中間相炭微球?qū)Χ鄬逾F焊金剛石砂輪電解修整 磨削性能的影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TG74；TG580.6DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.002 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Influences of MCMBs on Electrolytic Dressing and Grinding Performances of Multi-layer Brazed Diamond Grinding Wheels

LIU Wei1，2 * CHANG Jiaqi1'2 LI Boxin1，2 YAN Can1，2DENG Zhaohui3WAN Linlin1，2

1.School of Mechanical Engineering，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan， Hunan，411201 2.Hunan Provincial Key Laboratory of High Efficiency and Precision Machining of

Difficult-to-cut Material，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan，Hunan，411201 3.Institute of Manufacturing Engineering，Huaqiao University，Xiamen，F(xiàn)ujian，361021

Abstract： The oxide film of large particle size multi-layer brazed diamond grinding wheel had poor quality and insufficient thickness during electrolytic dressing，which led to poor grinding performances.MCMB were added to the abrasive layers to improve this situation. The effects of different MCMB contents on the performances of the grinding wheel and the electrolytic dressing grinding characteristics were investigated. The results show that MCMB may significantly improve the electrolytic film-forming ability of the grinding wheel， the maximum thickness of the oxide film is as 104μm ，and the compactnessand adhesion are improved. The ground surface morphology of the test groups containing MCMB has higher integrity and fewer fracture pits. Compared with the test groups without MCMB，the values of surface roughness Ra of the MCMB test groups with a volume fraction of 5% decrease by 29.8% when the workpiece speed is as 40mm/s and the grinding depth is as 15μm ，and the subsurface damage depth is reduced by 47.9% when the workpiece speed is as 30mm/s and the grinding depth is as 20μm ：

Key words： multi-layer brazed grinding wheel； electrolytic dressing grinding； mesocarbon mi-crobead（MCMB）；oxide film;subsurface damage

0 引言

磨削通常用于加工硬質(zhì)合金、工程陶瓷、光學(xué)玻璃等難加工材料，砂輪對(duì)磨粒把持能力的強(qiáng)弱很大程度上決定了被磨削工件的表面質(zhì)量[1]。由于對(duì)磨粒的把持能力有限，傳統(tǒng)固結(jié)磨料砂輪在磨削過(guò)程中很容易出現(xiàn)“掉砂”現(xiàn)象，不僅影響磨削精度，還會(huì)縮短砂輪的使用壽命。由釬焊技術(shù)制備的金屬結(jié)合劑砂輪對(duì)磨粒的把持能力較強(qiáng)，能夠避免磨粒過(guò)早脫落[2]。在釬焊過(guò)程中，合金釬料中的Ti、Cr等活性元素會(huì)與金剛石磨粒表面發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合，有效防止磨粒的過(guò)早脫落，進(jìn)而提高磨削精度與效率[3]。

目前常用的釬焊砂輪主要為單層釬焊砂輪，即在砂輪表面僅有一層磨粒。DAI等4采用單層釬焊金剛石砂輪對(duì)SiC陶瓷進(jìn)行磨削試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用高速、蠕變進(jìn)給和深度磨削的方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì) SiC 陶瓷的高效、低損傷磨削。LI等[5]制備了一種含有微槽和微孔的微織構(gòu)單層釬焊金剛石砂輪，該砂輪在SiCp/Al復(fù)合材料磨削表面上產(chǎn)生的磨屑小，SiC顆粒的斷裂、壓碎和脫落也少。由于磨粒磨鈍后無(wú)法更新，因此單層釬焊砂輪壽命較短，為解決此問(wèn)題，課題組前期研制了對(duì)磨粒把持能力強(qiáng)的多層釬焊金剛石砂輪，配合在線電解修整（electrolytic in-process dressing，ELID）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金高效精密磨削[]。伍俏平等7在對(duì)大粒度砂輪電解修整時(shí)發(fā)現(xiàn)，與普通電解液相比，多壁碳納米管的加入增強(qiáng)了電解液電解能力，氧化膜厚度增加了 40μm ，此時(shí)更多金屬結(jié)合劑被溶解，磨損磨粒脫落更容易；同時(shí)，由于氧化膜厚度的增大能夠容納更多的碳納米管，氧化膜的黏附性得以提高，而黏附性較強(qiáng)的氧化膜有著良好的研拋性能，能提高工件的磨削表面質(zhì)量。ALQAHTANI等8指出，為防止氧化膜厚度不一致，在電解修整時(shí)應(yīng)確保電解液在電極間隙中均勻流動(dòng)，同時(shí)電解電壓也需嚴(yán)格控制，否則容易導(dǎo)致氧化膜燒傷，影響磨削性能。此外，萬(wàn)林林等[9]發(fā)現(xiàn)，要保證電解修整時(shí)氧化膜的致密性，必須控制合理的電極間隙。課題組前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，釬料中Ti元素生成的自鈍化膜會(huì)隔絕磨料層與電解液的接觸，影響砂輪的陽(yáng)極溶解，導(dǎo)致電解修整過(guò)程生成的氧化膜厚度薄、質(zhì)量較差[10]。對(duì)于大粒度磨粒砂輪，由于磨粒在基體中的嵌入深度大，電解修整不充分時(shí)會(huì)造成磨鈍磨粒無(wú)法及時(shí)脫落，嚴(yán)重影響磨削效果。因此，改善砂輪的電解修整性能，進(jìn)一步優(yōu)化大粒度多層釬焊砂輪的在線電解修整磨削效果很有必要。

