立方氮化硼表面复合处理方法、立方氮化硼磨粒、应用

[0001] 本发明涉及材料表面处理技术领域，具体是一种立方氮化硼表面复合处理方法、立方氮化硼磨粒、应用。

[0002] 立方氮化硼作为一种人工合成的新型材料，具有很高的硬度，耐磨性好，还具有热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，在机械加工行业有着广泛的应用。

[0003] 其中，采用立方氮化硼制备的立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提高工件的磨削质量，因此，立方氮化硼对于磨削加工技术具有重要意义。

[0004] 但是，以上的技术方案在实际使用时存在以下不足：立方氮化硼单晶一般为不规则形状，在用立方氮化硼为原料制作的砂轮等工具时，如果立方氮化硼表面未加处理，在砂轮工作过程中会造成立方氮化硼颗粒从砂轮上脱落现象发生，这样不仅会造成立方氮化硼的浪费，也降低了砂轮的使用寿命。

[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种立方氮化硼表面复合处理方法，以解决上述背景技术中提出的现有立方氮化硼磨具存在易发生立方氮化硼颗粒脱落现象的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种立方氮化硼表面复合处理方法，包括以下步骤：
1）将立方氮化硼中加入氢氧化钠和氢氧化钾混合均匀，再放入钛合金锅内，然后将钛合金锅放入坩埚炉内，温度设定在300-400℃进行保温1-4 h，得到混合物料；
2）将上述钛合金锅内的混合物料取出，用纯净水冲洗至中性，然后再将冲洗后的混合物料置于不锈钢盘内并放入超声波清洗机内进行超声清洗15-25min，烘干，得到清洗后的立方氮化硼，备用；
3）利用磁控溅射原理，在所述的清洗后的立方氮化硼表面磁控溅射以覆盖一层钛膜，得到覆盖钛膜的立方氮化硼；
4）在所述的覆盖钛膜的立方氮化硼表面利用化学沉积方法进行镀镍（镀一层镍），得到立方氮化硼磨粒。

[0007] 本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的立方氮化硼表面复合处理方法制备得到的立方氮化硼磨粒。

[0008] 本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的立方氮化硼磨粒在磨具加工中的应用。

[0009] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实施例提供的立方氮化硼表面复合处理方法通过加热、清洗、覆盖钛膜、镀镍等步骤得到立方氮化硼磨粒，可以使立方氮化硼磨粒与结合剂具有超强结合能力和胡侵性，使用此形状的立方氮化硼制成的砂轮可以提高砂轮的使用寿命；另一方面，镀镍层的内表面完整地紧密地包裹着立方氮化硼磨粒，使得镀层与磨粒的机械结合强度远高于金属或树脂与磨料压制成型的结合强度，与此同时，由于内部钛层金属是以原子状态沉积于立方氮化硼磨粒表面，与表面结合很紧密，所以在砂轮使用中基本不会造成立方氮化硼颗粒的脱落，可以大大提高立方氮化硼的有效性，提高了砂轮的寿命，降低了生产费用，解决了现有立方氮化硼磨具存在易发生立方氮化硼颗粒脱落现象的问题，具有广阔的市场前景。

[0010] 图1为本发明一实施例提供的覆盖钛膜的立方氮化硼的光学显微镜图片。

[0011] 图2为本发明一实施例提供的立方氮化硼磨粒的光学显微镜图片。

[0012] 图3为本发明另一实施例提供的覆盖钛膜的立方氮化硼的光学显微镜图片。

[0013] 图4为本发明另一实施例提供的立方氮化硼磨粒的光学显微镜图片。

[0014] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。本发明只是一种全新的立方氮化硼表面复合处理的方法和工艺，部分内容采用标准设备或已有技术，不存在原创性问题，即本发明中未涉及部分均可以采用现有技术来实现，这里并不作赘述。

[0015] 本发明实施例提供的一种立方氮化硼表面复合处理方法，包括以下步骤：1）将立方氮化硼中加入氢氧化钠和氢氧化钾混合均匀，再放入钛合金锅内，然后将钛合金锅放入坩埚炉内，温度设定在300-400℃进行保温1-4 h，得到混合物料；
2）将上述钛合金锅内的混合物料取出，用纯净水冲洗至中性，然后再将冲洗后的混合物料置于不锈钢盘内并放入超声波清洗机内进行超声清洗15-25min，烘干，得到清洗后的立方氮化硼，备用；
3）利用磁控溅射原理，在所述的清洗后的立方氮化硼表面磁控溅射以覆盖一层钛膜，得到覆盖钛膜的立方氮化硼；
4）在所述的覆盖钛膜的立方氮化硼表面利用化学沉积方法进行镀镍（镀一层镍），得到立方氮化硼磨粒。

