一种Fe基SiC磁性磨料及其制备方法

一种fe基sic磁性磨料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于磁力研磨技术领域，具体涉及一种fe基sic磁性磨料及其制备方法。


背景技术：

2.磁力研磨作为一种柔性加工方式，它的加工原理为在磁场作用下，磁性磨料沿着磁力线方向链接在一起组成“磁刷”，磁刷的加工区域可以覆盖整个工件表面，磁性磨料在运动过程中，与工件的加工区域产生相互碰撞，刮擦与滚压等，通过这种无序的冲击达到提高工件表面质量的目的。由此可看出，一种优异的磁性磨料在整个磁力研磨加工过程中的重要性。磁性磨料基本可以分成两部分，导磁相与硬质研磨相，导磁相通常会选择成本低，导磁性能优异的铁磁性物质，而硬质研磨相需满足高硬度、良好的自锐性、高的热稳定性以及化学稳定性。
3.目前，传统磁性磨料制备方法可以分为机械混合法、复合材料法(烧结法、粘结法、复合镀层法)、铸造法(外加颗粒复合法、原位反应复合法)等方法。机械混合法制备工艺简单、成本低。但是在研磨期间，磨料颗粒容易与磁性粉末分离飞散，研磨效率不高，限制了其应用。烧结法工艺复杂成本较高，并且磨料颗粒不规则、结合强度低。粘结法制备的磨料组织疏松、热稳定性差、磨粒相容易脱落。复合镀法成本高、无法实现大批量生产、镀液处理不当容易造成环境污染。铸造法虽然对于原材料选择具有较高要求，但是在工艺改善后是一种比较好的磁性磨料制备方法，有望实现大批量生产。因此，现有磁力研磨技术存在研磨效率低，磨料成本高，加工工艺复杂，研磨使用寿命低等问题，