金屬材料在發(fā)生石墨化腐蝕時(shí)表現(xiàn)為腐蝕速率增大，能有效提高氧化膜的黏附性與致密性[11]。在砂輪電解修整時(shí)能發(fā)生石墨化腐蝕現(xiàn)象的常見(jiàn)碳族材料有碳納米管、石墨烯、石墨以及中間相炭微球（mesocarbonmicrobeads，MCMB）等。碳納米管和石墨烯由于摩擦學(xué)性能和導(dǎo)電性良好、抗載荷能力強(qiáng)，在磨削加工中應(yīng)用廣泛[12]，但這兩種材料的分散效果不佳，與釬料合金粉末的混合難度較大，而且含Ti釬料在長(zhǎng)時(shí)間的球磨分散后可能會(huì)氧化，影響釬焊效果。石墨的層片狀結(jié)構(gòu)在受到剪切載荷時(shí)容易產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致砂輪基體的抗彎強(qiáng)度大幅下降，加劇斷裂裂紋的擴(kuò)展[1]。而MCMB具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、化學(xué)穩(wěn)定性及潤(rùn)滑性，且力學(xué)性能良好，在載荷作用下不易變形、破壞[13]。因此，本文為了研究不同 MC-MB含量對(duì)多層釬焊金剛石砂輪節(jié)塊性能及電解修整的影響，將MCMB添加到砂輪結(jié)合劑中，分析了MCMB含量對(duì)砂輪電解成膜性能的影響，包括電解電信號(hào)、氧化膜厚度與黏附強(qiáng)度、微觀形貌，并開(kāi)展了多層釬焊金剛石砂輪ELID磨削試驗(yàn)，從表面形貌、表面粗糙度、亞表面損傷等角度進(jìn)行磨削性能對(duì)比。

1砂輪節(jié)塊制備及其性能分析

1.1 砂輪節(jié)塊制備

本文所用MCMB由廣州納諾化學(xué)技術(shù)有限公司提供，粒徑為 10μm 。金剛石磨粒由河南萬(wàn)磨金剛石有限公司提供，型號(hào)為WMD760，粒度為80/100；合金釬料粉末 Cu-Sn-Ti 由長(zhǎng)沙天久金屬材料有限公司提供，各組分質(zhì)量比為 75：10 ：5，粒度為300目。制備了 0.5%.10% 三種不同MCMB含量（體積分?jǐn)?shù)）的混合粉末以備后續(xù)研究，其中金剛石濃度為 100% 。將金剛石磨粒、合金粉末、MCMB以及甘油混合后裝人DWH-10三維混料機(jī)以 100r/min 的速度混合 30min 。其中丙三醇為成形劑，添加量為 1.5% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

