涂附磨具行業(yè)概況及現(xiàn)狀

　　涂附磨具用粘結劑把磨料粘附在可撓曲的基體（布或紙等）上制成的磨具。磨料是一種具有高硬度和一定機械強度的顆粒材料，是用于制造磨具或直接用于研磨和拋光。作為一種磨料必須具備的基本特性，一般來說，應滿足以下五個方面的要求：

　　1． 較高的硬度

　　磨料的硬度必須高于被加工對象的硬度，否則，無法實現(xiàn)磨削加工的要求。

　　2． 適度的抗破碎性及自銳性

　　磨料要有適當?shù)目蛊扑樾约白凿J性，在磨削過程中，磨粒承愛以著抗壓、抗折、抗沖擊等應力，如其抗破碎性太低，磨削時磨粒很快破裂，難以進行有效的磨削：反之，磨粒變鈍后也不破碎，不能出現(xiàn)新刃，使磨削無法繼續(xù)進行，因此，要求磨粒磨鈍后，在磨削應力的作用下，自行破碎，露出新的鋒利刀刃，使磨削過程持續(xù)進行。

　　3． 磨料應具有良好的熱穩(wěn)定性

　　磨具工作時，常常會產(chǎn)生大量的熱，局部可以達到較高的溫度作為一種磨料在高溫狀態(tài)下應能保持一定的硬度和強度。例如，金剛石的常溫硬度最高，但超過800℃就會碳化變?yōu)槭?，其硬度和強度急劇下降，這就在一定程度上，限制了金剛石的應用。

　　4． 磨料應具有一定的化學穩(wěn)定性

　　磨料與被加工對象不易產(chǎn)生化學反應。長期的實踐表明，磨削并不是單純的機械過程，其中存在一定的化學反應。例如用碳化硅磨料加工鋼材時，會發(fā)生下列反應：

　　SiC（固）+4Fe（液）→FeSi（固）+Fe3C（固）

　　由于磨料與被加工對象發(fā)生化學反應，使磨料固有的機械性能發(fā)生變化，從而影響了磨削效果。

　　5． 便于加工成不同大小的顆粒

　　由于磨削加工是利用磨具表面許多顆粒所構成的切削刃來進行的，因此，要把磨料加工成所需要的粒度。有些物質，如硬質合金，雖然硬度高，但由于它的韌性較大，與磨料相比難以加工成顆粒狀，因此，不適宜制造磨料。

　　下面就磨料的種類、制造方法、性能及特殊的處理方法作一簡要介紹。

　　磨料的種類

　　磨料可以分為天然磨料和人造磨料兩大類。

　　一、 天然磨料

　　自然界一切可以用于磨削或研磨的材料統(tǒng)稱為天然磨料。常用的天然磨料有以下幾種：

　　1． 金剛石

　　金剛石是目前已知最硬的物質，其顯微硬度為98.59Gpa。金剛石是碳的同素異型體，主要成份是碳，另外還含有0.02~4.8%的雜質，比重為3.15~3.53g/cm3。其產(chǎn)地非常有限，不但價格昂貴，而且極為缺乏。

　　金剛石因含雜質的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等，脆性較大，易沿結晶面裂開，結晶越大抵抗外力的作用越強，金剛石的計量單位是克拉，1克拉=0.2g。

　　天然金剛石作為磨料主要用途有兩個方面：

　?。?） 用于修整砂輪；

　?。?） 磨削和研磨難加工材料（如硬質合金、寶石、玻璃、石料等）。

　　2． 天然剛玉

　　天然剛玉的主要礦物成份為α——Al2O3，其顯微硬度為20.58Gpa，比重為3.93~4.00g/cm3。自然界存在的天然剛玉主要有以下三種：

　?。?）優(yōu)質剛玉（俗稱寶石）有藍寶石（含鈦）、紅寶石（含鉻）等；

　?。?）普通剛玉，呈黑色或棕紅色；

　?。?）金剛砂，可分為綠寶石金剛砂和褐鐵礦金剛砂，它是一種集合晶體，硬度較低。

　　在上述三種天然剛玉中，第一種主要用于首飾，而后二種可以作為磨料，用來制造砂輪、油石、砂紙、砂布或微粉、研磨膏等。

　　3．石榴石

　　石榴石的晶形較好，顯微硬度為13.33Gpa。屬于石榴石的礦物種類很多，但適合于作磨料的僅有鐵鋁石榴石一種，其礦物組成這：3FeO.Al2O3.3SiO2，含量不低于85~90%。

