,因而導致磨粒大部分與結合劑機械鑲嵌結合,結合劑對磨粒的結合力較弱。以上這些問題都將嚴重影響樹脂結合劑超硬磨具的使用性能,因此,無論是增加磨粒自身強度、提高超硬磨料的利用率還是提高磨粒與結合劑的結合能力,都需要改善磨粒表面的物理化學特性。

          表面鍍覆技術一般指利用表面處理技術使其它材料鍍覆、沉積、涂覆在超硬磨料表面,使磨粒表面發生狀態、形狀或物理化學方面的變化的方法,通稱為超硬磨料的表面鍍覆。作為鍍膜的材料,通常是金屬,如銅、鎳、鈦等;鍍層厚度可以從數十納米至毫米級;目前比較成熟的鍍覆技術為化學鍍和電鍍技術。被鍍覆的超硬磨粒表面具有了鍍覆材料的一般性質。鍍層與超硬磨粒表面可以是化學鍵連接,也可以是物理沉積或粘結。表面鍍覆的目的是賦予超硬材料顆粒以特殊的理化性能,從而改善其使用效果。

          根據工業試驗及理論分析,表面鍍覆金屬衣與未鍍覆金屬衣的超硬磨料相比,具有下列優點:

          (1)磨粒強度可提高20%~60%。超硬磨料化學鍍覆和電鍍后,一方面改善了樹脂金剛石及CBN的脆性,可以承受較大外力的沖擊;另一方面在鍍覆過程中,鍍液滲入磨料表面的裂紋、氣孔和空穴,從而修補了缺陷,使樹脂金剛石及CBN顆粒得到強化。

          (2)改善了樹脂結合劑對磨料表面的浸潤性。經表面化學鍍和電鍍后,超硬磨粒表層具有同類金屬的性能,金屬與樹脂之間的結合強度要高于磨粒與樹脂的結合強度,從而提高了磨粒的粘結性能,提高了磨具的耐用度。研究表明,在干磨硬質合金時,大約有70%的磨粒沒有獲得充分利用而直接脫落。一旦采用鍍有金屬衣的樹脂金剛石及CBN后,就可大大改變這種狀況。

          (3)鍍金屬衣的樹脂金剛石及CBN具備良好的導熱性和導電性。在磨削過程中產生的磨削熱首先是傳到金屬衣上,并通過金屬衣很快傳遞給周圍的結合劑,金屬衣起到了良好的熱屏障作用,因此磨削熱的積聚較少,樹脂金剛石及CBN周圍樹脂結合劑達到碳化溫度而分解的幾率相對就小得多,保證了結合劑對磨粒的粘結能力,充分發揮磨料的磨削作用。

          鍍銅的樹脂金剛石及CBN磨粒表面與鍍鎳相比鍍層硬度較軟,耐腐蝕能力較差,導熱性較好;兩種不同鍍層都可用于樹脂結合劑磨具;由于鎳鍍層的強度遠遠高于銅,因而對低強度磨粒有較強的支撐和加強作用。特別是刺狀鍍層對樹脂結合劑磨具的使用壽命十分有利。

          雖然經過表面鍍覆處理的超硬磨料具有很多優異的特點,但是必須指出的是鍍覆后的磨料也有一些缺點,主要是金剛石及CBN的自銳性受到影響,因此在磨削過程中增加了機床的動力消耗(約增加10%~20%)。因此,在采用鍍覆處理的超硬磨料時,還必須適當調整樹脂結合劑的配方,否則將會造成砂輪不出刃,堵塞或燒傷工件。

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