采用模壓成形技術(shù)制備不同MCMB含量的多層釬焊金剛石砂輪節(jié)塊生壞，并用真空釬焊工藝燒結(jié)出節(jié)塊成品試樣。使用WHY-600壓力試驗(yàn)機(jī)與自制分離式模具對(duì)混料進(jìn)行模壓成形。在此之前，需噴涂干性脫模劑以便順利脫模。圖1所示為模壓成形試驗(yàn)裝置。設(shè)置加載速度為0.25kN/s ，成形壓力為 100MPa ，保壓時(shí)間為 10min 。爐內(nèi)真空釬焊在GSL-1400X管式爐中進(jìn)行，升/降溫速度為 5^°C/min ，釬焊溫度為 920°C ，保溫10min 。圖2所示為燒結(jié)后的兩種釬焊試樣。長(zhǎng)方形試樣用于力學(xué)性能及內(nèi)部形貌測(cè)試，弧形試樣用于電解成膜及ELID磨削試驗(yàn)。

1.2 砂輪節(jié)塊性能

采用三點(diǎn)抗彎法測(cè)試不同MCMB含量試樣的抗彎強(qiáng)度。試驗(yàn)中夾具兩支點(diǎn)間跨距為12.5mm ，加載速率為 0.5mm/min ，記錄節(jié)塊斷裂時(shí)的最大壓力值。每組試驗(yàn)重復(fù)三次，結(jié)果如表1所示。當(dāng)添加體積分?jǐn)?shù)為 5% 的MCMB后，節(jié)塊的抗彎強(qiáng)度由 248.44MPa 提高到 402.47MPa 這是因?yàn)榫鶆蚍植荚谀チ蠈又械腗CMB由于力學(xué)性能良好，外部施加載荷時(shí)不易被壓潰，并且會(huì)阻礙節(jié)塊表面載荷及裂紋向內(nèi)部延伸；當(dāng)MCMB體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 10% 后，抗彎強(qiáng)度顯著下降，這是因?yàn)镸CMB與Ti元素反應(yīng)生成TiC時(shí)會(huì)消耗基體中大量的Ti元素，造成與磨粒表面反應(yīng)的Ti元素減少，影響釬焊效果，使得節(jié)塊抗彎強(qiáng)度下降[14]。此外，MCMB含量過(guò)高時(shí)，會(huì)相當(dāng)于“雜質(zhì)點(diǎn)”，降低節(jié)塊的致密化程度，這是因?yàn)楹辖疴F料在燒結(jié)過(guò)程中的熔融混合受到了阻礙。

表1不同MCMB含量砂輪節(jié)塊的抗彎強(qiáng)度

在完成抗彎強(qiáng)度測(cè)試后，試樣被完全破壞，利用EVOMA10掃描電子顯微鏡與X-MAX50能譜儀觀察、分析試樣斷口處的形貌與元素分布情況，結(jié)果如圖3所示。圖3a所示為體積分?jǐn)?shù)為10% 的MCMB砂輪節(jié)塊試樣的斷口形貌。黑色點(diǎn)狀物質(zhì)MCMB在金屬結(jié)合劑中的分布較為均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象；合金釬料熔化充分，金剛石磨粒邊緣被結(jié)合劑緊密包裹，基體致密性高。圖3b所示為圖3a的局部放大與能譜點(diǎn)位置，可以看出，斷面上的MCMB與基體緊密結(jié)合，并未發(fā)生破壞。表2所示為圖3b的能譜分析結(jié)果，驗(yàn)證了圖中黑色點(diǎn)狀物質(zhì)為MCMB。

圖4所示為金剛石磨粒焊接接頭處的EDS分層放大圖像，在金剛石磨粒附近有明顯的Ti元素聚集現(xiàn)象，同時(shí)C元素也有較大的分布區(qū)域，表明結(jié)合劑與金剛石磨粒實(shí)現(xiàn)了化學(xué)冶金結(jié)合，這也能間接驗(yàn)證表2中的能譜分析結(jié)果。

2MCMB對(duì)砂輪電解成膜性能影響

通過(guò)對(duì)電解電流、氧化膜厚度與黏附性、微觀形貌的檢測(cè)與分析，研究MCMB對(duì)多層釬焊金剛石砂輪電解成膜性能的影響。電解修整試驗(yàn)中使用的電解液基于本課題組前期研究成果[，主要成分為去離子水，其余成分如表3所示。其中鉬酸鈉與磷酸氫二鈉作為緩蝕劑，防止電解修整過(guò)度；甘油起到潤(rùn)滑作用；四硼酸鈉用于機(jī)床防銹；氯化鈉在電解液中可以水解出氯離子，能將Ti元素形成的自鈍化膜點(diǎn)蝕去除，避免影響氧化膜的生成；磷酸三丁酯用作消泡劑。

