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1引言
樹(shù)脂結合劑磨具是金剛石磨具中目前用量最大的一類(lèi)，約占世界上金剛石磨具總量的60%左右。這類(lèi)磨具廣泛應用于加工硬質(zhì)合金工件、刀具和陶瓷表面的拋光處理。金剛石樹(shù)脂磨具的磨削特點(diǎn)，主要是磨削力和磨削熱小、自銳性好、不易堵塞，加工效率高，加工表面光滑度高，磨具易修整。
但是由于樹(shù)脂結合劑的耐熱性差，對金剛石的把持力小，使得樹(shù)脂結合劑磨具的使用壽命較低，使用受到了一定的限制。為了提高樹(shù)脂結合劑磨具的壽命，通常采用兩種方法進(jìn)行改進(jìn)。一種方法是嘗試新樹(shù)脂或者對現有樹(shù)脂進(jìn)行改性，以提高樹(shù)脂的耐熱性;另一種方法是對金剛石進(jìn)行鍍覆，以提高樹(shù)脂對金剛石的把持力。
金剛石工業(yè)上已經(jīng)規?；a(chǎn)的是鍍覆金屬鍍層如鈦、鎳等，鍍層可以有效提高磨料與結合劑的結合強度。鍍覆金屬層可以和金屬結合劑形成冶金結合，目前已應用于金屬結合劑金剛石磨具。然而，由于金屬鍍層與樹(shù)脂親和性較弱，鍍覆金屬鍍層表面光滑，難以和樹(shù)脂結合劑形成更牢固的機械結合，最新研制成功的超硬磨料表面涂覆剛玉的技術(shù)很好地解決了這一問(wèn)題。利用對超硬磨料和剛玉具有良好潤濕特性的低熔玻璃作為粘結相將微細剛玉顆粒涂覆在磨粒表面，形成一剛玉涂層。這種剛玉鍍層不僅具有良好的耐熱性，而且具有粗糙表面，可與樹(shù)脂結合劑形成更為牢固的機械咬合。因此剛玉鍍覆金剛石在樹(shù)脂磨具中具有良好的應用前景。
鍍覆金剛石在金屬結合劑和陶瓷結合劑的磨具中應用的研究較多，但鍍覆金剛石在樹(shù)脂結合劑中的應用研究卻鮮有報道。本文通過(guò)對無(wú)鍍層金剛石、鍍覆剛玉金剛石和金屬鈦鍍層金剛石樹(shù)脂結合劑磨具性能進(jìn)行對比，研究鍍覆種類(lèi)對樹(shù)脂結合劑磨具的鋒利性、耐用性及力學(xué)性能以及對樹(shù)脂結合劑的結構和致密度的影響，探討了在樹(shù)脂結合劑金剛石磨具中，金屬鍍層和無(wú)機物鍍層的各自?xún)?yōu)勢，并找到適合的應用前景。
2實(shí)驗
2.1 原材料和設備
磨料：金剛石，粒度100/120，編號A；鍍覆鈦金剛石，編號B，鈦層質(zhì)量分數56%；鍍覆剛玉金剛石，編號C，剛玉鍍層質(zhì)量分數56%；和圖1對應。結合劑：酚醛樹(shù)脂；填料：氧化鉻；碳化硅微粉；冰晶石；C2合金粉。
2.2 實(shí)驗方法
采用對比實(shí)驗的方法，配方中金剛石、酚醛樹(shù)脂、氧化鉻、合金粉、冰晶石的含量保持不變，鍍層重量分數一致，鍍層增加含量在碳化硅中相應減少。進(jìn)行三組實(shí)驗，考察不同鍍層對磨輪磨削性能的影響。根據以往實(shí)驗數據和生產(chǎn)經(jīng)驗，確定磨料的濃度為18.72 vol%，樹(shù)脂結合劑濃度為40.00 vol%。三組實(shí)驗配方表見(jiàn)表1。
