陳飛曉　趙志偉　胡文萌

【摘 要】納米碳化釩具有耐磨、高硬度、高熔點(diǎn)等優(yōu)異特性，可將其添加到微米級(jí)陶瓷基體中，以便在較低溫度下制備具有較高力學(xué)性能的陶瓷結(jié)合劑CBN磨具。本課題選用的玻璃料體系是Na2O-Al2O3-SiO2-B2O，通過將不同含量的納米氮化釩加入到陶瓷結(jié)合劑，制得磨具。并對(duì)其進(jìn)行抗折強(qiáng)度、顯微結(jié)構(gòu)以及體積密度進(jìn)行檢測(cè)分析。得出不同含量納米VN對(duì)CBN陶瓷磨具的影響。通過實(shí)驗(yàn)得到：加入納米氮化釩后，陶瓷結(jié)合劑CBN磨具的體積密度逐漸減小。當(dāng)納米氮化釩的加入量為6%時(shí)，CBN陶瓷磨具的抗折強(qiáng)度達(dá)到最大，為12.36MPa，且其結(jié)構(gòu)致密，性能最優(yōu)。

【關(guān)鍵詞】CBN磨具；陶瓷結(jié)合劑；納米氮化釩；CBN陶瓷磨具

Effects of Nanometer Vanadium on the Microstructures and Properties of Vitrified bonded CBN Abrasive Tools

CHEN Fei-xiao ZHAO Zhi-wei HU Wen-meng

（Colleage of Material Science and Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou Henan 450001， China）

【Abstract】As nano-vanadium carbide has the advantage of high wear resistance， high hardness， high melting point and other outstanding features， it can be added to the micron ceramic matrix to prepare vitrified CBN grinding tools with higher mechanical properties at lower temperatures. The foundational system of vitrified bond is Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3. Different levels of nano-vanadium nitride was added to vitrified bond to obtain the sample of vitrified bond CBN abrasives. The flexural detection， microscopic structure and the bulk density of the sample was detected. The effects of different levels of nano-VN on vitrified bond CBN abrasives was obtained. The experimental conclusions are as follows： After adding nano vanadium nitride， the volume density of the ceramic bonded CBN tool was gradually reduced. When the amount of nano vanadium nitride in the vitrified bond was 6%， the flexural strength of CBN abrasives reached maximum， which was 12.36MPa， and its structure was compact and the performance was best.

【Key words】Vitrified bond； CBN； Nanometer VN； Strength

0 引言

隨著時(shí)代的快速的發(fā)展，磨料磨具發(fā)展的方向正在朝向高精度、低成本、高效率的方向不斷發(fā)展[1]。陶瓷結(jié)合劑超硬磨具具有硬度高、磨削熱小、磨削比高等優(yōu)點(diǎn)[2]。納米陶瓷材料具有不同于傳統(tǒng)的陶瓷材料的性能[3]。例如，燒結(jié)溫度較低，強(qiáng)度韌性較高[4]。因此在用納米粉進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，致密化速度較快，且能在較低溫度下獲得致密度比較高的產(chǎn)品。

在陶瓷基體中將異質(zhì)納米顆粒均勻分散在其中，使其進(jìn)行充分的復(fù)合、分散，可使納米陶瓷復(fù)合材料的韌性、耐磨性、高溫力學(xué)性能得到很大提高[5-7]。并且不會(huì)對(duì)超硬磨料CBN造成腐蝕損傷。由于納米氮化釩具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度的特性[8]，因此本課題嘗試通過向微米級(jí)陶瓷結(jié)合劑基體中添加納米氮化釩，制得力學(xué)性能較高的陶瓷結(jié)合劑CBN磨具。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 陶瓷結(jié)合劑CBN磨具的制備

陶瓷結(jié)合劑CBN磨具的制備流程如下所示（圖1）：

圖1

混料時(shí)采用干法混料工藝把成型料混勻。然后將試樣悶料約2h，再在壓機(jī)上壓制成陶瓷結(jié)合劑試樣條，干燥10-12h。然后放入馬弗爐中在800℃下進(jìn)行燒成。

1.2 測(cè)試方法

采用SUNS微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)陶瓷磨具試樣條進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試。采用Stemi2000-C金相顯微鏡對(duì)產(chǎn)物的微觀形貌進(jìn)行觀察和分析。采用ED-300A數(shù)顯固體密度計(jì)測(cè)量磨具試樣條的體積密度。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗折強(qiáng)度測(cè)試及分析

添加不同含量的納米氮化釩后，陶瓷結(jié)合劑CBN磨具的抗折強(qiáng)度如表1所示。由表可知，在800度進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，隨著納米氮化釩含量的增加，CBN陶瓷磨具的抗折強(qiáng)度先增加后減小，在含量為6%時(shí)達(dá)到最大。

2.2 納米氮化釩含量對(duì)CBN磨具微觀結(jié)構(gòu)的影響

加入不同含量納米氮化釩的陶瓷結(jié)合劑CBN磨具在800℃下進(jìn)行燒成的顯微結(jié)構(gòu)如圖2。

（1）加入0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米VN （2）加入2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米VN

（3）加入4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米VN （4）加入6%質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米VN

（5）加入8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米VN

從圖2中可以看出，隨著添加納米氮化釩含量的增加，磨具的氣孔數(shù)量變大，但是其結(jié)合劑均勻的分布在磨料的周圍，且潤(rùn)濕性和黏結(jié)性比較好，對(duì)磨粒有較強(qiáng)的把持能力。當(dāng)納米氮化釩含量為6%時(shí)，磨具性能最好。

2.3 不同含量納米氮化釩陶瓷結(jié)合劑CBN磨具體積密度的分析

在添加不同含量的納米氮化釩時(shí)，陶瓷結(jié)合劑CBN磨具的的體積密度如表2所示：

表2 不同含量納米氮化釩CBN磨具的體積密度

由圖可知，納米氮化釩加入，會(huì)使陶瓷磨具的體積密度減小，在6%時(shí)體積密度為2.343g/cm3，磨具結(jié)構(gòu)均勻。此時(shí)磨具的氣孔分布最均勻，可以滿足磨具磨削過程中容屑排屑的要求。

3 結(jié)論

1）加入納米氮化釩后，陶瓷結(jié)合劑CBN磨具的體積密度逐漸減小。

2）當(dāng)納米氮化釩含量為6%時(shí)，CBN陶瓷磨具的抗折強(qiáng)度達(dá)到最大，為12.36MPa，且其結(jié)構(gòu)致密。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]