[0016] 作为本发明的另一优选实施例，在所述的立方氮化硼表面复合处理方法中，还包括选料的步骤，所述选料是选择表面干净无杂质的立方氮化硼单晶（单晶体的立方氮化硼），具有一定的重量（具体重量根据需求进行选择，这里并不作限定重量，以设备利用率较高为宜），所述立方氮化硼的颗粒尺寸在0.02mm至0.9mm。

[0017] 作为本发明的另一优选实施例，在所述的立方氮化硼表面复合处理方法中，具体的，用氢氧化钠和氢氧化钾混合和上步的立方氮化硼充分混合，三样物品的质量百分比含量为氢氧化钠（20-30wt%）氢氧化钾（10-30wt%）立方氮化硼（40-70wt%），具体含量需要根据不同粒度和型号进行配比，凡是在上述范围皆在本发明保护范围之内。

[0018] 作为本发明的另一优选实施例，所述磁控溅射采用的磁控溅射机为现有的标准设备（本发明使用的磁控溅射机功率最大为10kW（千瓦）），磁控溅射覆盖在所述的清洗后的立方氮化硼上面的钛膜具有非常强的结合力。

[0019] 作为本发明的另一优选实施例，所述磁控溅射采用的基体为钛板，所述磁控溅射一般采用的功率为3-6kW，最大是10kW，真空度一般保持在0.3Pa以下。

[0020] 进一步的，设定好相应的参数后，根据需要一般保持磁控溅射机工作4-20h，完成后将覆盖钛膜的立方氮化硼物料取出以便后面使用。

[0021] 作为本发明的另一优选实施例，在所述的立方氮化硼表面复合处理方法中，在进行镀镍前还包括将所述的覆盖钛膜的立方氮化硼进行敏化与活化的步骤。

[0022] 作为本发明的另一优选实施例，所述敏化是将所述的覆盖钛膜的立方氮化硼置于SnCl2溶液中进行敏化处理，所述活化是在敏化后进行水洗，再置于PdCl2溶液中进行活化处理。

[0023] 作为本发明的另一优选实施例，在所述的立方氮化硼表面复合处理方法中，所述镀镍的反应温度一般为60-85℃。

[0024] 进一步优选的，所述的立方氮化硼表面复合处理方法具体包括以下步骤：1）选择表面干净无杂质的立方氮化硼（立方氮化硼是单晶体）作为立方氮化硼，立方氮化硼具有一定的重量（具体重量根据需求进行选择，这里并不作限定重量，以设备利用率较高为宜），所述立方氮化硼的颗粒尺寸在0.02mm至0.9mm；
2）将立方氮化硼中加入氢氧化钠和氢氧化钾混合均匀，再放入钛合金锅内，然后将钛合金锅放入坩埚炉内，温度设定在300-400℃进行加热保温1-4 h，得到混合物料；具体的，用氢氧化钠和氢氧化钾混合和上步的立方氮化硼充分混合，三样物品的质量百分比含量为氢氧化钠（20-30wt%）氢氧化钾（10-30wt%）立方氮化硼（40-70wt%），具体含量需要根据不同粒度和型号进行配比，凡是在上述范围皆在本发明保护范围之内；
3）将上述钛合金锅内的混合物料取出，用纯净水冲洗至中性，然后再将冲洗后的混合物料置于不锈钢盘内并放入超声波清洗机内清洗15-25min，烘干，得到清洗后的立方氮化硼，备用；
4）利用磁控溅射原理，在所述的清洗后的立方氮化硼表面磁控溅射以覆盖一层钛膜，得到覆盖钛膜的立方氮化硼；所述磁控溅射采用的磁控溅射机为现有的标准设备（本发明使用的磁控溅射机功率最大为10kW（千瓦）），磁控溅射覆盖在所述的清洗后的立方氮化硼上面的钛膜具有非常强的结合力；进一步的，所述磁控溅射采用的基体为钛板，所述磁控溅射采用的功率为3-6kW，最大是10kW，真空度一般保持在0.3Pa以下；再进一步的，设定好相应的参数后，根据需要一般保持磁控溅射机工作4-20h，完成后将覆盖钛膜的立方氮化硼物料取出以便后面使用；
5）将所述的覆盖钛膜的立方氮化硼进行敏化与活化的步骤，所述敏化是将所述的覆盖钛膜的立方氮化硼置于SnCl2溶液中进行敏化处理，所述活化是在敏化后进行水洗，再置于PdCl2溶液中进行活化处理；
6）将活化处理过的立方氮化硼置于水浴锅内，水浴温度60-85℃，利用化学沉积方法进行镀镍（镀一层镍），具体是加入配好的化学镀液（可以采用现有的镀镍溶液，一般以硫酸镍、乙酸镍等为主盐，次亚磷酸盐、硼氢化钠、硼烷、肼等为还原剂，再添加各种助剂，具体根据需求进行选择，这里并不作限定）反应30-90min，最后将物料冲洗至中性，低温烘干，得到立方氮化硼磨粒。