CN102107389A - 一种非晶合金抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非晶合金抛光方法，该方法包括：1)将非晶合金进行机械抛光，得到粗糙度Ra为0.05-0.2μm的非晶合金；2)对步骤(1)所制得的非晶合金除蜡，得到经过除蜡的非晶合金；3)将经过除蜡的非晶合金，在保护气氛或者真空条件下，用激光将非晶合金表面熔融，然后冷却至室温，获得经过激光处理的非晶合金；4)对步骤(3)中制备的经过激光处理的非晶合金进行机械抛光，获得粗糙度Ra为0.01-0.025μm的非晶合金，经过本发明所提供的非晶合金抛光方法所获得的非晶合金不仅具有较低的表面粗糙度，还具有较高的表面硬度。

Description

一种非晶合金抛光方法
技术领域
本发明涉及一种合金的抛光方法，特别涉及一种非晶合金抛光方法。
背景技术
非晶合金是组成原子呈长程无序、短程有序的一类新型合金材料。由于其独特的微观结构，因而具有比常规晶态金属材料优异的力学、物理和化学等性能。
通常，传统方法制备的非晶合金的冷速高达104-106K/s，由于非晶合金为了获得如此高的冷却速率，需将融化的金属或合金喷射到导热性好的基底上，获得的非晶合金也只能是一些薄带或细丝，近年来人们通过对低临界冷却速率的非晶合金研究，发现了一些非晶形成临界速率低至100K/s以下的合金系，可通过简单的熔体水淬法或铜模铸造法制备出大块非晶合金。由于锆基大块非晶合金具备良好的非晶形成能力、力学性能以及热稳定性而备受人们关注，其中Zr-Al-Cu-Ni体系是迄今为止最好的大块非晶合金形成体系之一。
抛光处理素有“工业产品美容师”之称，在科学技术不断发展的今天，产生发展了很多精密抛光技术，如弹性发射抛光、磁流体抛光、浮动研磨抛光、水合研磨抛光、离子束抛光等等，这些抛光方法可以使产品在精度、表面粗糙度方面达到更高的标准，但是这些技术由于成本太高，还没有达到量产的要求，因而传统的机械抛光在抛光领域仍是普遍采用的抛光技术。
而具有强度高、硬度高、耐磨性好等很多优点的非晶材料现已受到广泛关注，手机等消费品领域也已开始使用，但是关于其抛光的工艺少有文献报道。由于非晶合金本身的高硬度，使得采用现有技术对于非晶合金的镜面抛光非常困难，而且由于非晶合金大都采用压铸制备，压铸可以成型设计极其复杂的合金产品，然而非晶和技能压铸产品又普遍存在致密性不及辊压的板材，抛光性能不好，容易起麻点的缺点，无法达到镜面抛光效果，这也制约了非晶合金压铸产品的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服现有技术对非晶合金抛光困难的抛光方法。
本发明提供的非晶合金抛光方法具体工艺如下：
一种非晶合金抛光方法，该方法包括：
1)对非晶合金进行机械抛光，得到粗糙度为0.05-0.2μm的非晶合金；
2)对步骤(1)所制得的非晶合金除蜡，得到经过除蜡的非晶合金；
3)将经过除蜡的非晶合金，在保护气氛或者真空条件下，用激光将非晶合金表面熔融，然后冷却至室温，获得经过激光处理的非晶合金；
4)对步骤(3)中制备的经过激光处理的非晶合金进行机械抛光，获得粗糙度Ra为0.01-0.025μm的非晶合金。
通过本发明所提供的非晶合金的表面处理方法，不仅可以得到表面粗糙度为Ra小于0.025μm的非晶合金，而且可以使得非晶合金的硬度达到HV550-600。
具体实施方式
现有技术中，有关合金的表面抛光方法，在近些年来有了很大的发展，尤其是出现了很多精密抛光技术，如弹性发射抛光、磁流体抛光、浮动研磨抛光、水合研磨抛光、离子束抛光等等，这些抛光方法可以使产品在精度、表面粗糙度方面达到更高的标准，但是这些方法由于成本较高，还没有大量用于实际生产，而且对于像非晶合金这样的高硬度的合金来说，镜面抛光存在许多技术难点。因此采用上述的方法，难以达到对非晶合金表面进行精细加工的目的，而如果直接简单采用传统的电化学抛光或者机械抛光，由于压铸件的组织致密度不够，又无法达到镜面抛光的效果，本发明的发明人通过大量实验发现，通过对非晶合金进行表面激光熔融，然后进行机械抛光，可以有效提高非晶合金表满的光洁度，降低表面粗糙度，而且由于在对非晶合金表面进行熔融后，再冷却加工，可以提高非晶合金的表层合金的密实程度，使得非晶合金表层结构更加密实，从而提高了非晶合金的硬度。
下面就具体说明本发明所提供的非晶合金的抛光方法。
本发明提供一种非晶合金抛光方法，该方法包括
1)将非晶合金进行机械抛光，得到粗糙度Ra为0.05-0.2μm的非晶合金；
2)对步骤1所制得的非晶合金除蜡，得到经过除蜡的非晶合金；
3)将经过除蜡的非晶合金，在保护气氛或者真空条件下，用激光将非晶合金表面熔融，然后冷却至室温，获得经过激光处理的非晶合金；