　　4。石英

　　石英的化學成份為SiO2，常夾雜有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。顯微硬度為8.04 Gpa，可用作磨料的石英礦有脈石英、石英巖及石英砂等。

　　隨著科學技術的發(fā)展，人造磨料的品種已達幾十種之多，天然磨料由于自身的缺陷，已被越來越多的人造磨料所取代，目前除了天然金剛石、石榴石外，其它種類的天然磨料用量甚微。

　　二、 人造磨料

　　人造磨料分剛玉系列、碳化物系列、超硬系列等幾大類?，F(xiàn)將各類磨料的簡要制造方法、特性及磨削對象分別敘述如下。

　　1． 剛玉系列人造磨料

　　屬于剛玉系的人造磨料有棕剛玉、白剛玉、鋯剛玉、微晶剛玉、單晶剛玉、鉻剛玉、鐠釹剛玉、黑剛玉及礬土燒結剛玉等。

　?。?）棕剛玉（A）

　　棕剛玉是以鋁礬土、無煙煤和鐵屑為原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成。在冶煉過程中，無煙煤中的碳將礬土中的氧化硅、氧化鐵和氧化鈦等雜質還原成金屬，為些金屬結合在一起成為鐵合金，由于其比重較剛玉熔液大而沉降至爐底與剛玉熔液分離。僅有少量的雜質夾雜在剛玉熔快中。

　　棕剛玉的主要礦物成份為物理剛玉，三方晶系，少量的礦物雜質有：硅酸鈣、鈣斜長石、富鋁紅柱石（又稱莫來石）、鈦化物、玻璃體及少量鐵合金等。

　　棕剛玉的抗破碎能力較強，抗氧化、抗腐蝕，具有良好的化學穩(wěn)定性，是一種用途廣泛的磨料。適用于磨削抗張強度高的金屬材料，如普通碳素鋼、硬青銅、合金鋼的細磨和精磨，磨加工螺紋和齒輪等，白剛玉還可用于精密鑄造及高級耐火材料。

　?。?）鉻剛玉（PA）

　　鉻剛玉的冶煉工藝與白剛玉相同，只是在冶煉過程中加入一定量的氧化鉻，呈淺紫色或玫瑰色。

　　鉻剛玉中由于引入Cr3+改善了磨料的韌性，其韌性較白剛玉高，而硬度與白剛玉相近，用于加工韌性較大的材料時，其加工效率比白剛玉高，并且工件表面的光潔度也較好，鉻剛玉適應于加工韌性高的淬火鋼、合金鋼、精密量具及儀表零件等光潔度要求較高的工件。

　?。?）微晶剛玉（MA）

　　微晶剛玉所采用的原材料及冶煉方法與棕剛玉基本相同，在停爐后立即把熔液通過流放或傾倒的方法倒入枝模子內(nèi)急速冷卻（一般在30分釧以內(nèi)），因而得到微細結晶的集合體。

　　微晶剛玉在冶煉過程中，雜質的還原程度較差，Al2O3含量為94~96%，晶體尺寸一般在80~300微米，晶體占57~85%，最大晶體尺寸不超過400~600微米。它具有強度高，韌性較大的特點。適用于重負荷磨削，可以磨削不銹鋼、碳素鋼、軸承鋼以及特種球墨鑄鐵等材料，由于磨粒在磨削過程中呈微刃破碎狀態(tài)，也被用于精密磨削甚至鏡面磨削。

