[发明专利]一种硬脆材料表面增韧剂及其应用

说明书

本发明公开了一种硬脆材料表面增韧剂，由溶质、稀释剂、固化剂和促进剂制成，溶质与稀释剂的质量比为1:0.5～5；溶质与促进剂的质量比为100:1～3；溶质与固化剂的质量比为2～50:1；溶质选自环氧树脂、酚醛树脂等；稀释剂选自无水乙醇或/和乙醚；固化剂选自聚酰胺树脂、二乙烯三胺、碳酸丙烯酯等；促进剂选自DBU或/和Thiol‑30L。本发明还公开了其在抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤中的应用。本发明的硬脆材料表面增韧剂，在硬脆材料的表面渗透深度可达10～40μm，可使硬脆材料的硬度降低25％～30％，具有渗透能力强、润湿性能好、固化速度快等特点，可大幅度减轻硬脆材料边缘的崩碎损伤程度，还可提升硬脆材料的整体加工质量、加工效率。

技术领域

本发明涉及一种硬脆材料表面增韧剂，及其在抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤中的应用，属于硬脆材料磨削加工领域。

背景技术

硬脆材料由于优异的性能受到工程技术人员的青睐，但其高硬度、高脆性也给其机械加工带来了极大的困难，成为束缚其在航空、航天、汽车、军工领域得以广泛应用的瓶颈。当前，硬脆材料加工工艺的80％是采用金刚石工具进行磨削加工。在磨削过程中，当金刚石工具突然接触或离开工件时，极易在工件的边缘产生崩碎损伤。崩碎损伤随机性大，难于控制，它不但破坏原件的几何精度，增加加工成本，还极易导致元件在服役过程中突然失效。减轻或消除硬脆材料磨削过程中的崩碎损伤对提高元件的加工品质、降低加工成本具有重要意义。

当前，控制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法大致可以归结为三类：一是优化磨削参数，通过优化砂轮特性、磨床性能、磨削参数等因素，获得最佳的工件边缘；二是在磨削过程中使用氧乙炔、激光或者微波对硬脆材料表层进行加热，软化材料表层，降低硬度，提升机械加工性能。三是在工件的边缘施加一定程度的压应力来抵消砂轮离开工件时工件边缘承受的拉应力，以此抑制崩碎损伤。

上述三类方法与研究成果减轻了硬脆材料磨削过程中的崩碎损伤程度，提高了加工品质，但这些方法都是从材料去除机理的角度通过控制工艺参数来降低崩碎损伤程度。事实上，硬脆材料的失效往往始于表面或近表面处的缺陷，其表层断裂强度是影响崩碎损伤产生的关键因素。通过改善硬脆材料磨削过程中的表层断裂韧性，提高材料自身抵抗裂纹扩展的能力，是从源头上减轻甚至消除崩裂损伤的新思路。

中国发明专利CN 110064974 B公开了一种采用表面增韧抑制硬脆材料磨削加工崩裂损伤的方法，其增韧剂由溶质和稀释剂配制而成，其溶质选自酚醛树脂、甘油酯树脂、乙烯树脂、环氧树脂，该增韧剂在硬脆材料表面边缘的渗透深度可达3～5μm，可以大幅度减轻硬脆材料磨削时边缘产生的崩碎损伤，提高硬脆材料的加工质量。但其仍有较大的改进余地。

发明内容

针对上述现有技术，针硬脆材料的加工质量对硬脆材料磨削过程中的崩碎损伤难题，在CN 110064974 B的基础上，本发明提供了一种硬脆材料表面增韧剂，及采用该增韧剂抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法，用以控制硬脆材料磨削加工时的边缘损伤质量。本发明是通过实时改善硬脆材料磨削过程中的表层断裂韧性，提高材料自身抵抗裂纹扩展的能力，从而减轻甚至消除硬脆材料崩碎损伤，具有成本低廉、工艺简单、便于装夹，易于推广的优点，特别适合于硬脆材料的精密超精密加工。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硬脆材料表面增韧剂，由溶质、稀释剂、固化剂和促进剂制成，其中，溶质与稀释剂的质量比为1:0.5～5，优选1:0.8～1.0，更优选1:1；溶质与促进剂的质量比为100:1～3，优选100:3；溶质与固化剂的质量比为2～50:1，具体取决于参与化学反应的物质的量。

所述溶质选自环氧树脂、酚醛树脂、空气干燥型甘油酯树脂、乙烯树脂中的任意一种或两种以上。

所述稀释剂选自无水乙醇或/和乙醚。

所述固化剂选自聚酰胺树脂、二乙烯三胺、碳酸丙烯酯、DMP-30(中文名：2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚)中的任意一种或两种以上。