一種超硬材料工具的表面鋅鉻化處理方法及該方法中使用的鋅鉻包覆涂料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬表面處理技術領域，具體涉及一種超硬材料工具的表面鋅鉻化處 理方法及該方法中使用的鋅鉻包覆涂料。
【背景技術】
[0002] 超硬材料工具是指以金剛石或立方氮化硼單晶等為原料制取的磨料、聚晶及與其 它材料結合而成的復合材料及制品。目前市場上主流的超硬材料工具主要包括：磨具、刀 具、鉆具、鋸切工具、拉拔工具、修整工具、其它硬質合金模具量具刃具等。制備超硬材料工 具的傳統(tǒng)工藝方法有金屬結合、樹脂結合、燒結結合、陶瓷結合、電鍍電泳電鑄、熱壓成型、 氣相沉積、焊接等。其中，金屬結合、熱壓、氣相沉積以及焊接工藝，對設備的要求比較高；燒 結、陶瓷結合則對原料要求較嚴格，通常較昂貴；樹脂結合、電化學結合雖克服了成本問題 而得到廣泛應用，但是其工藝能耗較高，穩(wěn)定性以及磨料與基體結合力較差。因此超硬材料 工具行業(yè)急需一種工藝路線簡單、造價低廉、質量穩(wěn)定且適宜推廣應用的涂覆技術。
[0003] 要解決傳統(tǒng)超硬材料制備方法的弊端需從以下幾個方面入手，（1)成本：要在低 端設備的基礎上進行，盡量避免高溫，高壓制備的技術路線；（2)涂覆層的形成性質：物理 鍵結合的包覆層存在天然的塑造困難和結合力缺陷，化學鍵結合的包覆層結合緊密，微觀 應力抓牢效果好，特別是金屬間化合物具有高熵高穩(wěn)定性的優(yōu)點；（3)包鑲要均勻并且節(jié) 省磨料：眾所周知，超硬工具的核心部分是鑲嵌料，最昂貴的也是鑲嵌料，解決熱壓、震動成 型等耗費鑲嵌料的缺點刻不容緩，因此鑲嵌料必須是盡量均勻分散在涂覆層；(4)操作簡 單：避免技術復雜的工藝，最好采用直接的噴涂刷涂方法，不用或盡量少的維護涂覆液，管 理方便的工藝；（5)周期時間短：涂覆層能快速成膠，固化；(6)涂覆層無氫脆：盡量避免酸 洗除油過程、電化學過程、緊固處理等的析氫反應。（7)與基體相容性好：針對不同材質，不 同形狀、尺寸的基體都能順利涂覆。
[0004] 涂覆工藝（如噴涂、刷涂等）具有工藝簡單、周期短且與基體相容性好的特點，同 時涵蓋美國軍方七十年代首創(chuàng)的鋅-鉻酸鹽復合涂層技術精髓，即達克羅（DACR0TIZED)工 藝，具有熱穩(wěn)定性高、耐腐性好、結合力強、可同基體共同性變、不起波、不剝落及不裂紋等 優(yōu)點。但至今還未見有鋅鉻膜達克羅類似技術專門用于制備超硬材料工具的包覆的報道和 研究。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種超硬材料工具的表面鋅鉻化處理方法及該 方法中使用的鋅鉻包覆涂料。采用本發(fā)明所述的鋅鉻包覆涂料對工件進行表面處理得到的 鋅鉻包覆涂層無氫脆，固化速度快，包鑲均勻，耐腐蝕性優(yōu)良，且與超硬材料工具的結合力 好。
[0006] 本發(fā)明所述的超硬材料工具的表面鋅鉻化處理方法，包括對工件進行表面鋅鉻化 處理，所述的對工件進行表面鋅鉻化處理是將含有超硬磨料的鋅鉻包覆涂料涂覆于工件的 工作區(qū)表面，晾干后置于300~400°C條件下保溫60min以上的時間，取出，冷卻，工件表面 即形成有一層鋅鉻包覆涂層；其中，所述的含有超硬磨料的鋅鉻包覆涂料由下述重量百分 比的原料制成：
