通常,磨料的粒徑在54 μm以下的粉狀物料稱為微粉,微粉中顆粒直徑小于5 μm的又稱為精微粉。3.5 μm以粗的微粉采用沉降法分選,3.5 μm微粉以細(xì)的混合料采用離心法分選。
金剛石微粉主要用于非金屬硬脆材料的精磨、研磨和拋光。一般0~0.5 μm至6~12 μm用于拋光,5~10 μm至12~22 μm用于研磨,20~30 μm以粗用于精磨。金剛石微粉主要用于以下四個(gè)方面:(1)直接使用,制成研磨膏。廣泛用于硬質(zhì)合金、高鋁陶瓷、光學(xué)玻璃、儀表寶石、半導(dǎo)體等材料制成的刃具、量具、光學(xué)儀器、電子器件等精密零件的拋光,其加工粗糙度可以達(dá)到鏡面。(2)大量用于制造精磨片、超精磨片、電鍍制品。(3)用于制造多晶金剛石燒結(jié)體,如地質(zhì)、石油鉆頭,切削工具、拉絲模等。(4)用于研磨液和拋光液的制造。
1??金剛石微粉的粒度檢驗(yàn)?
1.1??粒度檢驗(yàn)要求
金剛石微粉主要做研磨和拋光用,粒度的控制特別重要,只要有超尺寸的粗顆粒就會(huì)造成工件劃傷,使之前的工作前功盡棄,因此微粉質(zhì)量檢查是保證微粉產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。只有認(rèn)真對(duì)待才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的微粉,滿足用戶使用的需求。
金剛石微粉的質(zhì)量檢驗(yàn),采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T7990—2012規(guī)定的方法檢驗(yàn),檢驗(yàn)項(xiàng)目主要包括尺寸范圍、粒度分布、顆粒形狀、雜質(zhì)含量等。金剛石微粉的主要粒度分別為M 0/0.25、M 0/0.5、M 0/1、M 0.5/1、M 1/2、M 2/4、M 3/6、M 4/8、M 5/10、M 6/12、M 8/12、M 8/16、M 10/20、M 15/25、M 20/30、M 25/35、M 30/40、M 35/55、M 40/60、M 50/70。特殊應(yīng)用的粒度尺寸范圍由供需雙方商定。
表1是M 0.5/1的尺寸范圍。
1.2??粒度檢驗(yàn)方法?
在生產(chǎn)實(shí)踐中,主要采用激光衍射法測(cè)量金剛石微粉顆粒直徑,常用儀器有英國(guó)馬爾文Mastersizer 2000激光粒度分析儀、美國(guó)Microtrac公司的S3500系列激光粒度分析儀和X100激光粒度分析儀器等。
激光粒度分析儀器的原理是:當(dāng)光線照射到顆粒上時(shí),散射和衍射就會(huì)發(fā)生,其散射和衍射光的強(qiáng)度均與粒子的大小有關(guān),觀察其光強(qiáng)度,可應(yīng)用夫瑯和費(fèi)衍射理論和Mie散射理論求得顆粒直徑分布。在測(cè)量時(shí)要注意粉體的分散問題 ,避免粉體顆粒團(tuán)聚 。
激光粒度分析儀器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方便快捷、重現(xiàn)性高,能很好的測(cè)出樣品的粒度分布曲線和集中度;越是球狀顆粒,測(cè)量的越準(zhǔn)確,在行業(yè)中普遍采用。它的缺點(diǎn)是對(duì)不規(guī)則形狀和長(zhǎng)條顆粒測(cè)的不準(zhǔn)確,數(shù)值測(cè)的偏低。這可能與它本身測(cè)量原理有關(guān):軟件在測(cè)量計(jì)算時(shí),把不規(guī)則形狀和長(zhǎng)條顆粒折算成球形,然后計(jì)算出球體直徑作為顆粒尺寸,所以測(cè)量數(shù)據(jù)偏低。為了克服這個(gè)缺點(diǎn),在生產(chǎn)實(shí)踐中,采用圖像法和生物顯微鏡法進(jìn)行檢驗(yàn),主要檢查大顆粒和長(zhǎng)條顆粒,激光粒度分析儀和顯微鏡檢驗(yàn)相互結(jié)合的雙檢法,保證了微粉的質(zhì)量。2??微粉質(zhì)量檢測(cè)2.1??微粉粒度測(cè)量方法
微粉的顆粒尺寸測(cè)量,有多種儀器可以使用。例如,生物顯微鏡、投影顯微鏡、圖像分析儀、投射式電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、庫爾特粒度分析儀等。生物顯微鏡觀察微粉時(shí),選擇合適的放大倍數(shù)。觀察1.5 μm以細(xì)的微粉,最好放大1500倍或者2000倍觀察,效果比較好;生物顯微鏡觀察最細(xì)微粉可到0.25 μm,小于0.25 μm的微粉,最好采用掃描電子顯微鏡觀察。
