超硬材料涂附磨具是指以人造金剛石或立方氮化硼等為磨料，采用粘結(jié)劑將其粘結(jié)在基材上的一類(lèi)可撓曲的柔性磨具，亦可歸類(lèi)為超硬材料制品的范疇。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工的不斷發(fā)展及各種新型材料的不斷出現(xiàn)，對(duì)其加工精度和表面粗糙度要求越來(lái)越高，相應(yīng)的先進(jìn)的磨削技術(shù)和磨具，尤其是涂附磨具向更高效、高壽命和超精密的方向發(fā)展。為此，超硬材料涂附磨具的研制和使用悄然興起，在汽車(chē)工業(yè)、電子工業(yè)、玻璃加工、寶石加工、不銹鋼、淬火鋼等難加工材料的特殊加工領(lǐng)域得到了應(yīng)用。和普通磨料涂附磨具一樣，影響超硬材料涂附磨具性能的因素主要為基材、粘結(jié)劑和磨料，但由于超硬材料涂附磨具要求強(qiáng)力耐磨并且高壽命，僅僅在基材及粘結(jié)劑上做文章恐怕不能完全滿(mǎn)足產(chǎn)品性能的需要。本文以普通布基為基材，以樹(shù)脂類(lèi)膠粘劑為粘結(jié)劑，以金剛石磨料為研究對(duì)象，對(duì)比了不同的金剛石表面處理方法對(duì)產(chǎn)品性能的影響，為超硬材料涂附磨具產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供一個(gè)思路，同時(shí)更大的目的在于拋磚引玉，希望得到行業(yè)同人對(duì)此類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的更好的思路和方法。
　　本文共介紹了5組試驗(yàn)對(duì)金剛石進(jìn)行表面改性的對(duì)比研究，分別為：硅烷系列偶聯(lián)劑對(duì)金剛石表面改性、金剛石表面鍍鎳同時(shí)以硅烷系列偶聯(lián)劑改性，鋁鈦復(fù)合系列偶聯(lián)劑對(duì)金剛石表面改性、金剛石表面鍍覆鈦同時(shí)以鋁鈦復(fù)合系列偶聯(lián)劑改性。
　　本實(shí)驗(yàn)所用基材與樹(shù)脂粘結(jié)劑均為同一品質(zhì)。
　　一、硅烷偶聯(lián)劑改性
　　硅烷偶聯(lián)劑作為一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的硅化合物，架起了無(wú)機(jī)物與有機(jī)物之間的橋梁，改進(jìn)了許多材料的缺陷，硅烷試劑在金屬表面防腐技術(shù)的發(fā)展已初步形成方向，其優(yōu)勢(shì)明顯。硅烷試劑的一般結(jié)構(gòu)式為：Y-R-SiX3，其：X是結(jié)合在硅原子上的水解性基團(tuán)，如氯基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基等；Y為有機(jī)官能團(tuán)，如氨基，環(huán)氧基等；R是具有飽和或不飽和鍵的碳鏈。所以它分布在無(wú)機(jī)物與有機(jī)物界面上時(shí)，在相互沒(méi)有親和力而難以相容的界面之間起著“乳化劑”的作用。由于界面現(xiàn)象非常復(fù)雜，單一的理論往往難以充分說(shuō)明，對(duì)于硅烷試劑在界面的作用機(jī)理就有多種解釋。
　　已經(jīng)提出的關(guān)于硅烷試劑在無(wú)機(jī)物表面行為的理論主要有化學(xué)結(jié)合理論、物理吸附理論、氫鍵形成理論、可逆平衡理論等。一種主流的理論認(rèn)為無(wú)機(jī)物的表面上不具有羥基時(shí)，此類(lèi)偶聯(lián)劑就很難發(fā)揮出相應(yīng)的作用或效果。金剛石因自身原子結(jié)構(gòu)排列，表面惰性很大，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)一般的偶聯(lián)劑對(duì)其的作用有限，但鑒于硅烷試劑在界面的作用機(jī)理的復(fù)雜性，此類(lèi)試驗(yàn)仍有一定價(jià)值；對(duì)于有機(jī)體系，大多數(shù)分子都具有特定的官能團(tuán)而表現(xiàn)出該聚合物的特性。硅烷偶聯(lián)劑同聚合物有機(jī)宮能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生偶聯(lián)效果，一般認(rèn)為硅烷偶聯(lián)劑對(duì)于固化過(guò)程伴隨著化學(xué)反應(yīng)的熱固性樹(shù)脂效果最為明顯，而對(duì)于缺乏反應(yīng)性和極性基團(tuán)的熱塑性樹(shù)脂效果差。故本實(shí)驗(yàn)所用樹(shù)脂屬熱固性樹(shù)脂。