圖5所示為電解修整試驗(yàn)系統(tǒng)，采用HDMD-V高頻脈沖電源為電解修整提供電能。相關(guān)電解工藝參數(shù)如表4所示[7，9-10]。

2.1 電解電信號(hào)

電信號(hào)能夠很好地表征電解修整過(guò)程中氧化膜的成膜狀態(tài)，其值可通過(guò)在電解回路中的陰陽(yáng)兩極之間串聯(lián)萬(wàn)用表測(cè)得，測(cè)量間隔為 20s 。不同體積分?jǐn)?shù)的MCMB節(jié)塊的電解電流測(cè)量結(jié)果如圖6所示。

在電解反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，三種不同MCMB含量的砂輪節(jié)塊初始電流值基本相同。在電解反應(yīng)初期，電流下降速率略有不同，其中零含量（ φ_MCMB=0 ）MCMB的節(jié)塊下降最快，達(dá)到了2.04A/min 。這是因?yàn)镸CMB在電解反應(yīng)區(qū)域充當(dāng)強(qiáng)陰極相，在電解修整中發(fā)生了石墨化腐蝕，增強(qiáng)了電解效果，使更多的金屬結(jié)合劑在電解修整過(guò)程中被去除。

在 300～600 s階段內(nèi)，電解修整基本完成，此時(shí)的電流值趨于平穩(wěn)。選用 300～600s 內(nèi)間隔為 20s 的16個(gè)電流采樣點(diǎn)計(jì)算平均電流及總體標(biāo)準(zhǔn)偏差，體積分?jǐn)?shù)分別為 0.5%.10% 的MCMB電解平均電流分別為2.78A、2.88A、3.29A，總體標(biāo)準(zhǔn)偏差值分別為0.34A、0.11A、0.09A，如圖7所示。此時(shí)MCMB被包裹在氧化膜內(nèi)部，未受到電解反應(yīng)的影響，反而增加了氧化膜的強(qiáng)度與致密性。當(dāng)MCMB體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 10% 后，電解后期的平衡電流趨于穩(wěn)定。此時(shí)氧化膜的存在阻礙了電解反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致電解電流減小，但由于氧化膜中的微小孔隙能夠容納電解液，這部分電解液可與導(dǎo)電性能優(yōu)異的MCMB共同形成導(dǎo)電通路，增大了穩(wěn)定電流值。在兩者的共同作用下，電解電流趨于穩(wěn)定。

2.2 氧化膜厚度及黏附性

在電解修整過(guò)程中，氧化膜的存在能防止砂輪修整過(guò)度，同時(shí)還能承載破碎磨料，起到一定的研磨拋光作用，因此氧化膜需要具有足夠的厚度。在一定范圍內(nèi)，氧化膜越厚，ELID磨削后工件的表面質(zhì)量越好[7，15]。

在電解修整完成后，將試樣側(cè)面打磨平整，使用超景深顯微鏡觀測(cè)氧化膜厚度，以分析不同MCMB含量對(duì)電解生成氧化膜厚度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖 8～ 圖10所示。零含量MCMB的節(jié)塊在電解 10min 后生成的氧化膜厚度僅為 56μm 大部分磨粒出刃高度較低，導(dǎo)致砂輪表面容屑空間不足。而當(dāng)MCMB體積分?jǐn)?shù)為 5% 時(shí)，氧化膜厚度增加至 104μm ，金屬結(jié)合劑被有效去除，磨粒出刃高度和容屑空間都顯著增加。此時(shí)出露的多數(shù)磨粒都被氧化膜包覆，而氧化膜對(duì)磨粒把持能力較弱，在磨削力作用下，磨粒磨鈍后能夠及時(shí)脫落，砂輪可以一直保持較高的鋒利度[16]。較厚的氧化膜在磨削中還能起到減振拋光作用。當(dāng)MCMB體積分?jǐn)?shù)為 10% 時(shí)，氧化膜厚度略有減小，為 95μm ，氧化膜成膜厚度減小是由于MC-MB的含量增加時(shí)，MCMB顆粒會(huì)沉積在氧化膜表面的微孔中，陰陽(yáng)兩極間的離子交換將受到抑制，導(dǎo)致金屬結(jié)合劑不能有效溶解。

