超硬材料微粉的鍍鈦工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超硬材料表面處理方法，尤其涉及一種超硬材料微粉的鍍鈦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，對(duì)工件的要求也越來(lái)越高，磨料磨具作為機(jī)械加工中的一個(gè)重要分支，自然越來(lái)越受到人們的重視。超硬磨料如金剛石、立方氮化硼、碳化硼等，由于其特有的高硬度，良好的熱導(dǎo)性以及卓越的耐磨性使得其在工具行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。在利用現(xiàn)有的超硬材料制作工具的技術(shù)中，通常會(huì)在超硬材料的表面鍍一層金屬鈦，通過鍍層對(duì)超硬材料的隔離作用，使超硬材料在高溫?zé)Y(jié)和高溫磨削時(shí)免受空氣和結(jié)合劑的侵蝕，延長(zhǎng)工具的使用壽命，提高加工效率。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)主要通過物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、以及真空沉積等方法在金剛石等超硬材料顆粒表面鍍鈦，但是這些方法都存在著一定的弊端，如PVD法制備的鍍層，由于反應(yīng)溫度較低，使得鍍層與金剛石顆粒間的結(jié)合力較低，此外還存在著鍍層制備過程中產(chǎn)生的氣體難以滲透到堆積的金剛石顆粒的底部，進(jìn)而使得鍍覆效率低等缺點(diǎn)；CVD法制備的鍍層，雖同金剛石顆粒間有較高的結(jié)合力，但在鍍層制備的過程中參與反應(yīng)的氣體以及反應(yīng)完成后殘留的尾氣均具有一定的腐蝕性、可燃性及有毒性，給設(shè)備、環(huán)境、操作人員都帶來(lái)了一定的安全隱患；經(jīng)真空沉積制備的鍍層，雖沒有以上缺點(diǎn)，同時(shí)也有較高的鍍覆效率，但是其通常采用篩網(wǎng)過濾，如振動(dòng)篩過濾的方法分離鈦粉，使得鈦粉殘留在產(chǎn)品中的含量達(dá)到5%以上，而且分離方法也將最終產(chǎn)品的粒徑限制在1000目以上，即最終鍍鈦超硬材料顆粒的直徑大于15微米，從而影響產(chǎn)品的純度和使用效果，并且在鍍層的制備過程中需要消耗大量的鍍覆金屬，使得生產(chǎn)成本過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]由鑒于此，確有必要提供一種超硬材料微粉的鍍鈦工藝，以解決上述技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明提供一種超硬材料微粉的鍍鈦工藝，包括以下步驟:
混合原料:將鈦粉鍍料和超硬材料微粉混合，得到混合原料；其中，所述超硬材料為金剛石、立方氮化硼或碳化硼等。
[0006]真空蒸鍍:將所述混合原料置于真空腔中，并采用真空沉積法將所述鈦粉鍍料蒸鍍?cè)谒龀膊牧衔⒎鄣谋砻嫔?，形成鍍鈦超硬材料微粒粗品?br> 研磨粗品:將所述鍍鈦超硬材料微粒粗品置于研磨罐中進(jìn)行研磨，得到鍍鈦超硬材料微粒半成品；
分離純化:將所述鍍鈦超硬材料微粒半成品分散到流體介質(zhì)中，形成沉降混合液，采用沉降法對(duì)所述沉降混合液進(jìn)行分層分級(jí)處理，得到鍍鈦超硬材料微粒精品；
干燥精品:干燥所述鍍鈦超硬材料微粒精品，獲得鍍鈦超硬材料微粒成品。
[0007]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，所述分離純化的步驟包括:將所述鍍鈦超硬材料微粒半成品分散到水中，并不斷攪拌，形成沉降混合液；采用靜置重力沉降的方法對(duì)所述沉降混合液進(jìn)行微粉多級(jí)沉降處理，得到鍍鈦超硬材料微粒精品。
[0008]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，所述研磨粗品的步驟包括:將所述鍍鈦超硬材料微粒粗品置于研磨罐中，采用棒磨機(jī)研磨所述鍍鈦超硬材料微粒粗品得到鍍鈦超硬材料微粒半成品。
