等离子熔融金属微液滴与硬质磨料强制结合快速冷凝制备磁性磨料的机理与工艺研究

Magnetic grain grinding and polishing is a very effective surface finishing technology, but due to the poor performance of the existing magnetic abrasive materials, it restricts the promotion and application of this technology in the industrial field, and has become a key problem to be solved urgently. This project proposes a new method of “combination of plasma molten metal micro-droplets with hard abrasives and rapid cooling solidification to prepare magnetic abrasives”. The principle of this method to prepare magnetic abrasives is as follows: First, the metal powder is melted into metal droplets by plasma, and then the hard abrasive is injected into the metal micro-droplets and rapidly condensed to obtain high-performance magnetic abrasives. Through perturbation and energy methods and high-speed dark-line photography, the project will study the process of fragmentation, agglomeration and bonding of metal droplets, and the solidification process during the preparation of magnetic abrasives. The geometry and internal structure of magnetic abrasives with an electron microscope will be analyzed. Thus, the mechanism for preparing magnetic abrasives by this method will be revealed. A number of methods will be obtained to avoid fragmentation or agglomeration of metal microdroplets, to control the escape of hard abrasive particles from the metal microdroplets, and to improve the bonding properties of the metal matrix with the hard abrasive. Through experimental and theoretical research, the project will discover and solve the key scientific and technical problems in the preparation method of magnetic abrasives, study its internal mechanism and laws, and provide theoretical basis for the practical application of this magnetic abrasive preparation method.

磁粒研磨抛光是一种非常有效的表面光整加工技术，但由于现有磁性磨料的性能差，限制了该技术在工业领域的推广应用，成为亟待解决的关键问题。本项目提出了“等离子熔融金属微液滴与硬质磨料强制结合快速冷凝制备磁性磨料”的新方法。该方法首先用等离子体将金属粉末熔融成金属微液滴，再将硬质磨料射入金属微液滴中并快速冷凝，从而制备高性能的磁性磨料。项目通过微扰法和能量法及高速暗线摄影，对磁性磨料制备过程中金属微液滴的破碎、团聚与结合、凝固过程行为进行研究，并借助电子显微镜分析磁性磨料的几何形貌和内部组织，从而揭示采用该方法制备磁性磨料的机理，并获得避免金属微液滴破碎或团聚、控制硬质磨料从金属微液滴中外逸以及提高金属基体与硬质磨料结合性能的方法。项目将通过实验与理论研究，发现和解决该磁性磨料制备方法中的关键科学与技术问题，研究其中的机理和规律，为该磁性磨料制备方法的实际应用提供理论依据。

磁粒研磨抛光是一种非常有效的表面光整加工技术，但由于现有磁性磨料的性能差，限制了该技术在工业领域的推广应用，成为亟待解决的关键问题。针对高性能磁性磨料制备的国际难题，本项目提出了“等离子熔融金属微液滴与硬质磨料强制结合快速冷凝制备磁性磨料”的新方法。该方法首先用等离子体将金属粉末熔融成金属微液滴，再将硬质磨料射入金属微液滴中并快速冷凝，从而制备高性能的磁性磨料。.在实施过程中，项目研究了等离子熔融金属微液滴与硬质磨料强制结合快速冷凝制备磁性磨料过程中钎焊料熔化、金属微液滴与硬质磨料结合、凝固过程行为，通过对制备磁性磨料的几何形貌和内部组织结构的观察和研究，揭示磁性磨料的形成机理；研究了等离子熔融金属微液滴与硬质磨料强制结合快速冷凝磁性磨料制备过程中铁磁性金属粉末流动性、彼此吸附性以及金属微液滴气固两相流流场、速度场与硬质磨料气固两相流流场、速度场等对金属微液滴团聚性能的影响规律，获得了控制磁性磨料粒度分布均匀的方法；研究了气冷和水冷两种冷却方法及其它影响因素对硬质磨料在磁性磨料金属基体中分布的影响规律，获得了控制硬质磨料外逸、使硬质磨料分布于金属基体表浅层并与金属基体牢固结合的控制方法；研究了不同金属基体材料和硬质磨粒材料条件下制备磁性磨料的最优工艺参数，掌握不同硬质磨料所制备的磁性磨料的物理机械性能尤其是研磨性能和使用寿命；.项目发明了一套完整的满足等离子熔融金属微液滴与硬质磨料强制结合进行磁性磨料制备的实验设备，获得了稳定的磁性磨料制备工艺；在上述研究的基础上，制备出了具有粒度均匀、结合强度高、结构理想、研磨能力强、使用寿命长等优异特性的金属基氧化铝、CBN和金刚石的高性能磁性磨料；发明了磁力抛光数控加工中心机床，并针对复杂曲面的数字化磁力抛光技术展开了深入的研究，为复杂曲面自动化抛光国际难题的解决提供了有效的解决方案；发明了超细长血管支架管材内壁表面磁粒光整加工设备，并进行了深入的抛光工艺研究，在国际上首次解决了超细长血管支架管材内壁表面的缺陷层去除和镜面抛光技术难题。.项目发表学术论文37篇（其中24篇被SCI收录），另有5篇已被录用；完成硕士学位论文2篇、博士学位论文1篇；申请发明专利13项（其中9项已获得授权），培养硕士研究生5名（其中2名毕业）、博士研究生2名（其中1名毕业），圆满完成了研究计划。