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种fe基sic磁性磨料及其制备方法，以解决传统磁性磨料的研磨使用寿命低、加工工艺复杂的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.第一方面，本发明提供一种fe基sic磁性磨料的制备方法，包括：
7.将c粉、si粉与球形fe基粉均匀混合后，进行机械球磨，原位合成研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；
8.机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料；球形fe基粉作为铁磁相。
9.进一步的，所述c粉、si粉与球形fe基粉的体积比为1：1：3。
10.进一步的，所述球磨时采用球磨罐进行球磨，球磨罐抽真空，真空度小于10-3
；球磨转速为300r/min，球磨时间为4h-8h。
11.进一步的，所述球磨的球料比为12：1。
12.进一步的，所述c粉的颗粒粒度为10μm-20μm。
13.进一步的，所述si粉的颗粒粒度为10μm-20μm。
14.进一步的，所述球形fe基粉的粒度为100μm-300μm。
15.进一步的，所述c粉、si粉与球形fe基粉均匀混合时间为60min。
16.进一步的，所述热处理时的升温速率为2℃/min-5℃/min，热处理温度为1000℃-1400℃，热处理时间为2h-6h，降温速率为3℃/min。
17.第二方面，本发明提供一种fe基sic磁性磨料，所述fe基sic磁性磨料根据上述中任一项所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法制得。
18.本发明至少具有以下有益效果：
19.1、本发明si粉与c粉原位反应制备sic超硬研磨相，所制备的研磨相与铁磁相的结合能力增强，fe基与sic之间反应形成的fe-si合金层，使所制备的fe基sic磁性磨料同时兼具了高导磁性与高硬度；球形磨料颗粒保证了在研磨过程中，工件的每个部位可以均匀受力，不会出现较深的划痕；所制备的磁性磨料自锐性好，磨削力强，可以解决传统磁性磨料的使用寿命低、加工工艺复杂的问题，可以对工件进行精密研磨抛光。
20.2、本发明fe基表面硬质研磨相呈放射状均匀分布，可以保证铁磁相基体原来的高磁导率，增加研磨压力；sic磨粒在fe基表面的高度也基本一致，在研磨过程中可以保证优异的加工效果，最大限度保证了磨料的球形度与形貌特征的均匀性，因此，fe基粉末表面原位生成sic超硬研磨相的磁力研磨磨料制备方法，对于满足高性能的磁性磨料制备要求具有一定优势。
附图说明
21.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1为原位合成fe基sic磁性磨料制备方法流程示意图；
23.图2为传统烧结法制备fe基sic磁性磨料的sem图；
24.图3为原位合成fe基sic磁性磨料的sem图；
25.图4为传统烧结法制备fe基sic磁性磨料研磨后钛管三维形貌图；
26.图5为原位合成fe基sic磁性磨料研磨后钛管三维形貌图。
具体实施方式
27.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
29.一种fe基sic磁性磨料的制备方法，包括：
30.在fe基球形粉末颗粒表面利用c粉与si粉在一定条件下原位生成sic硬质纳米颗粒作为磁性磨料的研磨相。在fe基与sic之间由于fe与si反应会形成fe-si合金层，实现了铁磁相与研磨相的有效结合，其合金层具有良好的导磁性，sic硬度高。制备的磨料具有很好的软磁效应，自锐性好，磨削力强，可以对工件进行精密研磨抛光。
31.si粉与c粉在一定的条件下原位反应制备sic超硬研磨相，sic研磨相与铁磁相的
结合能力强，fe基与sic之间形成的fe-si合金层，使所制备的磁性磨料同时兼具了高导磁性与高硬度。球形磨料颗粒保证了在研磨过程中，工件的每个部位可以均匀受力，不会出现较深的划痕。
32.如图1所示，为fe基-sic磁性磨料的制备流程，首先，在fe基表面利用机械球磨-原位合成的方法，在加入c粉与si粉之后，生成硬质研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，同时fe基与sic之间存在fe-si合金层，铁磁相与研磨相及其边缘连接部分有效结合在一起，形成具有高导磁性和高硬度的复合型磨料。铁磁相与研磨相粒径比较小，磨削加工效果好，适合于复杂工件表面的精密加工。
33.具体的步骤为：
34.s1：c粉、si粉与球形fe基粉按1：1：3的体积比均匀机械混合后，加入球磨罐中进行机械球磨，原位合成硬质研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；
35.球磨球采用直径为2mm的316不锈钢小球，球料比为12：1，将球磨罐抽为真空状态(真空度小于10-3
)后，球磨转速为300r/min，球磨时间为4h-8h。
36.c粉的颗粒粒度为10μm-20μm，si粉的颗粒粒度为10μm-20μm，球形fe基粉粒度为100μm-300μm，机械混合时间为60min。
37.s2：机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料；球形fe基粉作为铁磁相。提高了研磨相与铁磁相表面的结合能力。
38.热处理时的升温速率为2℃/min-5℃/min，热处理温度为1000℃-1400℃，热处理时间为2h-6h，降温速率为3℃/min。
39.实施例1
40.s1：c粉、si粉与球形fe基粉按1：1：3的体积比均匀机械混合后，加入球磨罐中进行机械球磨，原位合成硬质研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；
41.球磨球采用直径为2mm的316不锈钢小球，球料比为12：1，将球磨罐抽为真空状态(真空度小于10-3
)后，球磨转速为300r/min，球磨时间为4h。
42.c粉的颗粒粒度为10μm，si粉的颗粒粒度为10μm，球形fe基粉粒度为100μm，机械混合时间为60min。
43.s2：机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料；球形fe基粉作为铁磁相。提高了研磨相与铁磁相表面的结合能力。
44.热处理时的升温速率为2℃/min，热处理温度为1000℃，热处理时间为2h，降温速率为3℃/min。
45.实施例2
46.s1：c粉、si粉与球形fe基粉按1：1：3的体积比均匀机械混合后，加入球磨罐中进行机械球磨，原位合成硬质研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；
47.球磨球采用直径为2mm的316不锈钢小球，球料比为12：1，将球磨罐抽为真空状态(真空度小于10-3
