專利名稱：一種稀土剛玉復(fù)合磨料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)磨具材料加工技術(shù)，尤其是一種稀土剛玉復(fù)合磨料及其生產(chǎn)工藝方法。背景技術(shù)：
:磨料是工業(yè)生產(chǎn)磨具不可缺少的基礎(chǔ)材料，磨料的性能直接影響著磨具的研磨精度和使用壽命。剛玉材料是目前最為廣泛應(yīng)用的磨料，除了棕剛玉和白剛玉夕卜，其它基本上都是具有一定特殊性能的復(fù)合磨料，氧化鋯增韌剛玉磨料(以下簡(jiǎn)稱鋯剛玉)就屬于復(fù)合磨料之一。目前這些剛玉磨料由于韌性和硬度不高，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)加工的更高需要，雖然鋯剛玉復(fù)合磨料的韌性有所提高，但其硬度仍然不高，特別是存在高溫下硬度急劇降低的缺點(diǎn)，因此現(xiàn)有的普通剛玉磨料及鋯剛玉復(fù)合磨料用于制造磨具，使用壽命短、磨削效率低，不能滿足一些特種鋼的高精度研磨。曰發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明的目的就是要解決現(xiàn)有磨料韌性和硬度不夠高，制造的磨具使用壽命短，磨削效率低，不能滿足一些特殊鋼的高精度研磨要求的問(wèn)題，提供一種稀土剛玉復(fù)合磨料。本發(fā)明的具體方案 是:一種稀土剛玉復(fù)合磨料，其特征是:其化學(xué)成分重量百分比為:Si02 0.2-0.36，F(xiàn)e2O3 0.38-0.68，TiO21.65-2.00，ZrO2 24.25-39.78，CeO2
0.6-1.02，Y2O31.0-3.0, HFO21.0-2.0，余量為 AL203。生產(chǎn)上述稀土剛玉復(fù)合磨料的工藝方法，其特征是:包括以下工藝流程:鋯剛玉初煉一預(yù)混投入二氧化鈰一復(fù)混加入Y2O3和HFO2添加劑一控制溫度2900°C熔煉一結(jié)晶造粒一冷卻一檢測(cè)一包裝。本發(fā)明提供的磨料是在普通的鋯剛玉磨料中同時(shí)還添加有重量百分比為0.6
1.02%不等的Ce02。在其制備工藝方法中，加入Hf02提高相變溫度；得到一個(gè)可相變的四方晶和立方晶固溶區(qū)后，再增加Y2O3含量得到一個(gè)從CeO2熔點(diǎn)至室溫都穩(wěn)定的均勻立方CeO2固溶區(qū)。CeO2中添加Y2O3降低馬氏體相變溫度，保證材料表面發(fā)生t- CeO2-m- CeO2的馬氏體相變，磨料內(nèi)CeO2主要為四方晶。通過(guò)二氧化鈰顆粒的彌散復(fù)合，可以明顯地改善基體材料的韌性或高溫性能。是一種高技術(shù)新材料，具有特殊的樹(shù)枝狀微晶結(jié)構(gòu)，它有強(qiáng)度高、韌性好、自銳性好等特點(diǎn)。二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料重負(fù)荷荒磨砂輪與棕剛玉砂輪比較，其磨削比是棕剛玉砂輪的10倍(棕剛玉重負(fù)荷荒磨砂輪磨削比為5-6，二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料重負(fù)荷荒磨砂輪磨削比一般大于60)，且磨削效率高，磨屑粗大易于回收，高速重負(fù)荷砂輪主要應(yīng)用范圍是鋼鐵行業(yè)，主要用于大型鋼坯、鑄件的修磨，尤其是特殊鋼的修磨。另夕卜，本發(fā)明磨料制成的磨軌砂輪在進(jìn)行了磨軌試驗(yàn)之后也取得了較為滿意的使用效果。本發(fā)明磨料不管是在韌性還是硬度都比普通的棕剛玉要強(qiáng)很多，從而可以使其在更多的范圍內(nèi)得到應(yīng)用。稀土剛玉復(fù)合磨料具有高溫硬度減退小的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)棕剛玉及鋯剛玉磨料硬度高溫下急劇降低的缺點(diǎn)，其在1200攝氏度下，仍有1070KG/cm2的高強(qiáng)度，很好的解決了高溫粘接問(wèn)題。㈣


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圖1為鋯剛玉-CeO2 二元系狀態(tài)圖2是圖1中I處放大圖；圖3是本發(fā)明磨料與普通棕剛玉的韌性的比較圖表；
