CN102516874A

CN102516874A - 金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液及其制备方法

Info

Publication number: CN102516874A
Application number: CN2011103525544A
Authority: CN
Inventors: 金洙吉; 苑泽伟; 李强; 康仁科
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明属于超硬材料抛光技术领域，公开了一种金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液及其制备方法。其特征是采用绿色强氧化剂高铁酸钾作为主要成分，加入适量的碳化硼磨料配制抛光液。在常温条件下，陶瓷抛光盘和碳化硼磨料的机械作用使金刚石切削刀具表面产生损伤，借助高铁酸钾的强氧化作用实现刀具表面材料的微量去除。此外，还通过添加一氧化镍等催化剂以提高材料去除，添加稳定剂和分散剂以改善抛光液性能。本发明的效果和益处是所制备的抛光液刃磨金刚石刀具，可实现刀具100纳米以下的钝圆半径、纳米和亚纳米级的表面粗糙度和超低损伤的表面质量，有助于提高刀具寿命和工件加工质量。

Description

金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液及其制备方法

技术领域

本发明属于超硬材料抛光技术领域，涉及到一种金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液及其制备方法。

背景技术

随着超精密切削加工技术的应用与推广，超精密切削的加工精度逐渐向纳米尺度及其极限精度发展。在超精密切削加工中，为了使加工零件获得纳米、亚纳米特征的加工精度，除了需要超精密机床、高分辨率的检测仪器和超稳定的加工环境外，高精度、低损伤的金刚石刀具是必须具备的条件，尤其是圆弧刃金刚石刀具。例如，在光学反射镜和光学模具超精密加工中，不仅要求金刚石刀具切削刃圆钝圆半径小于100nm，而且要求刀尖圆弧轮廓精度小于50nm，刀具表面粗糙度Ra小于10nm，刀具亚表面损伤小于2nm。可见金刚石切削刀具的刃磨技术严重制约了其在超精密加工中的应用。

目前最常使用的金刚石刀具刃磨方法是机械刃磨方法。机械刃磨法一般采用直径为300～400mm的铸铁研磨盘，在盘面涂敷含1～50μm金刚石磨粒的研磨膏后，对其进行预研使金刚石磨粒嵌入铸铁研磨盘面的微孔，然后以常用转速3000r/min对金刚石刀具进行刃磨。或者采用粒度为0.5～10um金刚石砂轮以磨削的方式机械去除金刚石以达到刃磨金刚石刀具的目的。虽然该方法可以使金刚石表面粗糙度达到纳米级，但刃磨时间较长。并且，由于该方法对刀具刀口具有不连续的冲击，要使切削刃钝圆半径低于70～80nm比较困难。另外刃磨过程中接触压力较大，金刚石刀具存在一定的亚表面损伤。这些亚表面损伤会降低刀具表层金刚石原子的稳定性，使刀具的耐磨性下降。随着刀具表面的磨损，刀刃表面粗糙度增大，进而又加剧刀具的磨损。最终加剧降低刀具的寿命和工件的表面质量。

因此，本发明针对机械刃磨方法存在无法实现纳米级钝圆半径、表面粗糙度高、亚表面损伤大、刃磨时间长等问题，提出采用化学机械耦合抛光的方法刃磨金刚石刀具。该方法以碳化硼、碳化硅或氧化铝陶瓷盘为抛光盘，并滴加相应的抛光液，降低机械去除所带来的损伤，优先去除金刚石刀具表面具有损伤的材料，逐渐消除刀具表面的亚表面损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液及其制备方法，解决目前机械刃磨金刚石切削刀具所存在的刀具表面粗糙度高、亚表面损伤大、刃磨时间长、无法实现纳米级钝圆半径等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液，其特征在于，它包括磨料、氧化剂、催化剂、分散剂、稳定剂、PH调节剂和去离子水，各原料所占质量百分比为：

磨料：4～13.5％；

氧化剂：4.5～16％；

稳定剂：0.65～1.8％；

分散剂：6.5～19.5％；

催化剂：0.2～2％；

去离子水：50～80％；

PH调节剂：0.65～2％；各原料质量百分比之和为100％；

所述的磨料是粒径为30nm-2μm的碳化硼磨料；

所述的氧化剂是纯度为70～95％的高铁酸钾；

所述的催化剂为具有催化氧化功能的金属氧化物粉末，如一氧化镍、三氧化二铬、氧化铈、氧化铜；

所述的分散剂为15-100nm的水溶硅溶胶；

所述的稳定剂为硅酸钠；

所述的PH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾。

上述抛光液的制备方法，包括如下步骤：

1)选取磨料、氧化剂、稳定剂、分散剂、催化剂、PH调节剂和去离子水原料备用，各原料所占质量百分比为：磨料：4～13.5％；氧化剂：4.5～16％；稳定剂：0.65～1.8％；分散剂：6.5～19.5％；催化剂：0.2～2％；PH调节剂：0.65～2％；去离子水：50～80％；各原料质量百分比之和为100％；