)后，球磨转速为300r/min，球磨时间为5h。
48.c粉的颗粒粒度为15μm，si粉的颗粒粒度为15μm，球形fe基粉粒度为150μm，机械混合时间为60min。
49.s2：机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料；球形fe基粉作为铁磁相。提高了研磨相与铁磁相表面的结合能力。
50.热处理时的升温速率为3℃/min，热处理温度为1100℃，热处理时间为3h，降温速率为3℃/min。
51.实施例3
52.s1：c粉、si粉与球形fe基粉按1：1：3的体积比均匀机械混合后，加入球磨罐中进行机械球磨，原位合成硬质研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；
53.球磨球采用直径为2mm的316不锈钢小球，球料比为12：1，将球磨罐抽为真空状态(真空度小于10-3
)后，球磨转速为300r/min，球磨时间为6h。
54.c粉的颗粒粒度为20μm，si粉的颗粒粒度为20μm，球形fe基粉粒度为200μm，机械混合时间为60min。
55.s2：机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料；球形fe基粉作为铁磁相。提高了研磨相与铁磁相表面的结合能力。
56.热处理时的升温速率为4℃/min，热处理温度为1200℃，热处理时间为4h，降温速率为3℃/min。
57.实施例4
58.s1：c粉、si粉与球形fe基粉按1：1：3的体积比均匀机械混合后，加入球磨罐中进行机械球磨，原位合成硬质研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；
59.球磨球采用直径为2mm的316不锈钢小球，球料比为12：1，将球磨罐抽为真空状态(真空度小于10-3
)后，球磨转速为300r/min，球磨时间为7h。
60.c粉的颗粒粒度为17μm，si粉的颗粒粒度为13μm，球形fe基粉粒度为250μm，机械混合时间为60min。
61.s2：机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料；球形fe基粉作为铁磁相。提高了研磨相与铁磁相表面的结合能力。
62.热处理时的升温速率为3℃/min，热处理温度为1300℃，热处理时间为5h，降温速率为3℃/min。
63.实施例5
64.s1：c粉、si粉与球形fe基粉按1：1：3的体积比均匀机械混合后，加入球磨罐中进行机械球磨，原位合成硬质研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；
65.球磨球采用直径为2mm的316不锈钢小球，球料比为12：1，将球磨罐抽为真空状态(真空度小于10-3
)后，球磨转速为300r/min，球磨时间为-8h。
66.c粉的颗粒粒度为13μm，si粉的颗粒粒度为17μm，球形fe基粉粒度为300μm，机械混合时间为60min。
67.s2：机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料；球形fe基粉作为铁磁相。提高了研磨相与铁磁相表面的结合能力。
68.热处理时的升温速率为5℃/min，热处理温度为1310℃，热处理时间为6h，降温速率为3℃/min。
69.应用例
70.分别采用烧结法制备的fe基sic磁性磨料和本发明原位合成的fe基sic磁性磨料对钛管进行加工；烧结法制备的fe基sic磁性磨料加工后钛管表面粗糙度ra＝0.653μm，如图4所示；本发明制备的原位合成的fe基sic磁性磨料加工后钛管表面粗糙度ra＝0.324μm，如图5所示。
71.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，包括：将c粉、si粉与球形fe基粉均匀混合后，进行机械球磨，原位合成研磨相sic，sic均匀分布在fe基表面，获得磨料；球形fe基粉作为铁磁相；机械球磨后对磨料进行热处理，球形fe基粉表面微熔，fe基与sic反应形成fe-si合金层，得到fe基sic磁性磨料。2.根据权利要求1所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述c粉、si粉与球形fe基粉的体积比为1：1：3。3.根据权利要求1所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述球磨时采用球磨罐进行球磨，球磨罐抽真空，真空度小于10-3
；球磨转速为300r/min，球磨时间为4h-8h。4.根据权利要求3所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述球磨的球料比为12：1。5.根据权利要求1所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述c粉的颗粒粒度为10μm-20μm。6.根据权利要求1所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述si粉的颗粒粒度为10μm-20μm。7.根据权利要求1所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述球形fe基粉的粒度为100μm-300μm。8.根据权利要求1所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述c粉、si粉与球形fe基粉均匀混合时间为60min。9.根据权利要求1所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法，其特征在于，所述热处理时的升温速率为2℃/min-5℃/min，热处理温度为1000℃-1400℃，热处理时间为2h-6h，降温速率为3℃/min。10.一种fe基sic磁性磨料，其特征在于，所述fe基sic磁性磨料根据权利要求1-9中任一项所述的一种fe基sic磁性磨料的制备方法制得。

技术总结
本发明属于磁力研磨技术领域，具体公开了一种Fe基SiC磁性磨料及其制备方法；本发明Si粉与C粉原位反应制备SiC超硬研磨相，所制备的研磨相与铁磁相的结合能力增强，Fe基与SiC之间反应形成的Fe-Si合金层，使所制备的Fe基SiC磁性磨料同时兼具了高导磁性与高硬度；球形磨料颗粒保证了在研磨过程中，工件的每个部位可以均匀受力，不会出现较深的划痕；所制备的磁性磨料自锐性好，磨削力强，可以解决传统磁性磨料的使用寿命低、加工工艺复杂的问题，可以对工件进行精密研磨抛光。对工件进行精密研磨抛光。对工件进行精密研磨抛光。


技术研发人员：成波 陈瑞瑞 李文生 张辛健 王玉 赵旭东
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/12