4)对步骤3中制备的经过激光处理的非晶合金进行机械抛光，获得粗糙度Ra为0.01-0.025μm的非晶合金。
其中，步骤1中利用东莞钜铧机械砂带机在线速度20-35m/s的情况下，将该产品抛光至粗糙度Ra0.05-0.08μm，采用恒达五金的除蜡水在超声波清洗槽中清洗，将该产品抛光至粗糙度Ra0.15-0.08μm，然后对上述非晶合金进行超声除蜡清洗，其中本发明中所采用的除蜡方法为本领域技术人员所公知的除蜡方法，例如可以用配比2-5％的XQS-801通用除蜡水在70℃的情况下超声波清洗非晶抛光产品5-10min。然后经过漂洗和风干即可做后续步骤。还可以在除蜡步骤后，将非晶合金样品依次通过除油、除锈，其中所述的除油步骤中所采用的除油方法可以为本领域所公知的各种方法，如可以采用磷酸钠、硅酸钠和碳酸钠组成的除油溶剂，其中磷酸钠的浓度为30-50％，硅酸钠的浓度为10-25％，碳酸钠的浓度为10-20％，除油时温度为55-75℃，除油的时间为2-5min，除锈液可以采用本领域技术人员所公知的各种除锈液，如用磷酸、硫酸、盐酸、氢氟酸和硫脲组成的除锈液，其中按体积分，硫酸含量为10％-25％，盐酸的含量为0.5-2％，氢氟酸的含量为10-20％，余量为磷酸，在除锈液中加入的硫脲的量为每升0.5-3g，除锈时，除锈液的温度为55-75℃，除锈时间为2-5min，在除油或除锈后，都应该加入水洗的步骤，所述的水洗的步骤均可以采用蒸馏水或去离子水，水洗步骤可以对非晶合金样品淋洗3-5次。
经过上述步骤获得表面粗糙度Ra为0.05-0.08的非晶合金样品。
将上述粗糙度Ra为0.05-0.08的非晶合金样品，放入深圳市大族激光科技股份有限公司生产的PB300中，在保护气体或真空条件下、操作条件为脉冲宽度12ms，脉冲频率40Hz，功率250W，激光表面移动速率7mm/s的条件下，使得非晶合金工件表面熔融，然后冷却至室温，然后对经过激光处理的非晶合金进行机械抛光，最终获得表面粗糙度为0.01-0.025μm的非晶合金。
其中，机械抛光为本领域所公知的各种机械抛光方法，如砂带机抛光、布轮抛光，在本发明中，所采用的是机械抛光方法为布轮抛光方法。真空条件的真空度为10-2-100Pa，保护气氛气体选自氦气、氖气、氮气、氩气中的一种。
本发明提供一种优选的具体的非晶合金制备方法：
1、将尺寸为100mm×10mm×3mm的非晶合金在LP40双头抛光机上抛光3-5min，经过粗糙度测试，得到表面粗糙度0.05-0.13μm的非晶合金样品；
2、将步骤1制备的非晶合金样品，放入除蜡水(恒达五金有限公司的XQS-801)中在65-80℃的情况下浸泡5-10min，然后用去离子水冲洗2-3次，获得经过处理的非晶合金；
3、在Ar保护条件下，将步骤3制备的非晶合金放入深圳市大族激光科技股份有限公司的PB300激光焊接机中，使得激光光源沿非晶合金表面以10mm/s的速度移动，将非晶合金的表面加热至750℃-950℃，以20-400K/s的冷却速度冷却非晶合金至室温，获得经过激光处理的非晶合金；
4、将步骤3制备的非晶合金样品以，获得本发明所提供的非晶合金，对经过上述处理的产品进行抛光处理可以得到表面粗糙度为镜面效果。
下面就结合具体的实施例来对本发明所提供的非晶合金的制备方法，以及通过该方法制备的非晶合金。
实施例1
本实施例用来说明本发明所提供的非晶合金及其制备方法。
将非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，将该工件放入LP40双头抛光机上将该产品抛光至粗糙度Ra为0.08μm的非晶合金，然后将经过抛光的非晶合金工件放入配比5％的XQS-801通用除蜡水在70℃的情况下超声波清洗非晶抛光产品6min，然后经过去离子水漂洗2次、风干，然后将工件放入深圳市大族激光科技股份有限公司的PB300激光焊接机中，在操作条件为脉冲宽度12ms，脉冲频率40Hz，功率250W，激光表面移动速率7mm/s，氩气保护的条件下，对非晶合金表面进行熔融，激光熔融时间为3mins，然后将工件以25K/s的冷却速度冷却至室温，获得经过激光处理的非晶合金，然后将经过激光处理的非晶合金，经过将经过处理的非晶合金放入LP40双头抛光机上将该产品抛光至粗糙度Ra为0.012Ra/μm，得到非晶合金抛光样品A1。
实施例2
本实施例用来说明本发明所提供的非晶合金及其制备方法。