本文使用膠帶黏附法測(cè)試MCMB含量對(duì)氧化膜黏附性的影響[17]。零含量MCMB試驗(yàn)組的黏附次數(shù)為8，而體積分?jǐn)?shù)為 5%.10% MCMB試驗(yàn)組的黏附次數(shù)分別為11次和10次。分布在氧化膜中MCMB由于分散強(qiáng)化作用，有效保持了膜層的穩(wěn)定性，進(jìn)而改善了氧化膜的致密性和黏附強(qiáng)度，減少了其脫落的可能性。

2.3 氧化膜微觀形貌

使用掃描電子顯微鏡觀察零含量MCMB的節(jié)塊與體積分?jǐn)?shù)為 5% MCMB的節(jié)塊電解10min后生成的氧化膜微觀組織SEM圖像，結(jié)果如圖11、圖12所示。

由圖11可以看出，不含MCMB的氧化膜微觀表面形貌孔隙較多，表面凹凸不平，致密性差且質(zhì)地松散。氧化膜的這種松散結(jié)構(gòu)在ELID磨削時(shí)會(huì)因?yàn)轲じ綇?qiáng)度差而導(dǎo)致局部破損和過(guò)早脫落，降低磨削過(guò)程的穩(wěn)定性并增大砂輪損耗。相反，由圖12可以看出，由于MCMB的參與，氧化膜厚度增加，減少了表面孔隙數(shù)量，氧化膜的致密性得以提高。這一現(xiàn)象進(jìn)一步解釋了含MCMB試樣電解電流較為穩(wěn)定的原因。

2.4MCMB對(duì)電解修整過(guò)程的影響

圖13為含MCMB的砂輪節(jié)塊在電解修整時(shí)氧化膜生長(zhǎng)示意圖。磨料層中析出的金屬離子能與電解液中的氫氧根離子反應(yīng)沉淀在砂輪表面，生成氧化膜[18]。電解反應(yīng)初期，在電解反應(yīng)區(qū)域的MCMB能夠使電解修整過(guò)程發(fā)生石墨化腐蝕，加快金屬結(jié)合劑電解腐蝕過(guò)程，生成更厚的氧化膜，此時(shí)金剛石磨粒的出刃高度也更高。結(jié)合劑中的MCMB在電解修整時(shí)會(huì)被釋放到電解液中，進(jìn)而被氧化膜包裹，作為骨架又能提高氧化膜的致密性與強(qiáng)度。

3 MCMB對(duì)砂輪ELID磨削的影響

使用 φ_MCMB=0，φ_MCMB=5% 的 MCMB砂輪節(jié)塊對(duì)超細(xì)晶硬質(zhì)合金開(kāi)展ELID磨削試驗(yàn)，兩試驗(yàn)組磨削工藝參數(shù)相同，如表5所示。試驗(yàn)材料為GU25UF超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，磨削試驗(yàn)在MGK7120×6F 磨床上進(jìn)行，電解修整參數(shù)與前一節(jié)相同。使用圖14所示夾具將砂輪節(jié)塊安裝到磨床主軸上。在磨削試驗(yàn)開(kāi)始之前使用ELID電源配備的電火花整形裝置對(duì)砂輪進(jìn)行修整。

3.1 表面形貌

圖15、圖16所示分別為零含量MCMB與（204號(hào) φ_MCMB=5%MCMB 試驗(yàn)組在 v_w=40mm/s 時(shí)的工件表面超景深顯微鏡觀測(cè)結(jié)果。

在零含量MCMB試驗(yàn)組中，隨著磨削深度增大，工件表面劃痕變寬，這是由于層厚不足、不夠均勻的氧化膜在磨削力的作用下會(huì)逐漸減薄甚至破損，而且其再生速度小于磨損速度，導(dǎo)致磨鈍磨粒無(wú)法及時(shí)脫落，與工件接觸面積增大，出現(xiàn)更寬的劃痕，加工表面也變得更粗糙。當(dāng) a_p=15 μm 時(shí)，由于氧化膜厚度不均，局部磨削力會(huì)增大，在滑擦和耕犁作用下，工件表面會(huì)產(chǎn)生破裂凹坑；當(dāng) 時(shí)，材料去除方式以脆性去除為主。磨削深度的增大會(huì)導(dǎo)致磨削力和磨削溫度升高，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易在表面產(chǎn)生微裂紋，裂紋拓展時(shí)會(huì)形成魚(yú)鱗狀破碎。

