聚晶金刚石熔盐研磨复合加工的研究

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1、聚晶金刚石熔盐研磨复合加工的研究聚晶金刚石熔盐研磨复沓加工的研究)歹一;6台肥工业大学江沛霖张崇高1q6摘要研究了聚晶金刚石在熔融硝盐中的溶解规律,提出用熔融硝盐和机械研磨的复合~.z-:6-法来实现聚晶金刚石的精加工关键词聚品金剐石熔盐溶解熔盐研磨——————～-————一——————一1前言聚晶金刚石复台片是7O年代以来国际上开始研究使用的新型超硬材料.它既具有金刚石的超硬,耐磨性能,又具有硬质合金的强度,被广泛用作刀具材料.但由于其硬度极高,对其表面精加工难度也极大.因此,聚品金剐石加工方法的研究受到关注.目前主要的加工方法有:电火花加工l】,超声波抛光『,机械研磨~IITt3'和化

2、学加工等.这些加工方法各有忧缺点,研究新的加工方法很有必要.根据金刚石可溶于熔融的钾硝石,钠硝石和磷酸钠这一特性,设想采用熔融硝盐对聚品金刚石进行溶解,鉴于表面自由能分布状态及自由焙降低原理,可使聚晶金刚石表面逐渐由粗糙变光滑.硝盐浴的使用温度通常都是500V以下,设备费用低,工作条件不十分苛刻.因此,探讨聚晶金刚石在熔融硝盐中的溶解规律,了解溶解过程所发生的变化对其溶解速度的影响,找出最佳工艺参数,结合机械研磨就有可能实现对聚晶金刚石的低耗,快速精加工.2试验方法试验材料选用某研究所生产的聚品金刚石薄片,尺寸为O10×15mm,重量为240～300mg.用高温粘结剂C一3无机胶,将试样粘

3、结在碳钢夹具(O10×25mm)上,先置于远红外辐射恒温烘箱内,经100℃2h烘l稿几期:j998—04—201998年第5期《电加工)干,取出空冷然后将试样悬挂放人熔融硝盐浴中加热溶解,采用串联热电偶温度自动控制,取出空冷再用水煮沸片刻,待到试片与夹具分离,将试片取出酸洗,沸水煮,冲刷反复数次吹干后用体视显微境和扫描电镜(AMRAY100013)进行试片溶解前后表面形貌的观察和比较.最后用TG318光电分析天平(精度为0lmg)测定试片在熔融盐浴中加热前后的重量变化,作为聚晶金剐石的溶解量.3试验结果3.1熔融硝盐浴成分的选择试验用KN03,NaN和NaNO3+KNO3二元硝盐浴.在50

4、0℃时对试样进行不同时间的加热溶解,测量它们的溶解量.图1表示聚晶金剐石薄片在不同成分熔融硝盐浴中,溶解量与时间的溶解曲线.30盎三20整蛙oo5l01520溶解时间(h)}NaNO3圈1聚晶金刚石薄片在不同成分熔融硝盐浴中的溶解曲线由图可见,聚晶金刚石在熔融硝盐中,其溶解规律是一致的:开始,随加热熔解时一33—问的增加,溶解量增加,达到最大溶解量后,延长加热溶解时间,其溶解量逐渐减少,最后趋于平衡约20mg.不同成分的硝盐浴,达最大溶解量的时间和溶解量都不相同如:NaNO3熔盐浴加热溶解1h,其最大溶解量是3.3mg;KNO熔盐浴加热溶解1h,其最大溶解量是278rag;二元硝盐裕加热溶

5、解05h可达278rag的最大溶解量.比较认为,虽然二元硝盐浴的最大溶解量比钾硝石和钠硝石熔盐要低,但是二元硝盐浴的溶解速度却比钾硝石和钠硝石熔盐提高近一倍.3.2二元硝盐浴的溶解试验由图2可见,聚晶金刚石在二元硝盐浴中的溶解规律均符合前述的规律,它们都是一种含有极大值的函数曲线.在300℃加热时,溶解量随加热时间增加而增加,2h可获3一蓍2蕞{塑0051.(1152n溶解时问(h)图2聚晶金刚石薄片在不同温度下的溶解曲线得2.99mg的溶解量,溶解速度低.在350～400℃加热温度范围内,聚晶金刚石溶解速度较大,加热1h就可获得约2.9mg的溶解量.随加热时间的延长,其溶解量逐渐降低,趋

6、于平衡值约23～25mg,且变化平缓.加热温度在450～500℃(二元硝盐浴的极限使用温度)时,尽管聚晶金刚石溶解速度增加,溶解2.6～30rag只需0.5h,但延长加热时间,溶解量急剧降低,变化剧烈,进人平衡溶解阶段,其溶解量约1.8mg.考虑熔融硝盐溶解工艺要求,我们认为,选用NaN03+KN03二元硝盐浴,在350～400℃温度范围内,加热溶解1h作为聚晶金刚石溶解工艺较为合适一34—33二元硝盐浴重复加热溶解试验考虑到PCD熔盐溶解工艺是一种反复溶解工艺过程,必须进行聚品金刚石在二元硝盐浴中重复加热溶解试验,摸索其溶解规律.图3表示聚品金刚石薄片在350℃和400℃的二元硝盐浴中加

7、热lh,重复加热时的溶解曲线.图3聚晶金刚石薄片重复加热时的溶解曲线由图可见,聚晶金刚石薄片随重复加热次数增加,其溶解量急剧降低.例如,重复加热1次,溶解量由2.9mg降低到1.2～l5mg;重复加热3次时,降低到0.2～0.5mg的溶解量,甚至出现增重现象.此外,在重复加热试验中,还发现试片表面上粘附一些白色或红色的熔盐腐蚀产物.尽管每次重复加热之间均采用沸水煮沸,酸洗和冲刷,用体视显微镜观察已将其溶解产物除去,但都无