1引言

树脂结合剂磨具是金刚石磨具中目前用量最大的一类，约占世界上金刚石磨具总量的60%左右。这类磨具广泛应用于加工硬质合金工件、刀具和陶瓷表面的抛光处理。金刚石树脂磨具的磨削特点，主要是磨削力和磨削热小、自锐性好、不易堵塞，加工效率高，加工表面光滑度高，磨具易修整。

但是由于树脂结合剂的耐热性差，对金刚石的把持力小，使得树脂结合剂磨具的使用寿命较低，使用受到了一定的限制。为了提高树脂结合剂磨具的寿命，通常采用两种方法进行改进。一种方法是尝试新树脂或者对现有树脂进行改性，以提高树脂的耐热性;另一种方法是对金刚石进行镀覆，以提高树脂对金刚石的把持力。

金刚石工业上已经规模化生产的是镀覆金属镀层如钛、镍等，镀层可以有效提高磨料与结合剂的结合强度。镀覆金属层可以和金属结合剂形成冶金结合，目前已应用于金属结合剂金刚石磨具。然而，由于金属镀层与树脂亲和性较弱，镀覆金属镀层表面光滑，难以和树脂结合剂形成更牢固的机械结合，最新研制成功的超硬磨料表面涂覆刚玉的技术很好地解决了这一问题。利用对超硬磨料和刚玉具有良好润湿特性的低熔玻璃作为粘结相将微细刚玉颗粒涂覆在磨粒表面，形成一刚玉涂层。这种刚玉镀层不仅具有良好的耐热性，而且具有粗糙表面，可与树脂结合剂形成更为牢固的机械咬合。因此刚玉镀覆金刚石在树脂磨具中具有良好的应用前景。

镀覆金刚石在金属结合剂和陶瓷结合剂的磨具中应用的研究较多，但镀覆金刚石在树脂结合剂中的应用研究却鲜有报道。本文通过对无镀层金刚石、镀覆刚玉金刚石和金属钛镀层金刚石树脂结合剂磨具性能进行对比，研究镀覆种类对树脂结合剂磨具的锋利性、耐用性及力学性能以及对树脂结合剂的结构和致密度的影响，探讨了在树脂结合剂金刚石磨具中，金属镀层和无机物镀层的各自优势，并找到适合的应用前景。

2实验

2.1 原材料和设备

磨料：金刚石，粒度100/120，编号A；镀覆钛金刚石，编号B，钛层质量分数56%；镀覆刚玉金刚石，编号C，刚玉镀层质量分数56%；和图1对应。结合剂：酚醛树脂；填料：氧化铬；碳化硅微粉；冰晶石；C2合金粉。

2.2 实验方法

采用对比实验的方法，配方中金刚石、酚醛树脂、氧化铬、合金粉、冰晶石的含量保持不变，镀层重量分数一致，镀层增加含量在碳化硅中相应减少。进行三组实验，考察不同镀层对磨轮磨削性能的影响。根据以往实验数据和生产经验，确定磨料的浓度为18.72 vol%，树脂结合剂浓度为40.00 vol%。三组实验配方表见表1。

2.3 试样的制备

根据表1数据，精确称量配料，每一配方按12个试样投料，用相同的压制工艺条件下在Y33G-200T树脂成型热压机压制成尺寸为11mm×7mm×35mm的长方体试样。压制烧结后，按表2给定的热工制度对试样进行二次固化，二次固化在电热干燥箱中进行。

3结果与讨论

3.1 原料金刚石的显微结构分析

对实验所用的各种金刚石原料采用JSM-6360V扫描电镜(SEM)进行显微结构分析。图1是1^#、2^#、3^#配方试样中所用的A、B、C金刚石的显微影像。

由图1可以看出未镀覆金刚石A表面光滑，有少量气孔和缺陷，和树脂结合剂的浸润性不好。镀覆钛层的金刚石B，表面比A粗糙，浸润性略有改善，并且镀层对裂纹进行填补。镀层可以提高磨料颗粒抗破碎强度，也可以对磨粒起隔离保护作用。镀覆刚玉的金刚石C，表面粗糙，比表面积增大较多。和树脂结合剂的浸润性大为改善，可以有效提高树脂对金刚石的把持力。由于刚玉导热性比金刚石差，磨削过程中产生的热量通过镀层传递出来，镀层可以有效减缓对树脂结合剂的热脉冲。

3.2 试样力学性能分析

金刚石磨具的力学性能，是很重要的一个参考指标。良好的力学性能可以大大改善磨具在使用过程中的断裂和掉块现象，从而保证磨具的使用性能。

每个配方随机选取3根试样(标注①②③)，采用珠海三思试验设备公司制造的CMT-4303电子万能试验机测定抗弯强度，其测试结果见下表3。由表3可以看出，2^#和3^#配方试样抗弯强度较1^#试样有了较大幅度提升。镀覆镀层的金刚石由于表面浸润性的改善、比表面积的增大，可以和树脂结合剂形成更好的机械嵌合，从而提高试样的抗弯强度。镀覆后的配方试样，具备更好的力学性能，可以保证磨具在使用过程中极少发生断裂和掉块现象。