[0007] 金屬粉40~50 %、無機物粉4~6 %、固化樹脂18~24%、骨料0. 5~2 %、超硬 磨料3~5%和余量的有機溶劑；其中：
[0008] 金屬粉為鋅粉，或者是鋅粉與鋁粉的組合；
[0009] 無機物粉為二氧化絡和/或二氧化二絡。
[0010] 上述技術方案中，在對工件進行表面鋅鉻化處理前需要先將工件進行基體拋光、 噴砂除銹、脫脂除油等常規(guī)前處理，這些前處理均可按現(xiàn)有常規(guī)方法進行，具體可以是采用 機械振磨對金屬基體進行常規(guī)磨光，采用常規(guī)干法噴砂除銹，采用超聲波清洗機并加入金 屬去污粉進行脫脂除油。所述的工件一般為金屬、合金件、棉布或人造纖維等，通常可以是 45#鋼，或者是以鋼基、不鎊鋼基、欽基、銅基等制成的廣品。
[0011] 上述技術方案中，所述構成金屬粉的鋅粉或鋁粉為以鱗片狀金屬粉形式的單質， 當金屬粉的組成為鋅粉與鋁粉的組合時，優(yōu)選是由10~20wt%的鋅粉和余量的鋁粉組成。 所述的固化樹脂可以是雙酚A型環(huán)氧樹脂，具體可以是選自環(huán)氧樹脂E44-6101、環(huán)氧樹脂 E42-634、環(huán)氧樹脂E51-618、環(huán)氧樹脂E52D、環(huán)氧樹脂E39、環(huán)氧樹脂E39D、環(huán)氧樹脂E56D、 650聚酰胺樹脂、聚氨酯丙烯酸酯中的一種或幾種任意比例混合，當固化樹脂的選擇為上述 兩種以上的組合時，它們之間的配比可以為任意配比。當無機物粉的組成為三氧化鉻和三 氧化二鉻的組合時，它們之間的配比可以為任意配比。所述的骨料可以是選自二氧化硅、氧 化鋁、氧化鎂和氧化鈰中的一種或兩種以上的組合，當骨料的選擇為上述兩種以上的組合 時，它們之間的配比可以為任意配比。所述的超硬磨料可以是選自金剛石、碳化硼、立方氮 化硼、硼化鈦和碳化鈦中的一種或兩種以上的組合，當超硬磨料的選擇為上述兩種以上的 組合時，它們之間的配比可以為任意配比。所述的有機溶劑可以是選自乙酸丁酯、丙酮、檸 檬酸、丁酮、丁二醇、聚壬苯酚乙二醇、乙酸乙酯、乙酸丙酯和乙醇中的一種或兩種以上的組 合，當有機溶劑的選擇為上述兩種以上的組合時，它們之間的配比可以為任意配比。
[0012] 上述技術方案中，經(jīng)涂覆、晾干后的工件通常是置于電阻爐或馬弗爐中進行處理， 所述經(jīng)涂覆、晾干后的工件在電阻爐或馬弗爐中溫度為300~400°C條件下的保溫時間通 常為60~150min，優(yōu)選為60~120min。所述鋅鉻包覆涂層的厚度優(yōu)選為10~1000 μ m。 所述的涂覆方式可以采用刷涂、噴涂、靜電涂裝或浸蘸。
[0013] 本發(fā)明還包括在上述表面鋅鉻化處理方法中使用的含有超硬磨料的鋅鉻包覆涂 料，它由下述重量百分比的原料制成：
[0014] 金屬粉40~50 %、無機物粉4~6 %、固化樹脂18~24%、骨料0. 5~2 %、超硬 磨料3~5%和余量的有機溶劑；其中：
[0015] 金屬粉為鋅粉，或者是鋅粉與鋁粉的組合；