[0009]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，所述研磨粗品的步驟包括:將所述鍍鈦超硬材料微粒粗品裝入3~10升的研磨罐中，并加入直徑為5?6毫米的鋼球3~10千克；使所述棒磨機(jī)以30~80 r/min密封滾動(dòng)研磨所述鍍鈦超硬材料微粒粗品60?240分鐘，篩出鋼球，得到鍍鈦超硬材料微粒半成品；從所述研磨罐中取出所述鍍鈦超硬材料微粒半成品。
[0010]其中，所述研磨罐的體積可以為3升、4升、5升、8升、10升，但不限于這些值；所述磨棒機(jī)的滾動(dòng)速度可以為，但不限于30 r/min、45 r/min、60 r/min、80 r/min ;研磨時(shí)間可以為，但不限于60分鐘、80分鐘、100分鐘、150分鐘、200分鐘、240分鐘?？梢岳斫?，本發(fā)明保護(hù)的技術(shù)方案中的研磨粗品的步驟中的各參數(shù)范圍包括上述范圍，不限于上述范圍，其中的各參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。
[0011]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，在所述混合原料的步驟之前包括以下分步驟:
原料分級(jí):對(duì)鈦粉原料的粒度進(jìn)行分級(jí)處理，分成多個(gè)鈦粉原料群，并測(cè)量所述多個(gè)鈦粉原料群的粒度的D1和D90值，以確定每個(gè)鈦粉原料群的粒度范圍；
鈦粉鍍料選擇:依據(jù)所述鈦粉鍍料的粒度DlO值為所述超硬材料微粉的粒度的D90值加上3?8微米的原則，從所述多個(gè)鈦粉原料群中選擇一個(gè)鈦粉原料群作為所述鈦粉鍍料。其中，所述鈦粉鍍料的粒度DlO值與所述超硬材料微粉的粒度D90值相差可以為3微米、4微米、5、微米、6微米、7微米、8微米，但不限于這些值。優(yōu)選地，所述鈦粉鍍料的粒度D1值為所述超硬材料微粉的粒度的D90值加上5?6微米。
[0012]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，所述原料分級(jí)的步驟包括:對(duì)325目鈦粉按照沉降法在純凈水中根據(jù)超硬材料微粉的生產(chǎn)工藝進(jìn)行粒度分級(jí)；采用激光粒度分析儀檢測(cè)所述各級(jí)鈦粉原料的DlO和D90值，以確定其粒度范圍。
[0013]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，所述混合原料的步驟包括:將所述鈦粉鍍料和所述超硬材料微粉按照(0.8?1.5): (3.5?5)的質(zhì)量比混合，并加入鹽酸和無(wú)水乙醇，以形成所述混合原料。優(yōu)選地，在所述混合原料中，所述鈦粉鍍料和所述超硬材料微粉的質(zhì)量比為(0.9?1.2): (3.5?4.5)。在所述混合原料中的鈦粉鍍料和超硬材料微粉的質(zhì)量比可以為，但不限于 0.8:3.5,0.9:3.5、1:4、1.2:4.5、1.5: 5、0.8: 5、1.5:3.5?？梢岳斫猓景l(fā)明保護(hù)的技術(shù)方案中的鈦粉鍍料和超硬材料微粉在所述混合原料中的質(zhì)量比范圍包括(0.8?1.5): (3.5?5)，但不限于該范圍。
[0014]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，在所述混合原料中，所述鈦粉鍍料、鹽酸、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為(30?60): (0.7?1.2): (0.7?1.2)，且所述鹽酸的濃度為13%?23%，所述無(wú)水乙醇的純度為90%?99%。可以理解，本發(fā)明保護(hù)的技術(shù)方案中的鈦粉鍍料、鹽酸、無(wú)水乙醇在所述混合原料中的質(zhì)量比范圍、鹽酸的濃度范圍和無(wú)水乙醇的純度范圍包括上述范圍，但不限于上述范圍。