2.3 試樣的制備
根據表1數據，精確稱(chēng)量配料，每一配方按12個(gè)試樣投料，用相同的壓制工藝條件下在Y33G-200T樹(shù)脂成型熱壓機壓制成尺寸為11mm×7mm×35mm的長(cháng)方體試樣。壓制燒結后，按表2給定的熱工制度對試樣進(jìn)行二次固化，二次固化在電熱干燥箱中進(jìn)行。
3結果與討論
3.1 原料金剛石的顯微結構分析
對實(shí)驗所用的各種金剛石原料采用JSM-6360V掃描電鏡(SEM)進(jìn)行顯微結構分析。圖1是1#、2#、3#配方試樣中所用的A、B、C金剛石的顯微影像。
由圖1可以看出未鍍覆金剛石A表面光滑，有少量氣孔和缺陷，和樹(shù)脂結合劑的浸潤性不好。鍍覆鈦層的金剛石B，表面比A粗糙，浸潤性略有改善，并且鍍層對裂紋進(jìn)行填補。鍍層可以提高磨料顆?？蛊扑閺姸?，也可以對磨粒起隔離保護作用。鍍覆剛玉的金剛石C，表面粗糙，比表面積增大較多。和樹(shù)脂結合劑的浸潤性大為改善，可以有效提高樹(shù)脂對金剛石的把持力。由于剛玉導熱性比金剛石差，磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量通過(guò)鍍層傳遞出來(lái)，鍍層可以有效減緩對樹(shù)脂結合劑的熱脈沖。
3.2 試樣力學(xué)性能分析
金剛石磨具的力學(xué)性能，是很重要的一個(gè)參考指標。良好的力學(xué)性能可以大大改善磨具在使用過(guò)程中的斷裂和掉塊現象，從而保證磨具的使用性能。
每個(gè)配方隨機選取3根試樣(標注①②③)，采用珠海三思試驗設備公司制造的CMT-4303電子萬(wàn)能試驗機測定抗彎強度，其測試結果見(jiàn)下表3。由表3可以看出，2#和3#配方試樣抗彎強度較1#試樣有了較大幅度提升。鍍覆鍍層的金剛石由于表面浸潤性的改善、比表面積的增大，可以和樹(shù)脂結合劑形成更好的機械嵌合，從而提高試樣的抗彎強度。鍍覆后的配方試樣，具備更好的力學(xué)性能，可以保證磨具在使用過(guò)程中極少發(fā)生斷裂和掉塊現象。
3.3 試樣磨削性能實(shí)驗分析
從每一組配方中任意選擇6根試樣，在磨削比測定儀上進(jìn)行磨削比測試，磨耗對象為棕剛玉砂輪150×20×32 A46P5V(南京弘騰磨料磨具有限公司生產(chǎn))。磨削比測定儀參數設置如下：磨削線(xiàn)速度30m/s，加載壓力2N，測試時(shí)間100s。每條試樣均測試2次，每次測試前用氣槍吹凈棕剛玉砂輪，測試結果如表4所示。
取磨削完的三組試樣，對磨削面利用JSM-6360V掃描電鏡(SEM)分析其斷面顯微結構。三種配方試樣的顯微結構如圖2所示。
