[发明专利]等离子熔融金属微液滴与硬质磨料粉末结合快凝磁性磨料制备方法

说明书

本发明公开了等离子熔融金属微液滴与硬质磨料粉末结合快凝磁性磨料制备方法，该方法采用高频感应等离子体将铁磁性微小金属颗粒加热熔融形成金属微液滴，在金属微液滴下落的过程中用含有硬质磨料的气流对其进行喷射，使得硬质磨料被射入金属微液滴的表浅层形成含有硬质磨料的熔融态金属微液滴，并在硬质磨料粉末逃逸出金属微液滴前，经快速冷凝形成硬质磨料分布于金属基体表浅层并与金属基体结合牢固的球形磁性磨料。本方法制备的磁性磨料不仅具有硬质磨料相与金属基体相结合牢固、外观呈球形、饱和磁感应强度高、研磨抛光性能好、寿命长、磁性磨料粒径一致等突出特点，而且收粉率高、制备成本低，适合连续大批量生产。

技术领域

本发明属于磁性磨料制备技术领域，特别涉及等离子熔融金属微液滴与硬质磨料粉末结合快凝磁性磨料制备方法。

背景技术

磁粒研磨是利用磁场的作用，使磨料与工件接触并产生一定的作用力，通过工件与磨料之间的相对运动进行研磨加工的一种工艺方法。与传统的光整加工工艺相比，磁粒研磨具有柔性、自适应性、自锐性、可控性、温升小、效率高和无须进行工具磨损补偿、无须修形等特点，在机械加工领域一定范围内获得了应用。磁性磨料作为磁粒研磨的工具，其性能直接影响加工的质量和效率。尽管磁粒研磨加工具有诸多的优点，但由于现有磁性磨料的研磨能力差、使用寿命短、加工成本高等缺点，自由曲面磁粒研磨光整加工自动化技术离推广应用还有很大距离。由此可见，磁性磨料的制备技术是磁粒研磨光整加工技术推广应用的关键，也是一个亟待解决的技术难题。目前，国内外应用的磁性磨料制备技术有多种，如机械混合法、粘结法、铸造法、烧结法、雾化快凝法等。

机械混合法：将铁磁性粉末、硬质磨料粉末和研磨液按一定比例在常温下均匀混合，直接进行研磨加工的方法。常用一定粒径的铁磁性粉末与硬质磨料粉末如Al₂O₃、SiC、Cr₂O₃、TiC等混合均匀后，再加入粘合剂如油酸、聚乙烯醇、硅胶等制成。该种方法可以制备多种磁性磨料，但是在加工期间，硬质磨料颗粒与铁磁性粉末容易分离飞散，因而使用范围较窄。

粘结法：用粘结剂将一定比例的铁粉和硬质磨料粉粘结为一体，然后加压固化，通过粉碎、筛选制成所需粒径的磁性磨料。对于粘结法制备磁性磨料，选取合适的粘结剂是关键。该磁性磨料制备方法工艺简单、成本低，但制备的磁性磨料组织疏松、密度低，硬质磨粒相颗粒易脱落，使用寿命较低。

铸造法：使磁性磨料的主要铁基金属成分在高温下达到熔化状态，在高压气体的吹制下，雾化成微液滴，然后冷却、凝固、筛分后直接获得磁性磨料。

烧结法：以铁磁性金属粉末与硬质磨料粉末的混合物为原料，通过烧结的方法制备磁性磨料。具体的烧结法包括：常压烧结法、热压烧结法、放电等离子烧结法、激光烧结法和等离子粉末熔融烧结法等。

雾化快凝法：在高速气流中加入硬质磨料，用含有硬质磨料的高速气流喷射下流过程中的金属液流，将金属液流与硬质磨料强制性结合、雾化，形成含有硬质磨料的金属微液滴，再经快速冷却、凝固，形成磁性磨料。磁性磨料颗粒的粒径大小难于控制，粒径分布范围宽，粒径在有效范围的磁性磨料不足40%，成品率低，造成了材料浪费，如果采用金刚石或CBN微粉作为硬质磨料时浪费就会更大。

发明内容

针对雾化法制备磁性磨料粒径分布范围宽、粒径不可控、硬质磨料浪费严重等问题，发明人发明了等离子熔融金属微液滴与硬质磨料粉末结合快凝磁性磨料制备方法，本发明采用了以下技术方案：

等离子熔融金属微液滴与硬质磨料粉末结合快凝磁性磨料制备方法，采用高频感应等离子体将粒径一致的球形铁磁性金属颗粒加热熔融形成金属微液滴，在金属微液滴下落的过程中用含有硬质磨料的气流对其进行喷射，使得硬质磨料射入金属微液滴，在硬质磨料粉末逃逸金属微液滴前，经快速冷凝生成粒径一致、硬质磨料与金属基体结合牢固、呈规则球形、研磨抛光性能强的磁性磨料。