微粉的粒度分布對(duì)材料的切削效率及研磨粗糙度都有一定的影響。對(duì)精磨和拋光工藝來說,總是要求微粉中粗粒含量要少,長(zhǎng)條顆粒要少,基本粒度含量要高,要集中,粒度組成均勻。特別是用于電鍍制品的微粉,要求微粉的等高性要好,粒度組成均勻,這樣在電鍍時(shí)候比較容易控制微粉的出刃高度,制品使用效果好。
2.2??微粉顆粒形狀的檢驗(yàn)
微粉的顆粒形狀,在拋光時(shí),以近似球形顆粒和等積形為好。在微粉標(biāo)準(zhǔn)中,針棒狀顆粒是指長(zhǎng)軸與短軸之比超過3:1。超過最大顆粒尺寸的針棒狀顆粒,在微粉中不能有,但長(zhǎng)度在最大公稱尺寸和最大顆粒之間的針棒狀顆粒,允許不超過3%。
在顯微鏡下透光觀察是透明的片狀顆粒,尺寸小于D5的可以不計(jì),金剛石微粉中片狀顆粒不超過5%
2.3??微粉雜質(zhì)含量的檢驗(yàn)
各種粒度的金剛石微粉雜質(zhì)含量不超過2%,包括金屬雜質(zhì)和非金屬雜質(zhì),主要有:Si、Fe、Mn、Co、Ni、Ti、Ca、Mg、Na等。
復(fù)合片微粉要求的質(zhì)量比較高,雜質(zhì)含量控制在約5×10-5以內(nèi)。
用燃燒失重法測(cè)定微粉中的雜質(zhì),從樣品中稱取0.5 g微粉,放入恒重的坩堝內(nèi),置于馬弗爐中,在1000 ℃灼燒至恒重,殘留物重即為雜質(zhì)量,計(jì)算出質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
3.1??如何評(píng)價(jià)金剛石微粉的質(zhì)量
這是微粉生產(chǎn)和使用者所共同關(guān)心的問題,人造金剛石微粉主要用于研磨和拋光工序中,使用者往往要求用最低的金剛石濃度、最快的切削速度,獲得最好的表面粗糙度和工件表面質(zhì)量。要達(dá)到這樣高的使用效果,沒有高質(zhì)量的微粉是不行的。根據(jù)筆者多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為質(zhì)量好的微粉應(yīng)該從以下幾個(gè)方面控制:(1)金剛石原料的強(qiáng)度要高,采用中南,黃河、等大廠家生產(chǎn)的金剛石為原料,生產(chǎn)的微粉質(zhì)量比較好,耐磨性和切削力都比較好,就是通常市場(chǎng)中說的黃料做的微粉。在對(duì)水晶、鋯石等比較硬的非金屬材料拋光時(shí),應(yīng)該采用質(zhì)量好的微粉。質(zhì)量差的微粉沒有切削力,磨不掉表面的凸痕,所以不容易上光。(2)粗顆粒的尺寸及其含量要嚴(yán)格控制。粗顆粒應(yīng)該控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍,越少越好。大于粗顆粒的就是大顆粒,容易引起工件劃傷,這個(gè)絕對(duì)不能有。(3) 粒度分布,集中度越高越好。(4)顆粒的形狀。圓度好的微粉在拋光中有比較好的效果,塊狀、多棱角、多刃口、低磁性高強(qiáng)度微粉在金剛石電鍍線鋸中有好的應(yīng)用效果,一般形狀的微粉,如條狀、塊狀和片狀,比較鋒利,多在樹脂結(jié)合劑
砂輪中應(yīng)用。
3.2??如何判斷微粉的強(qiáng)度和所具備的切削力
一般來說,在顯微鏡下觀察,片狀微粉強(qiáng)度低,塊狀切削力強(qiáng),質(zhì)量好;粗號(hào)微粉比較容易判斷,好的微粉在顯微鏡下觀察,透明度好,其芯部透明,周圍是黑邊輪廓,不好的微粉,整個(gè)都是黑色的;超細(xì)微粉指粒徑1.5 μm以下的微粉,需要物鏡浸入香柏油中觀察,放大1600倍,常規(guī)甘油制樣,不易觀察,容易團(tuán)聚;超細(xì)微粉的質(zhì)量從成像上可以分辨出來,但需要多實(shí)踐多觀察。還有一種先進(jìn)方法,就是用德國(guó)制造的差熱分析儀器,看微粉起始氧化溫度的高低判斷。因儀器價(jià)格比較貴,不利在工業(yè)生產(chǎn)中推廣。
為了解決這個(gè)問題,使用了新型分散劑,成功解決了超細(xì)微粉的分散問題,采用日本顯微鏡浸油,成像清晰。
掃描電子顯微鏡觀察超細(xì)微粉和納米金剛石微粉很清晰,尺寸測(cè)量準(zhǔn)確,但微粉顆粒表面需要噴一層金屬膜才能觀察,這樣就看不清微粉的結(jié)構(gòu)和晶體呈現(xiàn),不易判斷出微粉的質(zhì)量水平。從這方面看,傳統(tǒng)生物顯微鏡觀察仍有很大的優(yōu)勢(shì)。
另外,通過對(duì)微粉晶體制樣創(chuàng)新,拍攝出彩色圖像,根據(jù)圖形顏色判斷微粉質(zhì)量。為了避免微粉在分散劑中位移,以拍攝出清晰的圖像,我們創(chuàng)新采用了新的制樣方法,固定微粉,在生物顯微鏡下拍攝出真實(shí)微粉的圖像,為生產(chǎn)科研提供了有力的幫助。