[发明专利]一种基于火花放电的陶瓷颗粒种植工艺

说明书

一种基于火花放电的陶瓷颗粒种植工艺，所述工艺在待种植陶瓷颗粒表面制备导电膜；将镀膜后的陶瓷颗粒按需求放置在金属基体表面；在电火花沉积设备上，将电极接入正极，金属基体接入负极，通电后调整相关工艺参数将电极与颗粒顶部接触；通过电极与颗粒导电膜之间脉冲放电生成热量熔化电极产生熔滴，滴落在陶瓷颗粒表面并将其包裹；陶瓷颗粒导电膜与金属基体之间脉冲放电熔化基体形成凹坑并将颗粒包裹；电极熔滴与基体熔化形成的熔滴相互熔合形成冶金结合的包裹层，完成陶瓷颗粒种植过程。本发明利用电火花脉冲放电的超快速、高能量密度的显微焊接冶金特性，获得陶瓷颗粒与基体冶金结合的磨料涂层，同时对基体的热影响极小。

技术领域

本发明涉及一种基于火花放电的陶瓷颗粒种植工艺，属磨料工具制备技术领域。

背景技术

磨料工具在工业领域具有重要作用。目前磨料工具按制备工艺主要分成三大类，即电镀磨料工具、钎焊磨料工具、烧结磨料工具等。电镀磨料工具以镍或镍合金作为镀层金属结合剂，具有电镀工艺简单、制备和使用方便、设备投入少、无需修整、精度高等优点，但是由于磨料与镀层金属之间仅存在机械镶嵌作用，镀层金属对磨料把持强度低,在重负荷高效磨削过程中容易因磨料脱落或镀层金属成片剥落而导致工具整体失效,如果采用增加镀层金属厚度方法提高对磨料的把持强度,会导致磨料出露高度和容屑空间减小,工具容易发生堵塞,散热效果很差,工件表面易烧伤。烧结磨料工具采用钴、铁、青铜、镍合金为主要胎体金属结合剂材料，但是由于磨料也只是被机械包埋在胎体金属中，胎体结合剂对金刚石磨料把持强度小，且工具出刃能力差，工具表面容易发生堵塞导致工件表面烧伤，修整修锐困难。钎焊磨料工具是利用高温钎焊的方法通过活性钎料、磨料、基体三者之间的化学和冶金反应实现牢固结合，确保对磨料的牢固把持。钎焊磨料工具是利用钎料中活性元素(例如Cr、Ti、Mo、W)与磨料形成化学冶金结合，从根本上改善了磨料与金属结合剂之间的结合强度，仅需将金属结合剂层厚度控制在磨料高度的20％～30％就能在重负荷的高效磨削中牢固地把持住磨料,大大提高了磨料的利用率和工具的使用寿命，磨料的裸露高度可达磨料自身高度的70％～80％，因而既提高了磨料的锋利性，又增大了容屑空间,砂轮不易堵塞,降低了磨削力、磨削比能和磨削温度。但是，高温钎焊还会对磨料(常用的如金刚石、立方氮化硼等)造成较大的热损伤，磨料的力学性能(强度、耐磨性)损失较大，导致钎焊磨料工具无法理想发挥其加工性能优势，因此，如何避免或者减少高温钎焊工艺对磨料造成的热损伤是今后的研究重点之一。

综上所述，目前磨料工具基本存在结合力较弱、制备过程对磨料产生热损伤等不足，需开发新的制备工艺以避免此类问题的发生，从而提升磨料工具的使用效果和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是，针对现有磨料工具制备过程存在的问题，为了提升磨料工具的使用效果和使用寿命，提出一种基于火花放电的陶瓷颗粒种植工艺。

本发明实现的技术方案如下，一种基于火花放电的陶瓷颗粒种植工艺，利用火花放电能量密度极高、冷却速度极快的特点，提出基于火花放电的陶瓷颗粒种植工艺。所述工艺在待种植陶瓷颗粒表面制备导电膜；将镀膜后的陶瓷颗粒按需求放置在金属基体表面；在电火花沉积设备上，将电极接入正极，金属基体接入负极，通电后调整相关工艺参数将电极与颗粒顶部接触；通过电极与颗粒导电膜之间脉冲放电生成热量熔化电极产生熔滴，滴落在陶瓷颗粒表面并将其包裹；陶瓷颗粒导电膜与金属基体之间脉冲放电熔化基体形成凹坑并将颗粒包裹；电极熔滴与基体熔化形成的熔滴相互熔合形成冶金结合的包裹层，将陶瓷颗粒固定在基体表面，完成陶瓷颗粒种植过程。

所述电火花沉积所用电极材料为导电性良好的金属材料，根据使用条件可选择MCrAlY、不锈钢、高温合金、铜合金、铝合金或钛合金；电极外形为圆柱形，直径3～10mm，长10～100mm。

所述电极由机械加工方法制备，包括线切割；所述电极材料取自铸造/锻造致密金属块料，或取自粉末冶金方法直接烧结或者烧结成的块料。

所述待种植陶瓷颗粒表面制备导电膜，采用的制备方法包括电沉积、PVD、磁控溅射或化学镀等镀膜工艺。