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棕刚玉磨料的处理

日期:2017-08-29 人气:

    棕刚玉磨料的处理

    目前国产磨具已经达到一定的水平,如高速重负荷砂带、强力磨削砂带等。这些磨具产品对磨料有特殊的要求,为满足这些特殊的要求,需对磨料进行专门处理。随着我国加入WT0后面临的机遇与挑战,磨料磨具行业将会对磨料处理提出更高的要求。下面介绍几种棕刚玉磨料最常用的处理方法。

    一、处理方法分类

    棕刚玉磨料的主要处理方法见图1。

磨料处理方法分类

    二、处理的机理、工艺和设备

    1.煅烧处理

    锻烧是棕刚玉磨料最常用的处理方法。 其工艺为:把棕刚玉磨料经800-1200℃煅烧2-4小时,自然冷却,磨料的色泽变成兰黑色。因为煅烧处理能明显地提高棕刚玉磨料的韧性及硬度,所以一些工此先进的国家普遍使用煅烧过的棕刚玉磨料制造涂附磨具与树脂磨具。

    煅烧提高棕刚玉磨料韧性和硬度的机理是锻烧消除了破碎时残留在磨料内的残余应力,煅烧时产生的少量液相弥合了磨料晶格中的小缺陷及破碎时造成的微裂纹,磨料表面的油脂、灰尘等有机污物在煅烧中被碳化、分解和氧化、最后成二氧化碳气体而挥发掉,从而提高了磨料的亲水性,煅烧使原来被包裹的磁性物随磨粒的开裂暴露到表面、提高了煅烧后的磁选效果,锻烧使棕刚玉中的氧化钛产生相变化使磨料的韧性及硬度提高,并使磨料变成兰黑色。

    当棕刚玉在氧化性气氛中煅烧之后,是固溶的Ti2O3导致兰色出现的。Ti2O3是钛能够固溶于α—AL2O3晶粒中的唯一氧化物,TiO2是最稳定的氧化物。在1000℃以上,氧能够扩散到α—AL2O3晶粒里,将Ti2O3氧化成更稳定的TiO2,然后包裹在α—AL2O3晶粒体中。 TiO2晶核继续聚结并以与温度相关的速度生长。一旦TiO2晶粒达到0.01-O.1μM,就有选择地散射较短波长的兰色光。均匀弥散在α—AL2O3晶粒内部的TiO2相使颗粒增韧,见图2。兰色表明棕刚玉已经充分地煅烧到了增加其韧性的程度。

棕刚玉的韧度与煅烧温度的关系

    曾做过试验,分别用来煅烧的和煅烧过的同一种棕刚玉制造400x3.2x32规格的玻璃纤维网格布增强树脂薄片砂轮,对淬火后的汽车钢轮箍进行切割开缝。未煅烧棕刚玉制的砂轮每片能切12-13刀,而煅烧过棕刚玉制造的砂轮每片能切37-38刀。

    锻烧使用的设备有回转炉和立式炉。磨料行业对回转炉较为熟悉。用回转炉煅烧处理棕刚玉的优点是每次锻烧能进行很长时间, 但煅烧时磨粒迭压、与空气接触不充分,锻烧后磨料色泽发花。立式炉是一个方柱形窑炉、见图3,燃烧室在下部,中上部是狭长的炉膛, 内有两块立柱板,板上文替地焊有人字形分砂溜板和半人字形档砂溜板。处理时首先把炉膛加热,开动加料器定量加人磨料。磨料沿曲折的溜砂槽向下流动。在流动过程中,磨料被煅烧。被锻烧过的磨料从下部排料口排出。 磨料在立式炉内煅烧时不断地流动翻腾、能与空气充分接触,但每次锻烧磨料在炉内的停留时间因设备高度的限制而很短,需多次煅烧处理。比较理想的方法是先用回转炉锻烧,从回转炉流出的磨料直接流人立式炉进行补充煅烧处理。这样能有效地防止磨料色泽发花。