2)按上述质量百分比将PH调节剂加入到去离子水中，充分搅拌并冷却，配置成强碱溶液；

3)按上述质量百分比将稳定剂和分散剂加入到强碱溶液中，充分搅拌，制备成混合溶液；

4)按上述质量百分比将磨料加入到混合溶液中，超声波搅拌10～30min，使得磨料在去离子水中充分分散，配制成悬浮液，静置1h使悬浮液充分稳定；

5)在悬浮液中按上述质量百分比加入氧化剂和催化剂，轻微搅拌使氧化剂缓慢溶解完全，配制成抛光液。

所述抛光液的使用方法是采用碳化硼、碳化硅或氧化铝陶瓷抛光盘以50～500r/min的转速与金刚石刀具对磨，在接触面附近滴加所述抛光液，以达到化学机械耦合刃磨的目的。

本发明的效果和益处是：本发明采用绿色强氧化剂高铁酸钾为主要成分并添加碳化硼磨料配制抛光液，可在低温或室温条件下对金刚石切削刀具刃磨。由于采用均质的碳化硼、碳化硅或氧化铝陶瓷作为抛光盘，避免了对金刚石刀尖的冲击，便于实现纳米级钝圆半径。抛光液中碳化硼磨料硬度小于金刚石，高铁酸钾具有很强的化学活性，即可避免硬质颗粒给金刚石刀具表面带来的损伤，也加快了刀具刃磨速度，实现金刚石刀具纳米级低损伤刃磨。此外，通过采用分散剂、稳定剂和PH调节剂等添加剂，提高抛光液的分散稳定性和化学稳定性。

附图说明

图1是采用机械刃磨的方法得到的刀具表面质量。

图2是采用本发明的抛光液刃磨金刚石刀具得到的刀具表面质量。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细说明本发明具体实施例。

实施例：

一种金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液及其制备方法。它包括如下步骤：

1)按各原料所占质量百分比为：磨料：9.2％、氧化剂：9.4％、稳定剂：1.6％；分散剂：15.5％；催化剂：1％；PH调节剂：1.3％；去离子水：62％；选取磨料、氧化剂、稳定剂、分散剂、催化剂、PH调节剂和去离子水原料备用；

所述的磨料为碳化硼，纯度为98％，粒度为1μm；所述的氧化剂为高铁酸钾；所述的稳定剂为硅酸钠；所述的分散剂为30％的硅溶胶；所述的催化剂为三氧化二铬；所述的PH值调节剂为氢氧化钠。

在室温条件下，采用按实施例制备的抛光液，在精密研磨抛光机上进行了刃磨试验。抛光盘采用碳化硼陶瓷盘，抛光盘转速为60r/min。抛光2h后金刚石刀具表面形貌如图2所示。机械抛光后金刚石刀具前刀面如图1所示。可见机械刃磨后金刚石刀具表面残留有许多划痕，而采用实施例制备的抛光液刃磨后，刀具表面十分光滑。

Claims

1.一种金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液，其特征在于，它包括磨料、氧化剂、催化剂、分散剂、稳定剂、PH调节剂和去离子水，各原料所占质量百分比为：

磨料：4～13.5％；

氧化剂：4.5～16％；

稳定剂：0.65～1.8％；

分散剂：6.5～19.5％；

催化剂：0.2～2％；

去离子水：50～80％；

PH调节剂：0.65～2％；

各原料质量百分比之和为100％；

所述的磨料是粒径为30nm-2μm的碳化硼磨料；

所述的氧化剂是纯度为70～95％的高铁酸钾；

所述的催化剂为具有催化氧化功能的金属氧化物粉末，具有催化氧化功能的金属氧化物是一氧化镍、三氧化二铬、氧化铈、氧化铜；

所述的分散剂是粒径为15-100nm的水溶硅溶胶；

所述的稳定剂为硅酸钠；

所述的PH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾。

2.权利要求1所述抛光液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按权利要求1所述的比例配料；

2)将PH调节剂加入到去离子水中，充分搅拌并冷却，配置成强碱溶液；

3)将稳定剂和分散剂加入到强碱溶液中，充分搅拌，制备成混合溶液；

4)将磨料加入到混合溶液中，超声波搅拌10～30min，使得磨料在去离子水中充分分散，配制成悬浮液，静置1h使悬浮液充分稳定；

5)在悬浮液中加入氧化剂和催化剂，搅拌使氧化剂缓慢溶解完全，配制成抛光液。

3.应用权利要求2所述抛光液的方法，其特征是采用碳化硼、碳化硅或氧化铝陶瓷抛光盘以50～500r/min的转速与金刚石刀具对磨，在接触面附近滴加抛光液。