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      自由降落雙噴嘴混粉氣霧化水冷快凝金屬基氧化鋁磁性磨料制備方法

      文檔序號(hào):9899559閱讀:671來(lái)源:國(guó)知局
      自由降落雙噴嘴混粉氣霧化水冷快凝金屬基氧化鋁磁性磨料制備方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001 ]本發(fā)明提供一種自由降落雙噴嘴混粉氣霧化水冷快凝金屬基氧化鋁磁性磨料制備方法,屬于復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
      【背景技術(shù)】
      [0002]從材料學(xué)角度,磁性磨料是一種復(fù)合材料,即鐵基增強(qiáng)型復(fù)合材料,主要由鐵磁相和磨粒相組成。鐵磁相要求具有良好的導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性,常用材料為純鐵粉或鐵基合金粉末。磨粒相是兼有磨削、研磨和拋光作用的一種具有較高硬度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的粒狀物質(zhì),常用材料有剛玉、氧化鋁、氮化硅、碳化硅等。磁性磨料的化學(xué)成分及其配比和結(jié)構(gòu)是決定磁性磨料性能的關(guān)鍵因素,這就要求鐵磁相與磨粒相之間保持緊密的結(jié)合,并且要有適當(dāng)?shù)牧6?,還需要有一種合適的制備方法。
      [0003]現(xiàn)有技術(shù)中磁性磨料的制備方法有很多種,它們大體上可以分為三類:機(jī)械混合法、復(fù)合材料法、反應(yīng)鑄造法。
      [0004]機(jī)械混合法是將鐵磁性粉末、磨料粉末和研磨液等按一定比例在常溫下均勻混合,直接進(jìn)行研磨加工的方法。常用一定粒度的鐵磁性粉末與磨料粉末如A1203、SiC、Cr203、TiC等混合均勻后,再加入粘合劑如油酸、聚乙烯甘醇、硅膠等制成。該種方法可以制成多種磁性磨料,制備工藝簡(jiǎn)單,成本低,但是在研磨期間,磨料顆粒與磁性粉末比較容易分離飛散,研磨效率低,限制了應(yīng)用范圍。
      [0005]從材料學(xué)的角度看,磁性磨料是一種復(fù)合材料粉末,即鐵基顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料粉末。它是由兩種或兩種以上的材料通過一定的復(fù)合工藝制成的多相材料,其性能在特定方面明顯優(yōu)于原材料。隨著復(fù)合材料學(xué)的發(fā)展,磁性磨料的制備技術(shù)也得到了相應(yīng)發(fā)展,其制備工藝有許多種,主要有燒結(jié)法、粘結(jié)法、復(fù)合鍍層法等。
      [0006]燒結(jié)法是目前磁性磨料制備最常用的方法。在日本,該方法已經(jīng)成功地應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。根據(jù)具體燒結(jié)條件的不同,它又分為常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、激光燒結(jié)、微波燒結(jié)等。由于磁性磨料的加工性能和使用壽命,很大程度上決取于磨粒相與鐵磁相的結(jié)合強(qiáng)度。燒結(jié)法制備的磁性磨料,在機(jī)械粉碎、篩分過程中有相當(dāng)部分的磨料相與鐵磁相分離,導(dǎo)致鐵磁相與磨粒相結(jié)合強(qiáng)度降低,耐用度下降。
      [0007]粘結(jié)法根據(jù)所選用粘結(jié)劑的不同分為無(wú)機(jī)粘結(jié)和有機(jī)粘結(jié),是將一定比例、混合均勻的鐵磁性粉末和磨料粉末用粘結(jié)劑粘結(jié)在一起,然后固化,再機(jī)械粉碎、篩選,制成不同粒度的磁性磨料粉末。粘結(jié)法制備的磁性磨料,由于不需要預(yù)先壓制成塊,不需要含有惰性氣體的電爐、激光機(jī)等設(shè)備,因此該方法工藝簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),成本較低。但組織疏松,結(jié)合差,密度低,熱穩(wěn)定性差,磨粒相容易脫落,壽命較短。且當(dāng)溫度較高時(shí),粘結(jié)的磁性磨料使加工的表面成暗黑色,原有加工表面容易被污染損毀。