在體積分?jǐn)?shù)為 5% MCMB試驗(yàn)組中，工件表面質(zhì)量得到改善，破碎凹坑和魚(yú)鱗狀破碎顯著減少。由于MCMB的加入，砂輪表面產(chǎn)生了更厚、黏附性更強(qiáng)的氧化膜，能使磨粒始終保持較高的鋒利度，減少了劃痕的寬度和深度，從而使工件表面更加光滑。當(dāng) 時(shí)，工件表面形貌比零含量MCMB試驗(yàn)組的更好，未觀察到魚(yú)鱗狀破裂。這是由于氧化膜能有效防止磨粒直接作用于工件表面，起到緩沖支撐作用，能減輕工件表面的局部應(yīng)力集中，從而減少脆性材料的破裂傾向。MCMB也能提高電解液的潤(rùn)滑性和散熱性，減少摩擦熱，避免了因熱應(yīng)力引發(fā)的表面破裂。此外，氧化膜中存在的破碎微磨粒能起到研磨拋光作用，使表面形貌得到改善。

3.2 表面粗糙度

使用TR20O表面粗糙度儀測(cè)量加工表面粗糙度，圖17、圖18顯示了不同磨削參數(shù)下的表面粗糙度值 Ra 。可以看出， Ra 值會(huì)隨著 v_w 和 a_p 的增大而增大，當(dāng) v_w=40mm/s 且 a_Δp=15Ω_μm 時(shí)，與未添加MCMB相比，MCMB的加入使 Ra 值減小了 29.8% 。出現(xiàn)這種差異的原因是不含MCMB時(shí)，氧化膜層厚不足且致密性不佳，導(dǎo)致磨粒直接作用于工件表面，磨損過(guò)后不能及時(shí)脫落。此時(shí)的材料去除更多依賴(lài)于擠壓摩擦，會(huì)導(dǎo)致工件表面形成劃痕和凹坑，表面粗糙度變差。而加入MCMB后，成膜質(zhì)量顯著提高，氧化膜有效隔離了金屬結(jié)合劑與工件表面的直接接觸，減緩了磨粒的磨鈍過(guò)程，還能促使磨鈍磨粒脫落，始終保持有效切削磨粒的數(shù)量。其次，氧化膜厚度的增加能容納更多的MCMB和破碎磨粒，對(duì)加工表面起到研磨潤(rùn)滑作用。因此，加人MCMB后工件的表面粗糙度值更小。

3.3 亞表面損傷

使用體積分?jǐn)?shù)為 1% 氫氟酸溶液對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)組的工件端面進(jìn)行酸蝕處理，以去除端面在研磨拋光后出現(xiàn)的塑性層，并檢測(cè)其亞表面損傷深度，結(jié)果如圖19、圖20所示。在 v_w=30mm/s，a_p= 20μm 時(shí)，含MCMB試驗(yàn)組的亞表面損傷深度?9.28μm? ）顯著小于不含MCMB的試驗(yàn)組（17.82μm） ，由裂紋延伸導(dǎo)致的塊狀脫落也更少。這是因?yàn)樵谀ハ鬟^(guò)程中氧化膜起到了緩沖和支撐作用，減少了磨鈍磨粒對(duì)工件表面的反復(fù)沖擊，降低了微觀裂紋和缺陷的產(chǎn)生。此外，氧化膜的拋光作用以及MCMB良好的潤(rùn)滑效果也有助于減小磨削亞表面損傷深度。

4結(jié)論

通過(guò)在 Cu-Sn-Ti 合金粉末中添加中間相炭微球（MCMB），配合模壓成形技術(shù)和真空燒結(jié)工藝，制備了不同含量MCMB的多層釬焊金剛石砂輪，并開(kāi)展了不同含量MCMB對(duì)砂輪性能及其電解修整磨削特性影響的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：

