[发明专利]一种磨料定向排列的涂附磨具的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种磨料定向排列的涂附磨具的制备方法。

背景技术

磨削加工是以硬质矿物质(磨料)颗粒作为切削工具进行材料去除的加工过程的统称。磨粒加工可以容易地获得高精度和低表面粗糙度表面，是精密加工的主要手段，也是一种最有效的精密加工技术。

随着现代科学技术的日新月异，难加工材料高精度、高效率的加工需求迅速增加，进一步刺激和促进了现代磨削技术不断向着超高速磨削(150-500m/s)和超精密磨削(亚微米-纳米)方向发展，磨削加工对象也从传统的金属材料向着陶瓷、硅片、纤维增强复合材料等坚硬难磨的非金属材料精密和超精密磨削方向发展，传统的磨具是由不同粒度的各种磨料用结合剂将磨粒与辅料固结成不同形状尺寸，且有一定强度和刚性的固体或涂附在软质载体上，用于磨削加工的工具，磨粒在磨具中呈无序排布，静电植砂技术定向排列不完全，有些磨粒排布较密，前面的磨粒就起了主要的加工作用，后边的磨粒没有发挥作用。如果磨粒排布较稀疏，磨粒承受的工作载荷过大，冲击力大，易破碎与脱落，磨具的寿命减短，因此，制约了涂附磨具在精密和超精密磨削方向的应用和发展。

发明内容

本发明为了克服现有的技术制备的涂附磨具磨料易破碎与脱落，磨具的寿命减短，不能实现精密自动化磨削，资源浪费的缺陷，提出了一种磨料定向排列的涂附磨具的制备方法，实现磨粒均匀分布/有序排列，使磨具生产从模拟时代进入数字化时代。与普通制造技术相同的磨具，寿命是随机排布的数倍。克服现有材料使用过程的不足。

为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案为利用颗粒表面腐蚀技术和溶胶-凝胶技术，将磁性铁氧体纳米颗粒涂敷在磨料表面，然后通过磁植砂和固化实现磨料在基布上的定向排列，获得磨削性能优异的涂附磨具，所述方法包括如下步骤：

(1)将混合金属硝酸盐溶于无水乙醇中，配制成混合金属硝酸盐-乙醇溶液；将柠檬酸溶于无水乙醇中，配制成柠檬酸-乙醇溶液；将混合金属硝酸盐-乙醇溶液与柠檬酸-乙醇溶液按1∶1的体积比混合，制得混合金属硝酸盐-柠檬酸乙醇溶液；其中，所述混合金属硝酸盐是Fe(NO₃)₃·9H₂O与一种或两种不同的过渡金属硝酸盐按照形成尖晶石型铁氧体的摩尔比例混合 的混合物，过渡金属为铜、镍、钴或锌等，所述尖晶石型铁氧体的组成为：M_xN_1-xFe₂O₄，M和N表示不同过渡金属硝酸盐提供的过渡金属阳离子，0≤x≤1；所述混合金属硝酸盐溶于无水乙醇中混合金属的加入量为：每10g混合金属硝酸盐溶于50-300mL无水乙醇中；所述柠檬酸溶于无水乙醇中柠檬酸的加入量为：每10g柠檬酸溶于50-300mL无水乙醇中；

(2)用浓度为1-12mol/L氨水调节混合金属硝酸盐-柠檬酸乙醇溶液的pH值为3-7，形成溶胶，水浴该体系24-120h得到凝胶，水浴温度为30-70℃；

(3)将凝胶取出烘干，研磨，过300目筛，烘干温度为60-100℃，烘干时间为48h；

(4)将干凝胶氧化性气氛中，即空气气氛，温度≤900℃条件下保温0.5-6h，得到铁氧体纳米颗粒；

(5)选取60目的磨料(刚玉α-Al₂O₃和金刚砂α-SiC)，通过酸/碱进行处理；

称量50克刚玉，将样品放入500ml烧杯中，加入10-30％的硝酸，在通风橱中40-80℃水浴腐蚀2-12h，上述硝酸溶液为体积比。

或称量50克金刚砂，将样品放入500ml的聚四氟乙烯烧杯中，加入1∶1的氢氧化钠溶液，在通风橱中70-90℃水浴腐蚀2-12h，氢氧化钠溶液为质量比。

将上述溶液中的磨料移出，用清水洗涤至pH等于7，将样品倒入干净烧杯并放在鼓风干燥箱中烘干备用。

(6)配制溶胶：29ml盐酸(0.7mol l^-1)加入68ml水中，磁搅拌使之充分混匀(500ml烧杯，2h，密封)，命名为A；270ml TEOS和138ml EtOH混合均匀(500ml烧杯，2h，密封)，命名为B，然后在搅拌下将A滴加B中，滴加完毕后，充分搅拌2h，转移到500ml试剂瓶中，密封起来，放入30℃的水浴中恒温48h，即可使用。