立式煅烧炉

    2.涂金属盐处理

    这种处理方法先将金属盐配成溶舣,均匀地涂附于磨粒表面,然后进行高温锻烧。可用于磨料处理的金属盐类有:硝酸镍、硝酸镍—硼砂、硝酸铝、硝酸铝—硼砂、硝酸钴、硝酸铁、硝酸铁一硼砂、硫酸铜、硫酸铜一硼砂、硫酸镍、氧化镍、醋酸镍、硫酸亚铁等。加入量为磨料重量的0.1%-1.0%,煅烧溫度为800-1200℃。

    曾用0.5%-1.0%浓度的硫酸亚铁水溶液浸泡上述的棕刚玉磨料4小时,捞起滤干、晒干后用1000℃烧烧3h,自然冷却。然后,用这种复合处理过的棕刚玉磨料做成上述的400x3.2x32树脂薄片砂轮,进行相同的切割试验,毎片砂轮能切46-47刀。

    3.涂树脂液处理

    为提高磨粒与粘结剂或结合剂的粘结结合牢度及耐热、耐酸碱性,在磨粒表面涂一层热固性树脂。事先在树脂液中加人一定量的难熔金属氧化物,如三氧化二铁、氧化钛、氧化锆等,然后对磨粒表面所涂的树脂液进行固化。由于磨粒表面有一层树脂,增强了磨料与粘结剂的结合能力,因此提高了磨具的使用寿命。

    4.涂硅烷处理

    硅烷是有机硅氧烷的总称,它是以硅氧为链的有机高分子化合物,其结构如图4所示。

硅烷的分子结构

    随着主链的增长,其分子量增大,聚合物的粘度亦随之增大。分子量低时,一般呈油状液体,俗称“硅油”;而分子量高时,呈极粘稠的半固体,俗称“硅脂”。用于处理磨料的硅烷是中等分子量的流动液体,国内称之为“增粘剂”,用于处理玻璃纤维。其增粘的机理是硅烷分子主链上的硅一氧链与磨料中的硅一碳、铝一氧键有相似性,因而存在着较大的亲合力。而在硅一氧键的支链上有许多有机基团,它们与树脂粘结剂有较大的亲合力。这样,硅烷在磨料与树脂粘结剂之间存在时,形成一种过渡层,使无机物(磨料)与有机物(粘结剂)之间的结合力增加,故称其为“增粘剂”。在实际使用中,应根据不同的树脂粘结剂选择具有合适有机基团的硅烷,才能达到良好的增粘效果。

    5.涂陶瓷液一硅烷复合处理

    先配陶瓷浆液。其配方为:长石60%、石灰石10%、粘土30%、水适量。处理工艺是将刚玉磨料拌人上述料浆,干燥后在1200℃下焙烧。涂陶瓷液的磨料具有较高的耐热和耐酸碱能力,美国的埃克沙伦公司用涂陶瓷液处理方法在刚玉磨料表面生成多孔陶瓷,前苏联曾用陶瓷液和硅烷两次涂附的办法使磨具的性能进一步提髙。

    6.碱液蚀化处理

    碱液蚀化属化学处理,造成磨粒表面凹凸不平,以此增加粘结剂与磨料的结合力。碱液蚀化的方法是:把刚玉磨料浸泡在20%浓度的NaOH溶液内,捞出滤干后加热至500℃,然后冷却、洗涤、干燥。在浸泡与加热过程中,NaOH与氧化铝发生反应:2NaOH+Al2O3-2NaAlO2+H20生成的水溶性铝酸钠,使磨粒表面的羟基增多,提高磨料的极性,而酚醛树脂也具有许多极性羟基和羟甲基。碱蚀磨粒表面的羟基是碱性的,而酚醛树脂的羟甲基是酸性的,在树脂的固化温度下,就可以促成一次真正的化 学反应,导致活性粘结,使结合能力提高。

    综上所述,刚玉磨料的处理方法很多,在具体应用时应选择性能较好、成本较低的方法。