3.3 试样磨削性能实验分析

从每一组配方中任意选择6根试样，在磨削比测定仪上进行磨削比测试，磨耗对象为棕刚玉砂轮150×20×32 A46P5V(南京弘腾磨料磨具有限公司生产)。磨削比测定仪参数设置如下：磨削线速度30m/s，加载压力2N，测试时间100s。每条试样均测试2次，每次测试前用气枪吹净棕刚玉砂轮，测试结果如表4所示。

取磨削完的三组试样，对磨削面利用JSM-6360V扫描电镜(SEM)分析其断面显微结构。三种配方试样的显微结构如图2所示。

表4是三种配方试样的磨削比测试结果，试样平均消耗速率为磨具耐磨性，砂轮平均消耗速率为磨具锋利性，磨削比为砂轮平均消耗速率和试样平均消耗速率的比值。由表4数据可以看出未镀覆的1^#试样耐磨性好，但是锋利性太差，磨削比较小。这是因为酚醛树脂结合剂对未镀覆的金刚石把持力较小，金刚石过早脱落如图2中1^#所示，磨削面主要是结合剂和砂轮接触。2^#配方镀覆了钛层的试样，由于增大了把持力，金刚石脱落情况得到改善，在磨削时金刚石发挥主要作用，锋利性得到较大提高，这种磨具适用于生产线前端的粗磨。3^#配方镀覆了刚玉的试样，刚玉呈凸起状，极大地提高了比表面积，树脂结合剂对金刚石的把持效果最好。如图2中3^#所示，磨削面的金刚石脱落比例最小。虽然刚玉镀层覆盖了金刚石的棱角，使得磨具的锋利性有所下降，但是镀层增加了颗粒表面的粗糙度，提高了金刚石与树脂的结合强度。从表4结果来看，有利因素占据主导地位，磨削比得到极大提升，这种类型的磨具适用生产线后端的精磨。

图3为三种配方磨削面中金刚石周围酚醛树脂的显微结构图，由图中可以看出1^#配方中酚醛树脂没有对金刚石形成保护性包裹，2^#和3^#配方中的酚醛树脂对金刚石形成有效包裹，并且金刚石附近的结构致密，远离金刚石的结构疏松。这是由于粗糙的镀层表面和树脂结合剂形成了更好的机械结合，所以表面最为粗糙的3#配方效果更为明显。这种结构有助于提高对金刚石的把持力，并且有利于散掉磨削时产生的热量减少对树脂结合剂的热冲击。

图4为三种配方试样磨削比对比直方图。由图可以看出，镀覆金刚石的使用可以有效提高磨具的磨削比。金刚石表面镀覆刚玉涂层，在保留镀覆钛层优点的同时，还可以提高树脂结合剂的机械把持力，提高磨具的锋利性。在保证磨具使用寿命的同时，又能提高树脂结合剂磨具的自锐性，提高了磨削效率。相比镀覆金属涂层，镀覆刚玉涂层优势明显且价格低廉，是金刚石镀覆工业化生产的一个方向，应该会占据相当大的市场份额。

综上：镀覆刚玉镀层进一步提高树脂和金刚石的机械结合力，保证使用寿命的同时，兼顾了树脂磨具的自锐性。镀覆刚玉成本低廉，是金刚石镀覆工业化生产的一个方向。

4结论

（1）在金刚石、酚醛树脂、氧化铬、合金粉、冰晶石的组分含量保持不变的前提下，对金刚石进行表面镀覆处理可以明显提高磨具的磨削比，提高磨具的磨削效率，并且可以提高试样的抗弯强度等力学性能，降低磨具使用成本；

（2）使用镀覆刚玉镀层金刚石的磨具，磨削比可以达到4.074。相比于使用普通金刚石的磨具的2.878提高了41.6%。相比于使用镀覆钛层的金刚石磨具的3.460提高了17.7%；

（3）使用镀覆刚玉镀层金刚石的磨具，试样的消耗速率较小为0.0163 g/s，耐磨性好，适用于精磨。使用镀覆钛层金刚石的磨具，砂轮的消耗速率最大，达到0.0775 g/s，锋利性最好，适用于粗磨；

（4）对金刚石进行表面镀覆可以影响到热压后酚醛树脂结合剂的结构和致密度，并且表面更粗糙的刚玉镀层影响更大。靠近金刚石的酚醛树脂更为致密，对金刚石形成保护性包裹，远离金刚石的酚醛树脂更为稀疏，有利于散热。