将非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，将该工件放入LP40双头抛光机上将该产品抛光至粗糙度Ra为0.05μm的非晶合金，然后将经过抛光的非晶合金工件放入配比5％的XQS-801通用除蜡水在70℃的情况下超声波清洗非晶抛光产品8min，经过漂洗和风干将工件放入深圳市大族激光科技股份有限公司的PB300激光焊接机中，在操作条件为脉冲宽度5ms，脉冲频率80Hz，功率400W，激光表面移动速率7mm/s，真空度为10-2Pa的条件下，对非晶合金表面进行熔融，激光熔融时间为3mins，然后将工件以400K/s的冷却速度冷却至室温，获得经过激光处理的非晶合金，然后将经过激光处理的非晶合金，经过将经过处理的非晶合金放入LP40双头抛光机上将该产品抛光至粗糙度Ra为0.014Ra/μm，得到非晶合金抛光样品A2。
实施例3
本实施例用来说明本发明所提供的非晶合金及其制备方法。
将非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，将该工件放入LP40双头抛光机上将该产品抛光至粗糙度Ra为0.2μm的非晶合金，然后将经过抛光的非晶合金工件放入配比5％的XQS-801通用除蜡水在70℃的情况下超声波清洗非晶抛光产品10min，经过漂洗和风干，将工件放入深圳市大族激光科技股份有限公司的PB300激光焊接机中，在操作条件为脉冲宽度30ms，脉冲频率40Hz，功率250W，激光表面移动速率7mm/s，真空度为100Pa的条件下，对非晶合金表面进行熔融，激光熔融时间为3mins，然后将工件以100K/s的冷却速度冷却至室温，获得经过激光处理的非晶合金，然后将经过激光处理的非晶合金，经过将经过处理的非晶合金放入LP40双头抛光机上将该产品抛光至粗糙度Ra为0.013Ra/μm，得到非晶合金抛光样品A3。
对比例1
将非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，将将该工件放入LP40双头抛光机上将该产品抛光至粗糙度Ra为的情况下将该产品抛光至粗糙度Ra为0.09μm的非晶合金，然后再将该工件放入LP40双头抛光机上将该产品抛光，得到非晶合金抛光样品B1。
实施例4-6
本实施例用来测试实施例1-3所制备的非晶合金样品A1-A3的各项性能，其中包括：
表面粗糙度测试
按照GB1031-83的标准中所述的测试方法可以测得实施例1-3所制备的非晶合金样品A1-A3的表面粗糙度，粗糙度的数值越小，表示零件表面越平整、光滑，这是目前国家标准和国际标准的表示方法，测试结果见表1。
表面硬度测试
按照ASTM E384-08材料显微硬度测试方法的标准中所述的测试方法可以测得实施例1-3所制备的非晶合金样品A1-A3的表面硬度，测试结果见表1。
对比例2
本对比例用来测试对比例1所制备的样品B1的各项性能，所述的各项性能与实施例4-6中所述的各项测试性能相同，测试结果见表1。
表1
  粗糙度Ra/μm   硬度HV/MPa
  A1   0.012   569
  A2   0.014   587
  A3   0.013   577
  B1   0.027   528
从表1上可以看出来，通过本发明所提供的抛光方法，抛光的非晶合金表面粗糙度最高为0.014Ra/μm，最低为0.012Ra/μm，硬度最高为587HV/MPa，最低为569HV/MPa，与对比例1提供的样品B1的粗糙度为0.019 Ra/μm，硬度为由此可以看出本发明所提供的非晶合金抛光方法可以有效抛光非晶合金，而且通过本发明所提供的抛光方法可以提高非晶合金的硬度。

Claims (6)

1.一种非晶合金抛光方法，该方法包括：
1)对非晶合金进行机械抛光，得到粗糙度为0.05-0.2μm的非晶合金；
2)对步骤(1)所制得的非晶合金除蜡，得到经过除蜡的非晶合金；
3)将经过除蜡的非晶合金，在保护气氛或者真空条件下，用激光将非晶合金表面熔融，然后冷却至室温，获得经过激光处理的非晶合金；
4)对步骤(3)中制备的经过激光处理的非晶合金进行机械抛光，获得粗糙度为0.01-0.025μm的非晶合金。
2.根据权利要求1所述的非晶合金抛光方法，其中步骤(3)中所述激光的脉冲宽度为5-40ms，脉冲频率20-100Hz，功率200-800W。
3.根据权利要求1所述的非晶合金抛光方法，其中步骤(3)中所述的激光将非晶合金表面熔融的过程中，激光在非晶合金表面移动速率3-12mm/s。
4.根据权利要求1所述的非晶合金抛光方法，其中步骤(3)中所述的真空条件的真空度为10-2-100Pa。
5.根据权利要求1所述的非晶合金抛光方法，其中步骤(3)中所述的冷却的速度为20-400K/s。
6.根据权利要求1所述的非晶合金抛光方法，其中步骤(3)中所述的保护气氛气体选自氦气、氖气、氮气、氩气中的一种。
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