1）MCMB含量的增加使砂輪節(jié)塊的抗彎強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱，在體積分?jǐn)?shù)為 5% 時(shí)達(dá)到最大值 402.47MPa 。經(jīng)EDS分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)合劑與金剛石磨粒實(shí)現(xiàn)了化學(xué)冶金結(jié)合，基體致密度較高。

2）添加體積分?jǐn)?shù)為 5% 的MCMB能有效改善砂輪電解成膜性能，成膜厚度最大達(dá)到了104μm ，致密性與黏附性均有改善，能使氧化膜有效發(fā)揮研磨拋光作用。

3）MCMB有效促使了磨鈍磨粒的及時(shí)脫落，改善了磨削表面形貌，提高了磨削表面的完整性。當(dāng)工件進(jìn)給速度 v_w=40mm/s 、磨削深度 a_Δp=15 μm 時(shí)，體積分?jǐn)?shù)為 5% 的MCMB試驗(yàn)組 Ra 值比不含MCMB的試驗(yàn)組 Ra 值減小 29.8% ；當(dāng)v_w=30mm/s.a_p=20μm 時(shí)亞表面損傷層深度達(dá)到了 9.28μm 。在一定范圍內(nèi)，氧化膜厚度越高，對(duì)磨削亞表面造成的損傷越小。

參考文獻(xiàn)：

[1]MIAO Q，DING WF，F(xiàn)UD K，et al.Influence of Graphite Addition on Bonding Properties of AbrasiveLayerof Metal-bonded CBNWheel[J].TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology，2017，93（5）：2675-2684.

[2] 張曦，李本凱，丁文鋒.釬焊CBN砂輪與陶瓷CBN 砂輪磨削粉末冶金高溫合金的加工性能對(duì)比研究 [J].金剛石與磨料磨具工程，2021，41（4）：64-71. ZHANG Xi，LI Benkai，DING Wenfeng， et al. ComparativeStudyonMachiningBehaviorofBrazed CBNWheel andVitrifiedCBNWheelduringGrinding Powder Metallurgy Superalloy[J]. Diamond amp; Abrasive Engineering，2021，41（4）：64-71.

[3] 趙鵬程.Cu-Sn-Ti釬料陶瓷金剛石砂輪的研制與性 能研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2020. ZHAO Pengcheng. Research and Development of Cu-Sn-Ti Cermet Diamond Grinding Wheel[D]. Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2020.

[4] DAI JB，CAO SY，WANG ZB，et al. Experimental Investigation on the Feasibility of High-efficiency andPrecision Grinding of Silicon Carbide Ceramics

[5] LI KJ，LIAO YL，ZHOU Y M，et al.Study onGrinding of SiCp/Al Composites by Micro-textured Monolayer Brazed Diamond Wheel[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2023，126（9）：4607-4615.

[6] YU X L，HUANG S T，XU L F. ELID GrindingCharacteristics of SiCp/Al Composites[J].The In-ternational Journal of Advanced ManufacturingTechnology，2016，86（5）：1165-1171.

[7]伍俏平，歐陽(yáng)志勇，陽(yáng)慧，等.碳納米管對(duì)大粒度多層釬焊金剛石砂輪電解修整磨削性能的影響研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2020，56（7）：231-239.WU Qiaoping，OUYANG Zhiyong，YANG Hui，etal.Influence of Carbon Nanotubes on ElectrolyticDressing Grinding Performance of a Multi-layerBrazed Coarse-grained Diamond Wheel[J]. Journalof Mechanical Engineering，2020，56（7）：231-239.

[8]ALQAHTANIB， ZHANG M M，MARINESCU 1，et al.Microscopic Characterization and Modeling ofOxide Layer for Electrolytic In-process Dressing（ELID）Grinding with Focus on Voltage， Elec-trode-wheel Gap，and Coolant Flow[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology，2019，105（12）：4853-4862.

[9］萬(wàn)林林，羅曄，鄧朝暉，等.ELID 磨削預(yù)修銳與氧化膜成膜的影響因素[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2021，40（3）：410-416.WAN Linlin，LUO Ye，DENG Zhaohui，et al. Influencing Factors of Pre-dressing and Oxide FilmFormation in ELID Grinding[J]. Mechanical Scienceand Technology for Aerospace Engineering，2021，40（3）：410-416.

