[發明專利]鐵路鋼軌修磨專用銅基結合劑金剛砂砂輪及其制備方法

在審

• 申請號: 202010158719.3
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111251199A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 蔣小松;孫大明;呂星星;譚文悅;高奇;孫紅亮;邵甄胰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B24D3/06
• 分類號: B24D3/06;B24D3/34;B24D18/00;C01B32/168;C01B32/194;C01B32/956;C23C18/18;C23C18/36;B22F3/14;B22F5/00
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 張玲

本發明公開了一種鐵路鋼軌修磨專用銅基結合劑金剛砂砂輪，屬于砂輪制造領域，包括如下按質量百分比計的組分：經表面鍍鎳的金剛砂顆粒40?70％、銅基結合劑20?40％、黃鐵粉粉末1?5％、冰晶石粉末1?5％、造孔劑粉末1?5％、碳酸鈣粉末0.5?5％、稀土元素La粉末0.1?3％、鉻粉末0.1?3％、石墨粉末0.1?2％、經表面改性處理的碳納米管0.1?2％、經表面改性處理的石墨烯0.1?2％、碳化鎢粉末1?5％；其制備方法為：將所述組分進行球磨混料，得到復合粉末，然后將復合粉末進行真空熱壓燒結成型，得到塊體鐵路鋼軌修磨專用銅基結合劑金剛砂砂輪；本發明顯著改善了銅基金剛砂砂輪的摩擦磨損性能，同時也增加了砂輪整體的硬度，并且，本方法工藝簡單，生產方便，砂輪自銳性高，砂輪服役壽命長。

技術領域

本發明涉及砂輪制造領域，尤其涉及一種鐵路鋼軌修磨專用銅基結合劑金剛砂砂輪及其制備方法。

背景技術

砂輪因其優異的機械性能而被廣泛應用于切削刀具。現階段砂輪基體常選用Al、Cu或Fe等金屬，制作的砂輪結合強度高、成形性好、研磨性強，加工時可承受較大負荷。其中，Cu基砂輪由于其成本低，電學、熱學、力學性能優異，在制備砂輪領域得到了廣泛的應用。以ZTA、TiC、WC、TiB₂等陶瓷相為增強相的銅基砂輪比純金屬有顯著的優勢。以金剛砂為增強相的砂輪材料同時具有金屬材料優良的韌性，又具有陶瓷材料優異的耐磨性和化學穩定性而廣泛應用。金剛砂在受到應力時會發生相變而改變體積，消耗裂紋擴展的能量，從而提高砂輪的韌性。因此金剛砂是制備砂輪的理想材料。

由于金剛砂為極性材料，不易與金屬進行結合，這限制了金剛砂與金屬之間的結合能力。為了改善這種情況，需要對金剛砂進行表面處理，常見的材料表面處理方式有噴涂、化學鍍、化學氣相沉積(CVD)、離子束濺射沉積等。研究表明，化學鍍是提高金剛砂與金屬之間結合能力的有效辦法。化學鍍鎳可以有效地控制鍍層厚度，因此被廣泛用于陶瓷材料表面改性。研究表明Ni涂覆金剛砂顆粒在高溫下可以與Cu基體潤濕，在有液相存在的情況下Ni原子不斷擴散到Cu基體中，金屬液體通過毛細力滲透到陶瓷表面的韌窩和孔隙中，形成致密的結構層，提高界面結合強度。考慮到Cu與Ni可以形成固溶體，因此，化學鍍鎳有望成為改善金剛砂與Cu之間濕潤性的方法。除了改善界面的潤濕性外，合適的燒結工藝也能提高金剛砂與Cu的界面結合能力。在制備銅基砂輪的方法中，粉末冶金以制備的砂輪密度高，成本低等優勢成為首選。

冰晶石熔點較低，可降低磨削熱，增強砂輪自銳性，防止砂輪堵塞，提高砂輪強度；黃鐵粉可以提高磨削效果；石墨、石墨烯、碳納米管由于具有特殊結構，將其作為增強相加入到砂輪材料中可以提高砂輪的摩擦磨損性能；碳酸鈣粉末、鉻粉末、碳化鎢粉末等強碳化物形成元素添加劑，不僅可以提高砂輪的硬度，還可以提高銅基結合劑對金剛砂的把持能力。目前，部分學者開始研究增強相對砂輪強度的影響，發現采用合理的成分配比和制備方法可以制備得到兼具不同增強相優點，綜合性能優異的新型砂輪。這為砂輪的設計和制備提供了新的思路，但仍存在許多問題急需解決。

發明內容

本發明的目的之一，在于提供一種鐵路鋼軌修磨專用銅基結合劑金剛砂砂輪。

該金剛砂增強銅基砂輪由經過表面鍍覆鎳層的金剛砂顆粒與銅粉末、錫粉末、鎳粉末、鋅粉末、黃鐵粉粉末、冰晶石粉末、氫化鈦粉末、碳酸鈣粉末、鑭粉末、鉻粉末、石墨粉末、經表面改性處理的石墨烯、經表面改性處理的碳納米管和碳化鎢粉末組成。其中經過表面鍍覆鎳層的金剛砂顆粒是將金剛砂顆粒進行化學鍍鎳處理，鎳層均勻的結合在金剛砂顆粒表面，雜質含量低，與銅基體之間的潤濕性得到改善。經表面改性處理的石墨烯和碳納米管分散性好，雜質含量低，且保持了完整的長徑比和層片比，顯著提高了鐵路鋼軌修磨專用銅基結合劑金剛砂砂輪材料的摩擦磨損性能，同時使砂輪具有優異的強度和耐沖擊性。該金剛砂增強銅基砂輪中各組分的性能產生協同增強的作用，顯著提高了鐵路鋼軌修磨專用銅基結合劑金剛砂砂輪的強度、耐摩擦磨損性能。采用熱壓燒結方法可以增加砂輪的致密度，降低了金剛砂增強銅基砂輪的孔隙率。

為了實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：