　　樣品Ⅰ：金剛石為RVD280#，硅烷偶聯(lián)劑牌號(hào)：3-氨丙基三乙氧基硅烷 KH-550，步驟：將一定量的硅烷 KH-550加入到已經(jīng)改性完畢的樹(shù)脂膠黏劑，混合均勻，然后涂膠植砂。
　　樣品Ⅱ：制作步驟同樣品Ⅰ，不同在于金剛石表面鍍鎳，來(lái)源：特別定制。
　　二、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑改性
　　鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑兼有鈦系、鋁系偶聯(lián)劑的各自特點(diǎn)，偶聯(lián)劑效果優(yōu)于單一的鈦酸酯、鋁酸酯以及兩者的簡(jiǎn)單混合物，本品可大幅度提高無(wú)機(jī)填料在樹(shù)脂的填充量，顯著改善制品的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度，斷裂伸長(zhǎng)率等物理機(jī)械性能，降低體系粘度、改善加工性能。而且由于有機(jī)官能團(tuán)的作用，大大提高了填料和基料的結(jié)合力，增強(qiáng)復(fù)合體系的強(qiáng)度。
　　樣品Ⅲ：金剛石為RVD280#，鋁鈦偶聯(lián)劑牌號(hào)：鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑LD，步驟：將一定量的鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑LD加入到已經(jīng)改性完畢的樹(shù)脂膠黏劑，混合均勻，然后涂膠植砂。
　　樣品Ⅳ：制作步驟同樣品Ⅲ，不同在于金剛石表面鍍鈦，來(lái)源：特別定制。
　　樣品Ⅴ：此樣品為對(duì)比試驗(yàn)用原始試樣，制作方法同上，金剛石為RVD280#，表面不鍍覆，不添加任何偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行改性。
　　三、對(duì)比試驗(yàn)
　　對(duì)比試驗(yàn)在萬(wàn)能砂帶機(jī)2M5415A上進(jìn)行，考察參數(shù)為研磨同種翡翠玉20g時(shí)砂帶的磨耗量。砂帶的磨耗以研磨前后砂帶的總體質(zhì)量減少為準(zhǔn)，主要包括膠粘劑的磨損及金剛石的磨損。下表為5組樣品質(zhì)量減少量：
　　樣品編號(hào) 樣品Ⅰ 樣品Ⅱ 樣品Ⅲ 樣品Ⅳ 樣品Ⅴ
　　質(zhì)量減少（g） 0.54 0.49 0.58 0.39 0.57
　　四、結(jié)果與討論
　　首先需要說(shuō)明此次試驗(yàn)純粹為了考察金剛石表面改性對(duì)金剛石涂附磨具產(chǎn)品性能的影響，考察性能僅僅為在相同加工條件下金剛石砂帶的磨耗量，以上數(shù)據(jù)僅有對(duì)比意義。嚴(yán)格來(lái)講，此方法不能作為測(cè)量砂帶磨耗比的試驗(yàn)方法。
　　從以上數(shù)據(jù)對(duì)比可以看到，樣品Ⅳ，即金剛石表面鍍覆鈦同時(shí)以鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑改性制作得到的砂帶性能，較其它幾種有明顯提高；硅烷、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑對(duì)金剛石表面改性，對(duì)金剛石砂帶性能影響并不明顯；金剛石表面鍍鎳同時(shí)以硅烷系列偶聯(lián)劑表面改性有一定效果，但可能與金剛石表面鍍鎳刺增大了金剛石的表面積及膠粘劑對(duì)其的把持力有關(guān)，偶聯(lián)劑在其是否起到了作用有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　同時(shí)筆者認(rèn)為：金剛石表面鍍剛玉同時(shí)以鋁鋯偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行表面改性，以及金剛石表面鍍二氧化鈦同時(shí)以鈦酸酯偶聯(lián)劑改性，也值得進(jìn)行類(lèi)似試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其對(duì)產(chǎn)品性能的影響。因?yàn)閮煞N表面鍍產(chǎn)品暫無(wú)法獲得，試驗(yàn)暫無(wú)法進(jìn)行。