[發明專利]一種基于磨粒團簇和石墨烯的多孔立方氮化硼砂輪工作層及其制造方法

在審

• 申請號: 201710945948.8
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107900921A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 丁文鋒;趙彪;徐九華;傅玉燦;蘇宏華;楊長勇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B24D7/14
• 分類號: B24D7/14;B24D18/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 曹翠珍

技術領域

本發明涉及一種基于磨粒團簇和石墨烯的多孔立方氮化硼(Cubic Boron Nitride，簡稱CBN)砂輪工作層制造方法，為一種復合結合劑砂輪，屬于超硬磨料工具技術領域。

背景技術

立方氮化硼(Cubic Boron Nitride，簡稱CBN)具有高硬度、高耐磨性、化學性質穩定等優點。因此，采用CBN磨粒制作的超硬磨料砂輪在加工高強韌性難加工材料(比如鈦合金、鎳基高溫合金等)方面得到了應用。現階段，針對高強韌性難加工材料高效磨削過程表現出的材料去除率高、負荷重、磨削熱多的加工特性，使得高強韌性難加工材料高效磨削面臨實現高速、加工質量差、砂輪修整頻繁等難題。因此，為了匹配高強韌性難加工材料高效磨削過程表現出的加工特性，CBN砂輪工作層除需具備高耐磨性和高型面穩定性外，還必須同時滿足高鋒利度、高導熱性以及高氣孔率的要求。

目前，雖然傳統CBN砂輪等(如：樹脂結合劑CBN砂輪、金屬結合劑CBN砂輪和陶瓷結合劑CBN砂輪)在普通磨削加工中廣泛應用，但仍無法滿足高強韌性難加工材料高效磨削對砂輪的特殊要求。相比于樹脂結合劑CBN砂輪，金屬結合劑CBN砂輪顯著提升磨粒把持強度和耐磨性，然而致密的金屬工作層導致加工時工件粘附和堵塞嚴重。考慮到高強韌性難加工材料高效磨削時的加工特性，顯然具備氣孔率高、自銳性好、易修整修銳等優點的陶瓷結合劑CBN更為合適，但陶瓷材料本身脆性大、抗沖擊性差、型面穩定性差等缺點也在一定程度上限制了其在高速/超高速磨削領域的應用。

鑒于傳統CBN砂輪在加工高強韌性難加工材料高效磨削過程中存在的加工表面易燒傷、砂輪修整頻繁、磨削質量穩定性差等問題，開發一種兼具高氣孔率、傳熱性好、自銳性好及高強度等優良特性的新型CBN超硬磨料砂輪已迫在眉睫。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提出一種基于磨粒團簇和石墨烯的多孔CBN砂輪工作層及其制造方法，其既能實現高強韌難加工材料高效磨削加工，又能解決傳統CBN砂輪在加工過程中存在的加工表面易燒傷、砂輪修整頻繁、磨削質量穩定性差等問題。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于磨粒團簇和石墨烯的多孔CBN砂輪工作層，是由CBN磨粒團簇、石墨烯顆粒、尿素顆粒和Cu-Sn-Ti活性胎體合金組成；

Cu-Sn-Ti活性胎體合金作為砂輪工作層胎體；復合結合劑包括Cu-Sn-Ti活性胎體合金和石墨烯顆粒，尿素顆粒是造孔劑。

具體而言，多孔CBN砂輪工作層的原料組分以及質量百分比含量為：15％-25％的CBN磨粒團簇、5％的石墨烯顆粒、15％-20％的尿素顆粒、50％-65％的Cu-Sn-Ti活性胎體合金；

進一步，所述Cu-Sn-Ti活性胎體合金粉末顆粒的粒徑為20-30微米，原料各組分的質量百分比含量為：10％Ti，72％Cu，18％Sn。

進一步，所述磨粒團簇由5-6個CBN磨粒(粒徑為90-110微米)的通過一定的排布組成；

石墨烯顆粒采用多層石墨烯(層數<10)，粒徑大小為3-6微米；

球狀尿素顆粒直徑為200-400微米。

一種基于磨粒團簇和石墨烯的多孔CBN砂輪工作層的制造方法，是按照均勻混合、加壓、水溶和烘干等操作步驟成型，所有工作層毛坯采用真空液相燒結形成CBN砂輪工作層。

進一步，所述基于磨粒團簇和石墨烯的多孔CBN砂輪工作層的制造方法，包括以下的步驟：

(1)將石墨烯和Cu-Sn-Ti活性胎體合金按比例均勻并滴入配好的1ml縮丁醛膠體溶液，充分攪拌后置入60℃恒溫箱進行干燥，15分鐘后將混合物進行充分球磨、過篩，制得石墨烯復合結合劑；

(2)將5-6個CBN磨粒包裹一層縮丁醛膠體溶液，將石墨烯復合結合劑涂覆磨粒四周并加壓，構成一組磨粒團簇(如圖1所示)。將制得的磨粒團簇和尿素顆粒加入到石墨烯復合結合劑中混合均勻，通過冷壓模具軸向加壓方式制成工作層節塊毛坯(如圖2所示)；

(3)將冷壓成型的工作層節塊毛坯置入25℃去離子水中，靜置150分鐘，去除造孔劑尿素顆粒，取出工作層節塊置入60℃恒溫箱進行干燥，2小時后獲得多孔工作層節塊毛坯；