[0016] 無機物粉為二氧化絡和/或二氧化二絡。
[0017] 上述含有超硬磨料的鋅鉻包覆涂料的組成中，所述構成金屬粉的鋅粉或鋁粉為以 鱗片狀金屬粉形式的單質，當金屬粉的組成為鋅粉與鋁粉的組合時，優(yōu)選是由10~20wt% 的鋅粉和余量的鋁粉組成。所述的固化樹脂可以是雙酚A型環(huán)氧樹脂，具體可以是選自環(huán) 氧樹脂E44-6101、環(huán)氧樹脂E42-634、環(huán)氧樹脂E51-618、環(huán)氧樹脂E52D、環(huán)氧樹脂E39、環(huán) 氧樹脂E39D、環(huán)氧樹脂E56D、650聚酰胺樹脂、聚氨酯丙烯酸酯中的一種或幾種任意比例混 合，當固化樹脂的選擇為上述兩種以上的組合時，它們之間的配比可以為任意配比。當無機 物粉的組成為三氧化鉻和三氧化二鉻的組合時，它們之間的配比可以為任意配比。所述的 骨料可以是選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂和氧化鈰中的一種或兩種以上的組合，當骨料的 選擇為上述兩種以上的組合時，它們之間的配比可以為任意配比。所述的超硬磨料可以是 選自金剛石、碳化硼、立方氮化硼、硼化鈦和碳化鈦中的一種或兩種以上的組合，當超硬磨 料的選擇為上述兩種以上的組合時，它們之間的配比可以為任意配比。所述的有機溶劑可 以是選自乙酸丁酯、丙酮、檸檬酸、丁酮、丁二醇、聚壬苯酚乙二醇、乙酸乙酯、乙酸丙酯和乙 醇中的一種或兩種以上的組合，當有機溶劑的選擇為上述兩種以上的組合時，它們之間的 配比可以為任意配比。
[0018] 上述技術方案中涉及的含有超硬磨料的鋅鉻包覆涂料的制備方法為：將除超硬磨 料之外的各固態(tài)原料球磨，過300目以上（即400目、500目等）篩網(wǎng)，取篩下物與液態(tài)原料 及鑲嵌料混合均勻，即得。具體可按下述方法進行：
[0019] 1)對超硬磨料及骨料進行預處理：用堿性溶液（含十二烷基硫酸鈉）煮沸30~ 60min，然后取出用清水充分漂洗至中性，烘干待用；
[0020] 2)配制鋅鉻包覆涂料：按配比量稱取除超硬磨料之外的各固體組分，用行星球磨 機充分球磨，過300~500目篩，烘干，得到固體粉料；然后稱取配比量的液體組分，混合均 勻，再與超硬磨料一同加入到固體粉料中，混勻，即得。
[0021] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0022] 1、本發(fā)明所述的鋅鉻包覆涂料組成簡單，成本低廉，對于超硬材料具有較好的包 覆能力；
[0023] 2、本發(fā)明所述工藝涂覆效果好，包覆性能好，掉料比低，可廣泛的應用于磨盤、磨 輪、繩鋸、線鋸等磨削、鋸切工具；另外，將鋅鉻包覆涂層應用于超硬材料領域中，極大地拓 寬了鋅鉻膜覆層的使用范圍，同時也為超硬材料的制備添加了新的方法。
[0024] 3、按本發(fā)明所述工藝處理獲得的涂層具有較好的耐腐蝕性能，通過鋅的受控電化 學保護作用、鋅和鋁的屏蔽效應以及鉻酸鹽的自我修復作用使得鋅鉻涂層具有很高的耐腐 蝕性，中性鹽霧試驗可達720h，甚至更高。
[0025] 4、本發(fā)明所述工藝操作簡單易控，鑲嵌料包鑲過程損失