納米氮化釩對陶瓷結合劑CBN磨具的性能影響

陳飛曉　趙志偉　胡文萌

【摘 要】納米碳化釩具有耐磨、高硬度、高熔點等優異特性，可將其添加到微米級陶瓷基體中，以便在較低溫度下制備具有較高力學性能的陶瓷結合劑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合劑，制得磨具。并對其進行抗折強度、顯微結構以及體積密度進行檢測分析。得出不同含量納米VN對CBN陶瓷磨具的影響。通過實驗得到：加入納米氮化釩后，陶瓷結合劑CBN磨具的體積密度逐漸減小。當納米氮化釩的加入量為6%時，CBN陶瓷磨具的抗折強度達到最大，為12.36MPa，且其結構致密，性能最優。

【關鍵詞】CBN磨具；陶瓷結合劑；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

隨著時代的快速的發展，磨料磨具發展的方向正在朝向高精度、低成本、高效率的方向不斷發展[1]。陶瓷結合劑超硬磨具具有硬度高、磨削熱小、磨削比高等優點[2]。納米陶瓷材料具有不同于傳統的陶瓷材料的性能[3]。例如，燒結溫度較低，強度韌性較高[4]。因此在用納米粉進行燒結時，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品。

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

1 實驗

1.1 陶瓷結合劑CBN磨具的制備

陶瓷結合劑CBN磨具的制備流程如下所示（圖1）：

圖1

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

1.2 測試方法

采用SUNS微機控制電子萬能試驗機對陶瓷磨具試樣條進行抗折強度測試。采用Stemi2000-C金相顯微鏡對產物的微觀形貌進行觀察和分析。采用ED-300A數顯固體密度計測量磨具試樣條的體積密度。

2 結果與討論

2.1 抗折強度測試及分析

添加不同含量的納米氮化釩后，陶瓷結合劑CBN磨具的抗折強度如表1所示。由表可知，在800度進行燒結時，隨著納米氮化釩含量的增加，CBN陶瓷磨具的抗折強度先增加后減小，在含量為6%時達到最大。

2.2 納米氮化釩含量對CBN磨具微觀結構的影響

加入不同含量納米氮化釩的陶瓷結合劑CBN磨具在800℃下進行燒成的顯微結構如圖2。

（1）加入0%質量分數納米VN （2）加入2%質量分數納米VN

（3）加入4%質量分數納米VN （4）加入6%質量分數納米VN

（5）加入8%質量分數納米VN

從圖2中可以看出，隨著添加納米氮化釩含量的增加，磨具的氣孔數量變大，但是其結合劑均勻的分布在磨料的周圍，且潤濕性和黏結性比較好，對磨粒有較強的把持能力。當納米氮化釩含量為6%時，磨具性能最好。

2.3 不同含量納米氮化釩陶瓷結合劑CBN磨具體積密度的分析

在添加不同含量的納米氮化釩時，陶瓷結合劑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，會使陶瓷磨具的體積密度減小，在6%時體積密度為2.343g/cm3，磨具結構均勻。此時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 結論

1）加入納米氮化釩后，陶瓷結合劑CBN磨具的體積密度逐漸減小。

2）當納米氮化釩含量為6%時，CBN陶瓷磨具的抗折強度達到最大，為12.36MPa，且其結構致密。

【參考文獻】

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[2]陳敢新，呂智.CBN砂輪陶瓷結合劑研究進展[J].金剛石與磨料磨具，2003（5）： 35-40.

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[5]張志飛，萬隆，張珍蓉，等.低溫砂輪陶瓷結合劑的研究[J].金剛石與磨料磨具工程，2004（6）：31-33.

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[7]張景強，王宛山，于天彪，張松.高速陶瓷cBN砂輪納米陶瓷結合劑性能實驗研究[J].中國機械工程，2014（1）：82-87.

[8]王艷輝，臧建兵.納米陶瓷結合劑的特點和應用[J].超硬材料工程，2013（1）：20-24.

[責任編輯：楊玉潔]