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1、 2016届毕业生毕业论文 题 目: 铝青铜结合剂磨具的研究 院系名称：材料科学与工程 专业班级：材料1204班 学生姓名： 陈倩倩 学 号： 201226911132 指导教师： 何方 教师职称： 教授 2016年 5 月 21 日II河南工业大学 毕业论文 摘要本课题是通过查阅文献制备一个铝青铜结合剂配方，并探寻其烧结工艺。实验采用的烧结方法是真空热压烧结。首先在二元Cu-Al中研究Al的含量对试样性能的影响，同时查阅文献选择烧结工艺，包括烧结温度、压强、保温时间等，通过对试样力学性能的检测、根据金属结合剂性能要求确定二元Cu-Al配方及烧结工艺。然后依次加入Fe、Ti、Ni元素，每加入一
2、种元素，在三个不同的温度下进行烧结，并改变相应的压强，然后检测硬度、抗弯强度等力学性能，进而得到结合剂配方和烧结工艺。最后加入金刚石进行烧结，检测其力学性能。通过实验和性能测试结果表明：每种元素在不同温度、不同含量下进行烧结，根据硬度选出最佳的含量配比为Cu77Al6Fe6Ti5Ni6，烧结温度为700，压强3.5MPa，最高温度保温五分钟。由Cu77Al6Fe6Ti5Ni6制备的结合剂试样强度和硬度都符合金属结合剂的力学性能要求，加入金刚石后硬度虽然有下降，但是强度和硬度都在性能要求范围之内。 关键词：铝青铜 热压烧结 抗弯强度 洛氏硬度 Title： Research on aluminu
3、m bronze bonded abrasive tool AbstractThis topic is to prepare an aluminum bronze bond formulation through consulting literature, and to explore its sintering process. The sintering method was adopted in the experiment.Firstly, the influence of the content of Al on the performance of the sample was
4、studied in two yuan Cu-Al, and the sintering process was selected, including sintering temperature, pressure, holding time and so on through consulting literature,Two yuan Cu-Al formula and sintering process were determined according to the performance requirements of the metal bond and by testing t
5、he performance of the test specimens.Then join the Fe, Ti, Ni elements in turn,each element is added to the three different temperatures for sintering, and the corresponding pressure is changed.then, the mechanical properties such as hardness and bending strength were measured, and the formula and s
6、intering process were obtained.The results of experiments and performance tests show that each element is sintered at different temperatures and different concentrations,the best content ratio is choosed according to the hardness,the sintering temperature is 700 degrees C, the pressure is 3.5MPa, th
7、e maximum temperature of heat preservation holds for five minutes.The strength and hardness of the bond asmples prepared by Cu77Al6Fe6Ti5Ni6 are consistent with mechanical properties of the metal bond,although the hardness of diamond is decreased, the strength and hardness are all within the range o