[10]WU QP，LI B X， OUYANG Z Y，et al. PrecisionGrinding of Cemented Carbides Based on a Multi-layer Brazed Diamond Wheel Using an ElectrolyteContaining Carbon Nanotubes[J]. The Internation-al Journal of Advanced Manufacturing Technolo-gy，2021，114：2899-2909.

[11]CHIKAODILI A V， IKENNA C V，VINOTHETS，et al. Sulfur-doped Graphitic Carbon Nitride（S-G-C3N4） as an Efficient Corrosion Inhibitor forX65 Pipeline Steel in CO₂ -saturated 3.5% NaC1Solution： Electrochemical，XPS and Nanoindenta-tion Studies[J]. Process Safety and EnvironmentalProtection，2022，164：715-728.

[12]ABRAHAMA R，GEORGE SC，HAGHI A K.Carbon Nanotubes：Functionalization and PotentialApplications[J]. Tribology amp; Lubrication Tech-nology，2023，79（2）：80.

[13]ALAZEMI A A，DYSART A，POL VG. Experi-mental Investigation of the Mechanical and SurfaceProperties of Sub-micron Carbon Spheres[J].Lu-bricants，2020，8：77.

[14]蔣夢(mèng)玲，龍文元，季松，等.燒結(jié)溫度對(duì)Ti-TiC/Ti層狀復(fù)合材料組織與性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2024，45（10）：10-17.JIANG Mengling，LONG Wenyuan， JI Song，etal. Effect of Sintering Temperature on Microstruc-ture and Properties of Ti-TiC/Ti Laminated Com-posites[J]. Transactions of Materials and HeatTreatment，2024，45（10）：10-17.

[15]左明澤，任成祖，王志強(qiáng).ELID溝道成形磨削氧化膜特性及影響作用試驗(yàn)[J].宇航材料工藝，2017，47（4）：42-47.ZUO Mingze，REN Chengzu，WANG Zhiqiang，Experimental on Characteristics and Effect of Ox-ide Layer in ELID Groove Profile Grinding[J].Aerospace Materials amp;. Technology，20l7，47（4）：42-47.

[16]伍俏平，鄭維佳，鄧朝暉，等.在線電解修整磨削氧化膜研究現(xiàn)狀及展望［J].中國(guó)機(jī)械工程，2018，29（17）：2023-2030.WU Qiaoping ZHENG Weijia，DENG Zhaohui，etal.Research Status and Perspectives of ELIDGrinding Oxidation Films[J]. China MechanicalEngineering，2018，29（17）：2023-2030.

[17］楊黎健，任成祖，靳新民.ELID磨削砂輪表面氧化膜狀態(tài)的表征[J].工具技術(shù)，2011，45（6）：40-43.YANG Lijian，REN Chengzu， JIN Xinmin. StateCharacterizing of Oxide Layer on Surface of ELIDGrinding Wheel[J]. Tool Engineering，2011，45（6）：40-43.

[18］郃吉才，段云乾，ARDASHEVDV.在線電解修銳砂輪氧化膜界面反應(yīng)及復(fù)合磨粒形成機(jī)理[J].光學(xué)精密工程，2023，31（20）：2975-2985.KUAI Jicai，DUAN Yunqian，ARDASHEV D V.Interfacial Reactions and Forming Mechanism ofCompositeabrasive Grains in Oxide Film on ELIDWheel［J]. Optics and Precision Engineering，2023，31（20）：2975-2985.（纻輯H換麗）

作者簡(jiǎn)介：劉偉*，男，1986年生，博士、副教授。研究方向?yàn)楦咝Ь苤悄苣ハ骷夹g(shù)。發(fā)表論文40余篇。E-mail：lwl986tiger@163.com 。

本文引用格式：

劉偉，常佳起，李博鑫，等.中間相炭微球?qū)Χ鄬逾F焊金剛石砂輪電解修整磨削性能的影響[J].中國(guó)機(jī)械工程，2025，36（6）：1151-1158.

LIUWei，CHANGJiaqi，LIBoxin，etal.InfluencesofMCMBsonElectrolytic Dressingand GrindingPerformancesof Multi-layerBrazed Diamond GrindingWheels[J].China Mechanical Engi-neering，2025，36（6）：1151-1158.