　?。?）單晶剛玉（SA）

　　單晶剛玉是以礬土、無煙煤、鐵屑和黃鐵礦為原材料，在電弧爐內(nèi)共熔，礬土中的氧化鐵、二氧化硅和氧化鈦先后被還原并組成鐵合金從熔液中沉降至爐底。一小部分氧化鋁與碳、硫化亞鐵起復分解反應，生成少量的硫化鋁填充在單晶顆粒之間，當熔塊冷卻后放入水中時，硫化鋁被溶解，而被硫化鋁隔開的單晶剛玉即可分散開成為自然粒度的磨料。

　　單晶剛玉呈灰白色，其顆粒形狀多為等積形，晶體內(nèi)不含雜質，具有多棱角的切削刃，在同樣的磨削力作用下，所形成的力矩小于其它磨料，因此它不易折碎，機械強度較高，單顆?？箟簭姸葹?2~38kg，而棕剛玉僅為10~20kg。單晶剛玉由于有較高的硬度和韌性，所以切削能力較強，可用來加工工具鋼、合金鋼、不銹鋼、高鋇鋼等韌性大、硬度高的難磨材料。

　?。?）鋯剛玉（ZA）

　　鋯剛玉是以鋁氧粉和鋯英石為原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成，整個過程基本上是一個熔化再結晶的過程。它是一種由α——Al2O3，與ZrO2組成的共晶集合體，在冶煉過程中應盡可能使兩種結晶相互交錯構成微晶型晶體。

　　鋯剛玉適用于高速重負荷磨削，可荒磨鑄鐵、鑄鋼、合金鋼和高速鋼等，特別適合于鈦合金、耐熱合金、高釩鋼、不銹鋼的磨加工。

　?。?）鐠釹剛玉（NA）

　　鐠釹剛玉的制造工藝與白剛玉相似，其差異是在冶煉過程中加入約0.175%的鐠釹富集物（氧化鐠、氧化釹、氧化鑭）。大量的磨削試驗證明其磨削性能優(yōu)于白剛玉，適用磨削不銹鋼、高速鋼、球磨鑄鐵、高錳鑄鋼及某些耐熱合金等。

　?。?）黑剛玉（BA）

　　黑剛玉的冶煉方法與棕剛玉相同，是以三水鋁礬土為原料，加少量還原劑，經(jīng)溶煉而成，其耗電量約為棕剛玉的三分之二。呈黑色，主要化學成分：Al2O3不低于77%，SiO2含量為10~12%，F(xiàn)e2O3含量為7~10%，TiO2約為3%，比重不小于3.61.

　　黑剛玉具有很好的自銳性，磨削時發(fā)熱量少，加工件的光潔度較好，適用于零件電鍍前底面拋光，鋁制品和不銹鋼的拋光，也可用于拋光光學玻璃、加工木材等。由于它的親水性好，可用在制造砂紙、砂布和樹脂磨具，還可以作研磨膏和拋光粉。黑剛玉由于鐵含量高，因而不宜用于制造陶瓷磨具。

　　（9）礬土燒結剛玉

　　礬土燒結剛玉是唯一不用電爐冶煉的剛玉，它是用優(yōu)質熟礬土（Al2O3含量85%以上）經(jīng)濕法球磨至3微米的微粒料漿（球磨時應加粘結劑），再經(jīng)壓濾成型為各種幾何形狀的磨粒，在1500℃下燒結。有關更多涂附磨具的行業(yè)資訊信息請查看中國報告大廳的涂附磨具行業(yè)深度分析及“十三五”發(fā)展規(guī)劃指導報告。

　　礬土燒結剛玉的主要化學成份是：Al2O3（85~88%）、SiO2（3~4%）、TiO2（3.5~4.5%）、 Fe2O3（5.6~6.5%）。它具有α——Al2O3微晶結構，韌性高，可承受較大的磨削壓力而不至于破碎，并能切削較厚的金屬層，橫向進給可高達 6mm以上。磨料的形狀可制成各種柱形體，這是所有磨料中唯一的特例，適用于重負荷荒磨。

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