8、f performance requirements.Keywords: Aluminum Bronze Hot-pressing Sintering Bending Strength Rockwell Hardness目录1 引言11.1铝青铜概述11.2铝青铜结合剂磨具11.2.1金属结合剂金刚石磨具的分类11.2.2铝青铜结合剂概述11.2.3国内的铝青铜结合剂磨具研究现状21.2.4铝青铜结合剂磨具的应用21.3研究的目的与内容32 铝青铜结合剂的制备32.1 实验原料的确定32.2 实验设备52.3 烧结工艺64 实验过程94.1 工艺参数的设定94.2 实验步骤124.2.1原材料
9、准备124.2.2称料、混料、投料124.2.3热压烧结134.2.4试样的后期总结145 铝青铜结合剂的性能检测145.1 洛氏硬度的测定145.2抗弯强度的测定156 结果与讨论166.1数据的整理166.2 数据分析与总结226.3 断口形貌分析23结论27致谢28参考文献29V1 引言1.1铝青铜概述 铝青铜（Aluminum bronze），是指含铝量一般不超过11.5%，有时还加入适量的铁、镍、锰等元素，以进一步改善性能。铝青铜的强度比锡青铜高，抗高温氧化性也较好，用于强度比较高的螺杆、螺帽、铜套、密封环和耐磨的零部件，最突出的特点就是其良好的耐磨性。铝青铜一般分为简单铝青铜（即二
10、元Cu-Al合金）和复杂铝青铜（即以铜铝为基，添加Fe、Ni、Mn、Zn等元素的多元铜合金），由于简单铝青铜硬度、屈服比、耐磨性等性能的不足，所以其应用受到很大限制，复杂铝青铜有良好的综合力学性能，所以目前研究和使用的多为复杂铝青铜。1.2铝青铜结合剂磨具1.2.1金属结合剂金刚石磨具的分类金刚石磨具按结合剂分主要由四类：树脂结合剂、金属结合剂（专指烧结金属结合剂）、电镀金属结合剂、陶瓷结合剂。金属结合剂金刚石磨具，有两种基本的制造方法：烧结法和电镀法，这两种方法不仅仅用在制造金刚石磨具，还用于制造其它类型的金刚石工具，如钻头、锯片、修整工具等。金刚石磨具常用金属结合剂按其基本成分的金属或合金
11、种类，大致可分为以下几大类：铜基合金结合剂（青铜结合剂最常用）、钴镍合金结合剂、铁基结合剂、硬质合金为基的结合剂等。目前，铜基结合剂，特别是其中的青铜结合剂，广泛应用于制造金刚石磨具和玻璃切割锯片，其他几类结合剂，则主要用于制造地质钻头和石材锯片等类型的工具。1.2.2铝青铜结合剂概述 金刚石磨具，常用的金属结合剂有铁基、铜基、钴基等，并在金刚石磨具上得到了广泛应用，铝青铜结合剂在金刚石磨具应用上很少。 铝青铜结合剂是以铜铝为基，加入其他元素而得到符合力学性能的金刚石磨具。铝在结合剂中有对金刚石良好的润湿性、降低烧结温度、节约资源等优点，但是其强度大、粘度大，使得金刚石磨具自锐性差，磨削时易对
12、被磨削对象产生粘结，而且铝与金刚石热膨胀系数相差较大，并且容易氧化，在制作中可能会因此而破坏与金刚石的结合性能，进而影响使用，这也是限制其应用的主要缺陷。 1.2.3国内的铝青铜结合剂磨具研究现状 因铝在结合剂上的缺陷，所以铝基结合剂金刚石磨具在国内研究和应用较少。 70年代苏联在以铝基为结合剂的金刚石磨具上申请了专利参 考 文 献。孙毓超 1 MATIN PH, SMITH LM. Practical limitations to the influence of through-thickness normal stress on the sheet metal formabilityJ.
13、International of Plasticity,2005,21(4):671-690. 孙毓超.金属粘结剂对金刚石的润湿J.地质与勘探,1992(4):55-59.等人曾对铝铜镍稀土合金对金刚石的润湿性进行了探索，但是在实际的金刚石工具上并没有得到应用。梁建湘 梁建湘.一种金刚石制品添加剂P.发明专利: 99115582.3在其发明专利中提出，在添加剂中加入2% 4%的铝，可提高添加剂对金刚石的黏附性, 使金刚石不易脱落。吕建国 吕建国译法国专利, 超硬材料复合片及其制造方法J.金刚石与磨料磨具工程.1986(4):2729.译法国专利，在黏结层中加入占重量 0. 1%以上的铝，改善黏
14、结层的烧结性及黏结层与金刚石晶体间的亲和性。 1.2.4铝青铜结合剂磨具的应用 金属结合剂金刚石磨具的特点是：比树脂磨具结合力强，耐磨性高，它主要用于加工光学玻璃、半导体、陶瓷、宝石等非金属硬脆材料，通常用在粗磨、半精磨工序，尤其适于进行深磨、成型磨削等要求磨具形状保持性较好的加工场合。随着现代科技尤其是机械行业的快速发展，精磨和半精磨加工的磨具应用愈发广泛，铜基结合剂磨具的耐磨性在精磨方面较好，但是自锐性差，树脂结合剂则相反，这将对磨削效率和质量产生影响 王双喜,刘雪敬等.铝基金刚石磨轮在陶瓷加工中的应用J.金刚石与磨料磨具工程,2007,159(3):52-55.。铝基结合剂的烧成温度低，自锐性好，而且耐磨性好，在精磨上不仅有好的加工效果,而且可以节约能源和降低生产成本。对于陶瓷砖修边用的磨具，其所用结合剂大部分为树脂结合剂，修边轮有出刃好、锋利、修整陶瓷砖光滑等优点，但是硬度低，而且不耐热、使用寿命短、生产和使用中会挥发出很多有毒气体，会危害环境以及操作人员。王双喜 王双喜,刘雪敬等.铝基结合剂金刚石磨轮的制备N.陶瓷，2007-12（3）.等人针对铝基结合剂的优良性能，采用铝基材料作为结合剂做成
