超硬磨料镀覆技术在树脂结合剂磨具中的应用

发布时间: 2020-06-29 发布者: 富耐克应用研究中心

树脂结合剂金刚石/CBN磨具的使用寿命及使用效率,除了与所选用的超硬磨料有关外,还取决于磨料与结合剂之间的粘结能力。但实际情况下,金刚石、CBN均属脆性材料,由于生产、加工的原因,磨粒表面及内部往往存在一定的结晶缺陷、包裹体等,上述缺陷在树脂结合剂所选的磨料中相对较多,使之抗冲击强度较低,在磨削过程中极易破碎而丧失磨削功能。另一方面,由于金刚石、CBN紧密的共价键结构,使得具有高的表面能,难以与树脂结合剂良好浸润,磨粒与结合剂之间基本没有化学(或冶金)结合,因而导致磨粒大部分与结合剂机械镶嵌结合,结合剂对磨粒的结合力较弱。以上这些问题都将严重影响树脂结合剂超硬磨具的使用性能,因此,无论是增加磨粒自身强度、提高超硬磨料的利用率还是提高磨粒与结合剂的结合能力,都需要改善磨粒表面的物理化学特性。

表面镀覆技术一般指利用表面处理技术使其它材料镀覆、沉积、涂覆在超硬磨料表面,使磨粒表面发生状态、形状或物理化学方面的变化的方法,通称为超硬磨料的表面镀覆。作为镀膜的材料,通常是金属,如铜、镍、钛等;镀层厚度可以从数十纳米至毫米级;目前比较成熟的镀覆技术为化学镀和电镀技术。被镀覆的超硬磨粒表面具有了镀覆材料的一般性质。镀层与超硬磨粒表面可以是化学键连接,也可以是物理沉积或粘结。表面镀覆的目的是赋予超硬材料颗粒以特殊的理化性能,从而改善其使用效果。

根据工业试验及理论分析,表面镀覆金属衣与未镀覆金属衣的超硬磨料相比,具有下列优点:

(1)磨粒强度可提高20%~60%。超硬磨料化学镀覆和电镀后,一方面改善了树脂金刚石及CBN的脆性,可以承受较大外力的冲击;另一方面在镀覆过程中,镀液渗入磨料表面的裂纹、气孔和空穴,从而修补了缺陷,使树脂金刚石及CBN颗粒得到强化。

(2)改善了树脂结合剂对磨料表面的浸润性。经表面化学镀和电镀后,超硬磨粒表层具有同类金属的性能,金属与树脂之间的结合强度要高于磨粒与树脂的结合强度,从而提高了磨粒的粘结性能,提高了磨具的耐用度。研究表明,在干磨硬质合金时,大约有70%的磨粒没有获得充分利用而直接脱落。一旦采用镀有金属衣的树脂金刚石及CBN后,就可大大改变这种状况。

(3)镀金属衣的树脂金刚石及CBN具备良好的导热性和导电性。在磨削过程中产生的磨削热首先是传到金属衣上,并通过金属衣很快传递给周围的结合剂,金属衣起到了良好的热屏障作用,因此磨削热的积聚较少,树脂金刚石及CBN周围树脂结合剂达到碳化温度而分解的几率相对就小得多,保证了结合剂对磨粒的粘结能力,充分发挥磨料的磨削作用。

镀铜的树脂金刚石及CBN磨粒表面与镀镍相比镀层硬度较软,耐腐蚀能力较差,导热性较好;两种不同镀层都可用于树脂结合剂磨具;由于镍镀层的强度远远高于铜,因而对低强度磨粒有较强的支撑和加强作用。特别是刺状镀层对树脂结合剂磨具的使用寿命十分有利。

虽然经过表面镀覆处理的超硬磨料具有很多优异的特点,但是必须指出的是镀覆后的磨料也有一些缺点,主要是金刚石及CBN的自锐性受到影响,因此在磨削过程中增加了机床的动力消耗(约增加10%~20%)。因此,在采用镀覆处理的超硬磨料时,还必须适当调整树脂结合剂的配方,否则将会造成砂轮不出刃,堵塞或烧伤工件。

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