[0015]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，所述真空蒸鍍的步驟包括:將所述混合原料裝入鍍鈦爐中，以250°C /小時(shí)?365°C /小時(shí)的速度加熱所述鍍鈦爐至其爐膛溫度升至380°C?440°C時(shí)密封鍍鈦爐的爐膛，并對(duì)所述鍍鈦爐進(jìn)行抽真空處理，繼續(xù)升溫至760V?830°C并保溫，且使其真空度維持在-0.1 MPa?-0.15 MPa之間，保溫100?120分鐘后停止加熱并保持抽真空，形成所述鍍鈦超硬材料微粒粗品。其中，優(yōu)選地，裝入所述鍍鈦爐中的超硬材料微粉的量為9000?17000克拉，更優(yōu)選地，為10000?15000克拉?？梢岳斫?，本發(fā)明保護(hù)的技術(shù)方案中的真空蒸鍍的步驟中的各參數(shù)范圍包括上述范圍，不限于上述范圍，其中的各參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。
[0016]基于上述超硬材料微粉的鍍鈦工藝，所述干燥精品的步驟包括:在70°C?125°C的溫度下干燥所述鍍鈦超硬材料微粒精品，得到所述鍍鈦超硬材料微粒成品。其中，本發(fā)明保護(hù)的技術(shù)方案中的鍍鈦超硬材料微粒精品的干燥溫度范圍可以為70°C?125°C，如，85°C、100°C、120°C，但不限于上述范圍。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的超硬材料鍍鈦工藝采用沉降法對(duì)所述鍍鈦超硬材料微粒半成品進(jìn)行分離純化處理，主要是利用所述鍍鈦超硬材料微粒半成品中的鍍鈦超硬材料微粒和鈦粉微粒在水中的重力的不同，實(shí)現(xiàn)鈦粉與所述鍍鈦超硬材料微粒分離，從而使得鈦粉殘留在鍍鈦超硬材料微粒成品中的含量不大于0.5%，提高鍍鈦超硬材料微粒成品的純度，同時(shí)也提高鈦粉鍍料的利用率，降低成本；另外，利用不同粒度的鍍鈦超硬材料微粒的重力的不同，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述鍍鈦超硬材料微粒進(jìn)行分級(jí)，得到各種粒度的鍍鈦超硬材料微粒，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)粒度比較小的超硬材料微粉進(jìn)行鍍鈦處理，比如粒度不小于0.1微米的超硬材料微粉，尤其是粒度在2?60微米的超硬材料微粉。
[0018]進(jìn)一步，本發(fā)明提供的超硬材料鍍鈦工藝采用棒磨機(jī)自動(dòng)對(duì)所述鍍鈦超硬材料粗品進(jìn)行研磨，使得所述鍍鈦超硬材料粗品在被研磨過程中受力均勻，從而使得最終產(chǎn)品的顆粒一致性比較好；而且本發(fā)明采用上述機(jī)械方式研磨與采用人工研磨的方式相比，不僅可以提高單次研磨效率，而且還可以提高單次研磨量。
[0019]進(jìn)一步，本發(fā)明提供的超硬材料鍍鈦工藝在混合原料之前，先對(duì)鈦粉原料進(jìn)行分級(jí)處理，將其分成多個(gè)鈦粉原料群，再?gòu)脑摱鄠€(gè)鈦粉原料群中選擇DlO值與超硬材料微粉的粒度的D90值相差3?8微米的鈦粉原料群作為鈦粉鍍料，可以減少鈦粉的浪費(fèi)，提高鈦層的鍍覆效率，使得鍍層更加均勻。
[0020]進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的超硬材料鍍鈦工藝中的混合原料的步驟中，在鈦粉鍍料及超硬材料微粉按照質(zhì)量比(0.8?1.5): (3.5?5)混合的同時(shí)，加入鹽酸及無(wú)水乙醇，可以有效地控制鍍層的表面粗糙度及亮度。
[0021]進(jìn)一步，在所述混合原料中，所述鈦粉鍍料、鹽酸、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為(30?60): (0.7?1.2): (0.7?1.2)，且所述鹽酸的濃度為13%?23%，所述無(wú)水乙醇的純度為90%?99%，可以使得最終產(chǎn)品的亮度比較好。
【附圖說明】
[0022]圖1是由本發(fā)明實(shí)施例1制備的立方氮化硼鍍鈦微粒的掃描電鏡照片圖。
[0023]圖2是由本發(fā)明實(shí)施例1制備的立方氮化硼鍍鈦微粒的粒度分布圖。
[0024]圖3是由本發(fā)明實(shí)