      [0008]復(fù)合鍍層法用復(fù)合電鍍或復(fù)合化學(xué)鍍的方法,將某種磨料顆粒均勻地夾雜到金屬鍍層中,而形成的特殊鍍層即為復(fù)合鍍層。將復(fù)合鍍層工藝應(yīng)用到磁性磨料的制備技術(shù)中,經(jīng)過多年的發(fā)展,復(fù)合鍍層法己成功地應(yīng)用在不少科技領(lǐng)域中,但生產(chǎn)成本較高、批量生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)、鍍液處理不當(dāng)還會(huì)造成環(huán)境污染。
      [0009]反應(yīng)鑄造法其原理是在一定條件下,通過元素與元素或元素與化合物之間的化學(xué)反應(yīng),在肌體內(nèi)原位合成一種或幾種高強(qiáng)度的陶瓷增強(qiáng)相,在得到含有陶瓷增強(qiáng)相的合金后,再加熱熔化并在高壓下吹制成粉末。反應(yīng)鑄造法目前存在的問題是磁性磨料中陶瓷硬質(zhì)磨料的含量低且其中的硬質(zhì)磨料粒度也難于控制。
      [0010]等離子噴涂法,是將鐵基粉末和硬質(zhì)磨料顆粒按一定比例預(yù)先混合均勻后,放置在等離子噴涂設(shè)備的原料粉末供料室中。在等離子噴射裝置的真空室中,對(duì)兩電極之間施加高頻放電電壓,由等離子發(fā)生器產(chǎn)生等離子體噴射火焰。將混合好的原料粉末同時(shí)不斷地噴入到等離子火焰中,等離子火焰溫度可達(dá)到5000?10000°C的高溫,將原料粉末不斷地熔化成微液滴,然后冷卻、凝固成球形磁性磨料顆粒。該種方法雖然解決了鐵基相與磨料相相容性差的問題,但該方法制備的磁性磨料由于受等離子火焰的高溫作用,磨粒相的鋒利切削刃被鈍化,致使其研磨效率顯著降低,其研磨能力甚至比不上其他簡(jiǎn)單方法制備的磁性磨料。
      [0011]目前,磁粒研磨光整加工主要存在的問題是磁性磨料壽命低、對(duì)金屬的切削能力差、制備困難和成本高。磁性磨料制備技術(shù)研究的落后,已經(jīng)成為制約磁粒研磨光整加工技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用(如自由曲面研磨光整加工)的瓶頸問題。為此,本發(fā)明人發(fā)明了“氣霧化快凝磁性磨料制備方法”(Z L 2 O 1 1 2 O 6 4 O 8.6 )、“氣霧化快凝磁性磨料制備設(shè)備”(Z L 2 O I I I O I 5 6 7 5 3.8 )、“氣霧化快凝法制備磁性磨料的結(jié)構(gòu)形態(tài)控制方法”(ZL201110156741.5),并在實(shí)踐中取得了較好的效果,但還存在一些影響磁性磨料制備質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問題,如:
      (I)射流噴嘴問題:由于是采用單一噴嘴,氣固兩相流噴射速度高,導(dǎo)致射流噴嘴的快速?zèng)_蝕磨損,并在極短的時(shí)間失效,磁性磨料的制備功能喪失;同時(shí)還是由于是采用單一噴嘴,硬質(zhì)磨料與高壓氣體一起作為霧化介質(zhì),如果氣固兩相流射流速度低則霧化效果不好、磁性磨料顆粒粗大,但如果氣固兩相流射流速度高,雖然磁性磨料雖然粒徑減小,但因硬質(zhì)磨料進(jìn)入熔融態(tài)金屬后會(huì)重新飛濺而出,導(dǎo)致磁性磨料金屬基體中含有的硬質(zhì)磨料驟減,磁性磨料研磨性能顯著降低。
      [0012](2)金屬液導(dǎo)流管的沖蝕磨損問題:采用緊耦合的霧化方式,在對(duì)熔融金屬液流霧化前,氣固兩相流首先噴射到金屬液導(dǎo)流管的下端部,造成金屬液導(dǎo)流管下端部短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重沖蝕磨損,并導(dǎo)致金屬液和高壓氣體沿金屬液導(dǎo)流管回噴的危險(xiǎn)。
      [0013](3)液態(tài)磁性磨料液滴的冷凝速度控制問題:由于沒有解決熔融態(tài)磁性磨料液滴的冷凝速度準(zhǔn)確控制問題,制備的磁性磨料其硬質(zhì)磨料在金屬基體中的深淺分布一直不穩(wěn)定,直接影響磁性磨料的研磨能力,廢品率較高。
      [0014](4)磁性磨料中硬質(zhì)磨料的含量控制問題:氣力送混粉裝置由于難于精確控制氣固兩相流中硬質(zhì)磨料的流量,導(dǎo)致磁性磨料中硬質(zhì)磨料的含量不穩(wěn)定、磁性磨料的性能不穩(wěn)定。
