研磨是一種常用的光整加工工藝，為了滿足工業領域對零件光整加工的表面質量提出的越來越高的要求，多年來不斷地進步和更新，為此誕生了多種光整加工技術，如機械研磨、超聲波拋光、化學拋光等光整加工技術。

近年來，在制造加工領域中利用磁場進行研磨的加工方法引起了人們的極大興趣，例如將磁場應用于研磨加工中的磁力研磨加工技術。相較于傳統的機械研磨，磁力研磨加工工藝具有許多不可替代的優點，如適用范圍廣、研磨升溫小、加工質量高、研磨壓力可控等，因而在機械制造領域的應用日益廣泛。

磁場能對放入其中的磁性物質有磁力作用

到底人們是如何利用“磁場”實現輔助加工，其中使用的磨料又有何特點及優勢，今天這篇文章就來一起了解一下。

一、關于“磁力研磨”

磁力研磨（Magnetic Abrasive Finishing，簡稱MAF）加工技術是光整加工的新工藝、新技術。它是利用作用于磨具和工件之間的外加磁場力吸引磁性磨粒，形成“柔性磁刷”，以改善工件表面質量，目前已被廣泛地應用于機械、模具、汽車、軸承、半導體和航空等制造行業。

磁性磨料依附于半球形磁鐵上就像一把小毛刷

特點：

與傳統的研磨、拋光工藝相比，磁力研磨由于磨料“磁刷”是柔性的，因此它的形狀在加工過程中能夠隨工件形狀變化而變化，因而具有很好的自適應性，同時，在研磨過程中，磨料相對工件表面滑動的同時出現滾動，磁性磨料之間不斷更換位置，因此不存在磨料堵塞或鈍化現象，自銳性極好。此外，磁性磨料研磨還具有切削深度小、適用范圍廣、磨削效率高等優點

分類：

磁性磨料研磨技術按照磁場產生形式的不同可以分為恒定磁場下的研磨和交變磁場下的研磨，其中恒定磁場又分為永磁體產生的磁場和直流勵磁線圈產生的磁場。永磁體產生的恒定磁場，其結構簡單，體積小，但存在磨料取出和放入不方便的缺點；而向勵磁線圈通直流電產生的恒定磁場，磁場強度便于調節，磨料放入和取出方便，但結構復雜。通過向勵磁線圈通交變電流可產生交變旋轉磁場，磁場強度易于調節，便于放入和取出磨料，工件和勵磁組件均可固定，但轉速不易控制，結構復雜。

磁性磨料研磨加工原理圖

二、磁性磨料的組成

作為磨具的磁性磨料是磁性研磨加工的關鍵所在。查閱資料可知，磁性磨料是具有一定粒度大小的粒狀顆粒增強金屬基型復合材料，兼有磁化和磨削能力，平均粒徑為150微米。單顆粒磁性磨料由基體、磨料和結合劑三部分組成，典型構成如圖所示。

以金剛石為例，磁性磨粒的理想結構

磁性磨料的化學成分及其配比和結構是決定磁性磨料性能的關鍵因素。一般鐵磁相和硬質相最佳配比為4:1，且用于研磨的磁性磨料各成分應滿足以下要求：

1.基體

即鐵磁相，是磁性磨料的磁載體。應能在磁場中很好地被磁化，并具有高導電性。它的維氏硬度一般為加工工件硬度的0.8~1倍。如鐵、鈷、鎳、鋼、鋁鎳合金、鋇的鐵素體、鎂-鋇合金等；

2.磨料

磨料是兼有磨削、研磨、拋光作用的一種粒狀物質。它的維氏硬度應大于工件材料維氏硬度的1.2~1.5倍，具有一定的強度，且不與其它材料發生化學反應，如碳化硅、金剛石、氧化鋁、碳化鈦、碳化鎢、氮化鈦、碳化硼、TiB₂和CBN等；

3.結合劑

結合劑是將鐵磁體和磨料以一定的強度和方式結合起來。在粘結磁性磨料中，結合劑（即粘結劑）應具有良好的耐高溫、抗氧化、抗老化性能以及穩定的理化性能，且不影響鐵磁體的導磁性能。粉末冶金磁性磨料中，結合劑應能改善基體和硬質相磨料的潤濕性。

由磁性磨料的組成和性能要求可發現，能用于磁力研磨的磁性磨料種類很多。最簡單的磁性磨料是滿足一定性能要求的鐵氧體（如Fe₃O₄）、鐵磁金屬以及鐵合金粉末（如Fe-C、Fe-Al-C、Fe-Ti等），用于研磨軟質合金、有色金屬以及去除軟的氧化薄膜。對于研磨耐磨材料，則需采用氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等硬質磨料與鐵磁性粉末復合，其中主要是以下三個系列：

①氧化鋁系列：加工材料為高碳鋼，合金鋼和軸承鋼零件，不宜加工硅酸鹽材料（如玻璃，陶瓷，混泥土，耐火材料等）；

②碳化物系列：其中SiC/Fe加工材料為鑄鐵，銅鋁合金零件；

③金剛石系列：加工材料為硬脆或超硬脆材料，如硬質合金，陶瓷，玻璃和寶石等。

磁性磨料 SEM 圖

左：SiC磁性磨料；右：金剛石磁性磨料

二、磁性磨料的制備

目前磁性磨料的制備方法有很多，分類的話主要可分為：1）傳統的機械方法；2）化學方法；3）霧化快凝法；4）燒結法；5）粘結法。

其中，傳統機械方法的效果較差，一般不實用；化學方法（包括自蔓延燃燒法、復合鍍層法等）以及霧化快凝法存在控制難或成本高等問題；燒結法（包括熱壓燒結法、激光燒結法、電爐燒結法等）制備的磨料相與鐵磁體相有很好的結合強度，耐用度高，使用壽命長，但激光燒結法的成本較高；粘結法則制備方法相對簡單且加工成本低，但使用溫度較高時很可能會影響使用壽命。

總之，磁性磨料的制備技術是磁性研磨加工的核心問題，它的發展可以加速并促進磁性研磨加工技術在實際生產中的推廣應用。

資料來源：

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