【摘 要】
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陶瓷结合剂金刚石磨具被广泛用于高精密磨削领域,但因脆性大、导热性和保形性差等缺点,限制了其在磨削领域的发展。结合剂的复合化将成为磨具发展的方向。在陶瓷结合剂中引入
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陶瓷结合剂金刚石磨具被广泛用于高精密磨削领域,但因脆性大、导热性和保形性差等缺点,限制了其在磨削领域的发展。结合剂的复合化将成为磨具发展的方向。在陶瓷结合剂中引入金属成分能有效改善陶瓷结合剂磨具性能的不足,而金属与陶瓷的复合效果良好成为陶瓷-金属结合剂磨具性能良好的关键。本文通过化学镀的方法将镍磷合金均匀引入陶瓷结合剂中,来解决陶瓷结合剂韧性不理想的状况。通过对镀覆沉积速度、反应时间及增重率的探讨,确定制得复合结合剂的镀液组分和镀覆工艺条件。并利用各种仪器设备对烧结试样的性能、微观结构及物相组成进行表征,探究烧结工艺参数、镍磷含量以及结合剂粒度组成对陶瓷-金属结合剂及其磨具的影响规律。结果表明:(1)镀液组分和工艺条件对化学镀镍的沉积速度、反应时间和增重率有较大的影响。实验结果表明,酸性条件下,提高pH值、装载量、镀液温度、主盐的浓度,都能提高镀液的沉积速度,降低反应时间。pH值、镀液温度和柠檬酸钠浓度对增重率影响不大。此外,提高装载量,增重率呈近似线性降低趋势。通过控制装载量来制备不同镍磷含量复合结合剂是较好的办法。(2)最佳镀液组分及工艺条件为:主盐(硫酸镍)浓度30g/L,还原剂(次磷酸钠)浓度25g/L,络合剂(柠檬酸钠)浓度10g/L,络合剂(乙酸钠)浓度10g/L,镀液温度55℃,pH值5.2。在此条件下,镀层磷元素含量为9.83wt%,镀后复合结合剂粉体的XRD图谱显示非晶态。(3)通过对热压烧结和马弗炉烧结的对比,结果表明:热压烧结复合结合剂试样物相组成为Ni和Ni3P,而马弗炉烧结其物相组成为Ni和α-方石英,晶相Ni3P融入到陶瓷结合剂体系。(4)陶瓷-金属结合剂最佳的热压工艺参数为:烧结温度670℃、保温时间3min、热压压力19.6MPa。在此工艺条件下,镍磷含量从0wt%增至23wt%,试样的组织结构由陶瓷熔融贯通一体的架状结构变成陶瓷相独立的网状结构。当样品中镍磷含量为20wt%时,陶瓷相与金属相交错镶嵌且紧密结合,陶瓷-金属结合剂的力学性能较好,其抗弯强度和抗冲击强度分别为155.22MPa、3.15KJ/m2,较纯陶瓷结合剂(抗弯强度89.7MPa,抗冲击强度1.18KJ/m2)分别提高了73%和1.67倍。(5)陶瓷-金属结合剂磨具的最佳烧结温度是690℃。在此烧结温度下,镍磷含量为20wt%磨具的综合性能最佳,金属相与陶瓷相熔融为一体,复合结合剂中镍元素增大了其与金刚石的附着功,磨具抗弯强度和抗冲击强度分别为86.15MPa和5.71KJ/m2,较纯陶瓷结合剂磨具(抗弯强度23.48MPa,抗冲击强度1.48KJ/m2)分别提高了2.67倍和2.86倍。随着结合剂粒度的变细,其磨具晶界的孔隙变少,且磨具的强度增大,但都低于混合粒度结合剂磨具的力学强度。
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