      [0015](5)金屬液導(dǎo)流管的沖蝕磨損問題:采用緊耦合的霧化方式,在對(duì)熔融金屬液流霧化前,氣固兩相流首先噴射到金屬液導(dǎo)流管的下端部,造成金屬液導(dǎo)流管下端部短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重沖蝕磨損,并導(dǎo)致金屬液和高壓氣體沿金屬液導(dǎo)流管回噴的危險(xiǎn)。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0016]本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、制造工藝簡(jiǎn)單、制備出的磁性磨料結(jié)合強(qiáng)度和研磨效率都比較理想、有利于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的磁性磨料制備方法。其技術(shù)方案為:
      一種自由降落雙噴嘴混粉氣霧化水冷快凝金屬基氧化鋁磁性磨料制備方法,其特征在于:磁性磨料的硬質(zhì)磨料采用氧化鋁粉末,金屬基材料為鐵、硅、鋁、銅四種元素組成的合金;噴嘴采用上下雙層自由降落噴嘴,上層自由降落噴嘴為低壓混粉射流噴嘴,其噴出的是含有氧化鋁磨料的低壓惰性氣體混粉射流,作用是沖破下流過程中金屬液流的表面張力將氧化鋁磨料射入金屬液流中,但不對(duì)金屬液流進(jìn)行霧化;下層自由降落噴嘴為高壓氣流噴嘴,其噴出的是高速惰性氣流,作用是對(duì)混有氧化鋁磨料的金屬液流進(jìn)行霧化,使其霧化成為混有氧化鋁磨料的金屬液滴;冷卻方式為水冷:通過調(diào)節(jié)冷卻水在霧化水冷室的水位高度,從而控制含有氧化鋁磨料金屬液滴在霧化水冷室中的飛行距離,進(jìn)而控制含有氧化鋁磨料金屬液滴的冷卻速度,從而形成氧化鋁磨料在磁性磨料金屬基體表淺層分布的磁性磨料;送混粉采用了螺旋送混粉器,實(shí)現(xiàn)了低壓惰性氣體混粉射流中氧化鋁磨料流量的精確和方便控制,使得磁性磨料中氧化鋁磨料的含量穩(wěn)定。
      [0017]為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的,自由降落雙噴嘴混粉氣霧化水冷快凝金屬基氧化鋁磁性磨料制備方法,金屬基氧化鋁磁性磨料的制備包括如下步驟:
      1)在氧化鋁磨料罐(26)中裝填設(shè)定量的氧化鋁磨料并旋緊氧化鋁磨料罐蓋(25);
      2)金屬基材料鐵、硅、鋁、銅按規(guī)定比例加入電爐,加熱到熔融狀態(tài)并達(dá)到規(guī)定的過熱度;
      3)打開冷水閥(6 )并調(diào)節(jié)霧化水冷室(36 )中冷卻水(37 )的水位達(dá)到規(guī)定的高度;
      4)打開鼓風(fēng)機(jī)(12 )、抽吸霧化水冷室(36 )中的氣體;
      5)打開連接高壓氮?dú)馄?(13)與高壓氣流噴嘴(34)之間的氣閥1(16)并調(diào)節(jié)到規(guī)定的氣流壓力,并將霧化水冷室(36)中充滿氮?dú)?,使得將要進(jìn)行的金屬氣霧化完全置于氮?dú)獾姆諊校?br> 6)打開連接高壓氮?dú)馄?(14)與低壓混粉射流噴嘴(33)之間的氣閥2(15)并調(diào)節(jié)到規(guī)定的氣流壓力;
      7)啟動(dòng)螺旋輸送裝置(24)并按工藝要求控制送粉速度;
      8)將電爐(30)中的熔融金屬均勻倒入保溫坩禍(31)中,并保持規(guī)定液面高度,直到電爐(30 )中的熔融金屬倒盡為止;
      9)在保溫坩禍(31)中熔融金屬全部流盡后,按順序關(guān)閉螺旋輸送裝置(24)、氣閥I
      (16)、氣閥2(15)、鼓風(fēng)機(jī)(12);
      1 )關(guān)閉閘閥(5 )使得霧化水冷室(36)和磁性磨料灌(39 )之間封閉,打開放水閥(I)使得磁性磨料灌(39)中的水外流,打開壓濾氣閥(4)使得高壓氣體進(jìn)入磁性磨料灌(39)的內(nèi)腔中,濾網(wǎng)(2)將磁性磨料阻擋在磁性磨料灌(39)的上腔中,而其中的水被強(qiáng)制擠出;
      11)將磁性磨料灌(39)取下,取出其中的磁性磨料,經(jīng)過真空干燥、篩分和包裝,從而得到不同粒度的磁性磨料。
      [0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下優(yōu)點(diǎn):
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