圖4是本發(fā)明磨料與普通棕剛玉在不同溫度下的硬度比較圖表。圖中:QE為共晶溫度，根據(jù)不同資料介紹在2710°C _2870°C之間。We為共晶成分(CeO2 = 42.6%) #為圖中產(chǎn)品成分(CeO2 = 40%)互為共晶點(diǎn)；E1為偽共晶點(diǎn)。㈤具體實(shí)施方式
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例1:一種型號(hào)為ZA25的稀土剛玉復(fù)合磨料，其化學(xué)成分重量百分比為=SiO2 0.2，F(xiàn)e2O3 0.38，TiO21.65, ZrO2 24.25，CeO21.0%, Y2O31.0, HfO21.0，余量為 AL203。生產(chǎn)上述磨料的工藝流程:鋯剛玉初煉一預(yù)混投入二氧化鈰一復(fù)混加入Y2O3和HFO2添加劑一控制溫度2900°C熔煉一結(jié)晶造粒一冷卻一檢測(cè)一包裝。例2:—種型號(hào)為ZA30的稀土剛玉復(fù)合磨料，其化學(xué)成分重量百分比為=SiO2
0.2，F(xiàn)e2O3 0.38，TiO21.65, ZrO2 24.25，CeO21.0%, Y2O3 2.0, HfO21.5，余量為 AL203。生產(chǎn)上述磨料的工藝流程:鋯剛玉初煉一預(yù)混投入二氧化鈰一復(fù)混加入Y2O3和HFO2添加劑一控制溫度2900°C熔煉一結(jié)晶造粒一冷卻一檢測(cè)一包裝。例3: —種型號(hào)為ZA40的稀土剛玉復(fù)合磨料，其化學(xué)成分重量百分比為=SiO2
0.2, Fe2O3 0.38, TiO21.65, ZrO2 24.25, CeO21.0%, Y2O3 2.0, HfO2 3.0,余量為 AL203。生產(chǎn)上述磨料的工藝流程:鋯剛玉初煉一預(yù)混投入二氧化鈰一復(fù)混加入Y2O3和HFO2添加劑一控制溫度2900°C熔煉 一結(jié)晶造粒一冷卻一檢測(cè)一包裝。本發(fā)明中二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料的成分一般都控制在共晶點(diǎn)靠鋯剛玉一側(cè)(參見(jiàn)圖1、2)以確保鋯剛玉相為材料的基體，雖然其熔點(diǎn)相對(duì)較低(1800°C -2050°C)ο但為使熔體中的雜質(zhì)充分還原除去，控制一定冶煉氣氛，保證電弧功率送到負(fù)荷，保證精煉時(shí)間足夠，才能達(dá)到產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)熔體的冶煉目的。根據(jù)&02鋯剛玉二元相圖(圖1)分析:在冷卻過(guò)程中高溫熔體的溫度降到AE鋯剛玉固相線時(shí)，鋯剛玉開(kāi)始結(jié)晶，并在AEQ區(qū)域內(nèi)形成a -Al2O3相與熔體的混合相，在溫度繼續(xù)降低到共晶溫度QE時(shí)，二氧化鈰結(jié)晶開(kāi)始出現(xiàn)，并與α-Al2O3相形成共晶，冷卻的最終結(jié)果就CeO2是彌散分布在鋯剛玉共晶相的材料。另外，在控制工藝過(guò)程中還要加入Y2O3等其它稀土氧化物作為晶相穩(wěn)定劑，這些穩(wěn)定劑可和CeO2形成立方固溶體，快冷卻得到的立方固溶體可保持穩(wěn)定，不發(fā)生相變和分解。Y2O3-CeO2相圖最重要的特征是四方CeO2相變成單斜CeO2的溫度隨Y2O3加入量的增加而降低；加入HfO2可提高相變溫度；在有一個(gè)可相變的四方晶和立方晶固溶區(qū)，再增加Y2O3含量則得到一個(gè)從CeO2熔點(diǎn)至室溫都穩(wěn)定的均勻立方CeO2固溶區(qū)。由于在CeO2中添加Y2O3可降低馬氏體相變溫度，則二氧化鈰粒子尺寸較大時(shí)，仍可保持四方相Ce02。如在一定的相變溫度下，保持四方CeO2的臨界尺寸隨添加的Y2O3含量的增加而增大。