表4是三種配方試樣的磨削比測試結果，試樣平均消耗速率為磨具耐磨性，砂輪平均消耗速率為磨具鋒利性，磨削比為砂輪平均消耗速率和試樣平均消耗速率的比值。由表4數據可以看出未鍍覆的1#試樣耐磨性好，但是鋒利性太差，磨削比較小。這是因為酚醛樹(shù)脂結合劑對未鍍覆的金剛石把持力較小，金剛石過(guò)早脫落如圖2中1#所示，磨削面主要是結合劑和砂輪接觸。2#配方鍍覆了鈦層的試樣，由于增大了把持力，金剛石脫落情況得到改善，在磨削時(shí)金剛石發(fā)揮主要作用，鋒利性得到較大提高，這種磨具適用于生產(chǎn)線(xiàn)前端的粗磨。3#配方鍍覆了剛玉的試樣，剛玉呈凸起狀，極大地提高了比表面積，樹(shù)脂結合劑對金剛石的把持效果最好。如圖2中3#所示，磨削面的金剛石脫落比例最小。雖然剛玉鍍層覆蓋了金剛石的棱角，使得磨具的鋒利性有所下降，但是鍍層增加了顆粒表面的粗糙度，提高了金剛石與樹(shù)脂的結合強度。從表4結果來(lái)看，有利因素占據主導地位，磨削比得到極大提升，這種類(lèi)型的磨具適用生產(chǎn)線(xiàn)后端的精磨。
圖3為三種配方磨削面中金剛石周?chē)尤?shù)脂的顯微結構圖，由圖中可以看出1#配方中酚醛樹(shù)脂沒(méi)有對金剛石形成保護性包裹，2#和3#配方中的酚醛樹(shù)脂對金剛石形成有效包裹，并且金剛石附近的結構致密，遠離金剛石的結構疏松。這是由于粗糙的鍍層表面和樹(shù)脂結合劑形成了更好的機械結合，所以表面最為粗糙的3#配方效果更為明顯。這種結構有助于提高對金剛石的把持力，并且有利于散掉磨削時(shí)產(chǎn)生的熱量減少對樹(shù)脂結合劑的熱沖擊。
圖4為三種配方試樣磨削比對比直方圖。由圖可以看出，鍍覆金剛石的使用可以有效提高磨具的磨削比。金剛石表面鍍覆剛玉涂層，在保留鍍覆鈦層優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還可以提高樹(shù)脂結合劑的機械把持力，提高磨具的鋒利性。在保證磨具使用壽命的同時(shí)，又能提高樹(shù)脂結合劑磨具的自銳性，提高了磨削效率。相比鍍覆金屬涂層，鍍覆剛玉涂層優(yōu)勢明顯且價(jià)格低廉，是金剛石鍍覆工業(yè)化生產(chǎn)的一個(gè)方向，應該會(huì )占據相當大的市場(chǎng)份額。
綜上：鍍覆剛玉鍍層進(jìn)一步提高樹(shù)脂和金剛石的機械結合力，保證使用壽命的同時(shí)，兼顧了樹(shù)脂磨具的自銳性。鍍覆剛玉成本低廉，是金剛石鍍覆工業(yè)化生產(chǎn)的一個(gè)方向。
4結論
（1）在金剛石、酚醛樹(shù)脂、氧化鉻、合金粉、冰晶石的組分含量保持不變的前提下，對金剛石進(jìn)行表面鍍覆處理可以明顯提高磨具的磨削比，提高磨具的磨削效率，并且可以提高試樣的抗彎強度等力學(xué)性能，降低磨具使用成本；
（2）使用鍍覆剛玉鍍層金剛石的磨具，磨削比可以達到4.074。相比于使用普通金剛石的磨具的2.878提高了41.6%。相比于使用鍍覆鈦層的金剛石磨具的3.460提高了17.7%；
（3）使用鍍覆剛玉鍍層金剛石的磨具，試樣的消耗速率較小為0.0163 g/s，耐磨性好，適用于精磨。使用鍍覆鈦層金剛石的磨具，砂輪的消耗速率最大，達到0.0775 g/s，鋒利性最好，適用于粗磨；
（4）對金剛石進(jìn)行表面鍍覆可以影響到熱壓后酚醛樹(shù)脂結合劑的結構和致密度，并且表面更粗糙的剛玉鍍層影響更大?？拷饎偸姆尤?shù)脂更為致密，對金剛石形成保護性包裹，遠離金剛石的酚醛樹(shù)脂更為稀疏，有利于散熱。