因此本發(fā)明中選用Y2O3作晶相穩(wěn)定劑，使本發(fā)明具有更好的韌性和硬度，參見(jiàn)圖3，為本發(fā)明磨料與普通棕剛玉的韌性的比較的示意圖，參見(jiàn)圖4，為本發(fā)明磨料與普通棕剛玉在不同溫度下的硬度，圖3和圖4中可以看出本發(fā)明磨料不管是在韌性還是硬度上都比普通的棕剛玉要強(qiáng)很多，從而可以使其在更多的范圍內(nèi)應(yīng)用。在二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料中鋯剛玉呈連續(xù)相分布，稱為基體相，二氧化鈰呈間斷相分布，稱為補(bǔ)強(qiáng)相。二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料是在鋯剛玉的冶煉過(guò)程中加入二氧化鈰及添加劑在電弧爐中進(jìn)過(guò)2866°C左右的高溫熔煉后控制一定的冷卻條件，使其達(dá)到特定要求的化學(xué)成分和形成相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)相應(yīng)的加工制粒過(guò)程而制得。通過(guò)二氧化鈰顆粒的彌散復(fù)合，可以明顯地改善基體材料的韌性或高溫性能。是一種高技術(shù)新材料，具有特殊的樹(shù)枝狀微晶結(jié)構(gòu)，它有強(qiáng)度高、韌性好、自銳性好等特點(diǎn)，它的問(wèn)世是磨削技術(shù)的一個(gè)重大突破，其許多獨(dú)特性能使傳統(tǒng)的棕剛玉磨料望塵莫及。電熔二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料重負(fù)荷荒磨砂輪與棕剛玉砂輪比較，其磨削比是棕剛玉砂輪的10倍(棕剛玉重負(fù)荷荒磨砂輪磨削比為5-6，電熔二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料重負(fù)荷荒磨砂輪磨削比一般大于60)，且磨削效率高，磨削粗大易于回收，高速重負(fù)荷砂輪主要應(yīng)用范圍是鋼鐵行業(yè)，主要用于大型鋼坯、鑄件的修磨，尤其是特殊鋼的修磨。另外，二氧化鈰增強(qiáng)鋯剛玉磨料制成的磨軌砂輪在進(jìn)行了磨軌試驗(yàn)之后 也取得了較為滿意的使用效果。
權(quán)利要求
1.一種稀土剛玉復(fù)合磨料，其特征是:其化學(xué)成分重量百分比為=SiO2 0.2-0.36,Fe2O3 0.38-0.68，TiO21.65-2.00，ZrO2 24.25-39.78，CeO2 0.6-1.02，Y2O31.0-3.0, HFO21.0-2.0，余量為 AL203。
2.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述稀土剛玉復(fù)合磨料的工藝方法，其特征是:包括以下工藝流程:鋯剛玉初煉一預(yù)混投入二氧化鈰一復(fù)混加入Y2O3和HFO2添加劑一控制溫度2900°C熔煉一結(jié)晶造粒一冷卻一檢測(cè) 一包裝。
全文摘要
本發(fā)明工業(yè)磨具材料加工技術(shù)，是一種稀土剛玉復(fù)合磨料，該磨料的化學(xué)成分重量百分比為SiO2 0.2-0.36，F(xiàn)e2O3 0.38-0.68，TiO2 1.65-2.00，ZrO2 24.25-39.78，CeO2 0.6-1.02，Y2O31.0-3.0，HfO21.0-2.0，余量為AL2O3；本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程是鋯剛玉初煉→預(yù)混投入二氧化鈰→復(fù)混加入Y2O3和HfO2添加劑→控制溫度2900℃熔煉→結(jié)晶造?！鋮s→檢測(cè)→包裝；本發(fā)明的韌性和硬度比普通棕剛玉磨料高很多，從而可以使其在更多的范圍內(nèi)應(yīng)用，且具有高溫硬度減退小的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)磨料硬度高溫下急劇降低的缺點(diǎn)，很好的解決了高溫粘接問(wèn)題，主要用于制作高性能涂附磨具。
文檔編號(hào)C09K3/14GK103074032SQ20111032941
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者詹學(xué)良 申請(qǐng)人:湖北天馬研磨材料有限公司