CN104293206B - 用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用 - Google Patents
用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104293206B CN104293206B CN201410490804.4A CN201410490804A CN104293206B CN 104293206 B CN104293206 B CN 104293206B CN 201410490804 A CN201410490804 A CN 201410490804A CN 104293206 B CN104293206 B CN 104293206B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bearing steel
- polishing
- ultra
- polishing fluid
- polishing solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 125
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 101
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title abstract 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 17
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 claims description 13
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 claims description 3
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 27
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 12
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 abstract description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000010432 diamond Substances 0.000 abstract description 6
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 abstract description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 abstract description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 abstract description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-M iodate Chemical compound [O-]I(=O)=O ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 abstract description 3
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Inorganic materials [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 3
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N periodic acid Chemical compound OI(=O)(=O)=O KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L persulfate group Chemical group S(=O)(=O)([O-])OOS(=O)(=O)[O-] JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 abstract description 2
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 abstract 2
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 abstract 2
- 241001597008 Nomeidae Species 0.000 abstract 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 33
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 24
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 19
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 16
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 16
- 229960002449 glycine Drugs 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 9
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 7
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 6
- YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzothiazole-2-thiol Chemical compound C1=CC=C2SC(S)=NC2=C1 YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 235000013905 glycine and its sodium salt Nutrition 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 4
- MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N Serine Natural products OCC(N)C(O)=O MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 229940075614 colloidal silicon dioxide Drugs 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- YHMYGUUIMTVXNW-UHFFFAOYSA-N 1,3-dihydrobenzimidazole-2-thione Chemical compound C1=CC=C2NC(S)=NC2=C1 YHMYGUUIMTVXNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGJCBBASTRWVJL-UHFFFAOYSA-N 1,3-thiazolidine-2-thione Chemical compound SC1=NCCS1 WGJCBBASTRWVJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JWYUFVNJZUSCSM-UHFFFAOYSA-N 2-aminobenzimidazole Chemical compound C1=CC=C2NC(N)=NC2=C1 JWYUFVNJZUSCSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LDZYRENCLPUXAX-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-benzimidazole Chemical compound C1=CC=C2NC(C)=NC2=C1 LDZYRENCLPUXAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2h-benzotriazole Chemical compound CC1=CC=CC2=NNN=C12 CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NSPMIYGKQJPBQR-UHFFFAOYSA-N 4H-1,2,4-triazole Chemical compound C=1N=CNN=1 NSPMIYGKQJPBQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MVPKIPGHRNIOPT-UHFFFAOYSA-N 5,6-dimethyl-2h-benzotriazole Chemical compound C1=C(C)C(C)=CC2=NNN=C21 MVPKIPGHRNIOPT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 glycine complexes iron ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000007521 mechanical polishing technique Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F3/00—Brightening metals by chemical means
- C23F3/04—Heavy metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用，该抛光液包括：0.01～40wt％的研磨颗粒；0～10wt％的氧化剂；0.1～10wt％的金属络合剂；0～5wt％的金属缓蚀剂；以及余量的水，其中，研磨颗粒选自单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、煅制二氧化硅和胶体二氧化硅中的至少一种，氧化剂选自高碘酸盐、碘酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐和过氧化氢中的至少一种，金属络合剂选自氨、氨基酸和有机酸中的至少一种，金属缓蚀剂选自含氮杂环衍生物、含硫杂环衍生物和同时含有氮、硫的杂环衍生物中的至少一种。使用该抛光液得到的轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性，因此使得该轴承钢可以应用于精密器件中。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体而言，本发明涉及一种用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用。
背景技术
由于轴承钢(如GCr15轴承钢)具有优良的机械性能，并且较易生产，因此被广泛应用于机械制造领域。轴承钢的表面质量对工程零部件的功能特性具有至关重要的影响，如摩擦系数和耐磨性。近年来，工业界对使用轴承钢作为原材料的精密器件的需求逐渐增加。为了实现满意的器件功能特性，要求轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量。但是目前的技术手段很难实现具有纳米级表面粗糙度的超光滑轴承钢表面。化学机械抛光技术通过抛光液的化学反应和机械研磨的协同作用，能够实现超光滑无损伤表面。因此，可以采用化学机械抛光技术来实现超光滑轴承钢表面。抛光液是整个化学机械抛光技术的关键技术之一，因此，研制能够实现超光滑轴承钢表面的抛光液至关重要。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用，该抛光液能够有效地实现高的轴承钢材料去除速率，并且在轴承钢表面形成一层致密的钝化膜，防止在抛光过程中出现过腐蚀，从而使得轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液，包括：
0.01～40wt％的研磨颗粒；
0～10wt％的氧化剂；
0.1～10wt％的金属络合剂；
0～5wt％的金属缓蚀剂；以及
余量的水，
其中，
所述研磨颗粒为选自单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、煅制二氧化硅和胶体二氧化硅中的至少一种，
所述氧化剂为选自高碘酸盐、碘酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐和过氧化氢中的至少一种，
所述金属络合剂选自氨、氨基酸和有机酸中的至少一种，
所述金属缓蚀剂为选自含氮杂环衍生物、含硫杂环衍生物和同时含有氮、硫的杂环衍生物中的至少一种。
根据本发明实施例的用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液通过化学反应和机械研磨的协同作用，能够有效地实现高的轴承钢材料去除速率，并且在轴承钢表面形成一层致密的钝化膜，防止在抛光过程中出现过腐蚀，从而获得超光滑轴承钢表面，同时通过添加金属络合剂，可以使得金属络合剂与轴承钢表面形成的氧化物或金属离子进行反应形成可溶性络合物，进而提高材料去除率，减少金属氧化物颗粒造成的缺陷，从而使得轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性，因此该轴承钢可以应用于精密器件中，如轴承滚珠，轴承圆柱滚子和密封试验中的超精密接触表面。
另外，根据本发明上述实施例的用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述金属络合剂为氨基酸，优选氨基乙酸。由此，可以进一步提高轴承钢材料去除率。
在本发明的一些实施例中，所述金属缓蚀剂选自1,2,4-三唑、苯并三氮唑、4-甲基-1H-苯并三氮唑、5-甲基-1H-苯并三氮唑、5,6-二甲基-1H-苯并三氮唑、咪唑、2-巯基噻唑啉、2-巯基苯骈噻唑、2-氨基苯并咪唑、2-巯基苯并咪唑和2-甲基苯并咪唑中的至少一种。由此，可以在轴承钢表面形成一层钝化膜，防止在抛光中出现过腐蚀，从而显著提高轴承钢表面质量。
在本发明的一些实施例中，所述用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液包括：0.01～40wt％的所述胶体二氧化硅；0～10wt％的所述过氧化氢；0.1～10wt％的所述氨基乙酸；0～5wt％的所述苯并三氮唑；以及余量的水。由此，可以显著提高轴承钢材料去除速率，获得超光滑轴承钢表面。
在本发明的一些实施例中，所述用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液包括：1～20wt％的所述胶体二氧化硅；0～5wt％的所述过氧化氢；0.1～5wt％的氨基乙酸；0～1wt％的所述苯并三氮唑；以及余量的水。由此，可以进一步提高轴承钢材料去除速率，获得超光滑轴承钢表面。
在本发明的一些实施例中，所述用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液包括：4～12wt％的所述胶体二氧化硅；0.01～1wt％的所述过氧化氢；0.75wt％的所述氨基乙酸；0.006～0.12wt％的所述苯并三氮唑；以及余量的水。由此，可以进一步提高轴承钢材料去除速率，获得超光滑轴承钢表面。
在本发明的一些实施例中，所述抛光液的pH为2.0～8.0，优选3.0～5.0。由此，既可以保证该抛光液具有较高的轴承钢材料去除速率，又可以保证较低的轴承钢表面粗糙度。
在本发明的一些实施例中，所述抛光液的pH调节剂为选自硝酸、硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的至少一种，优选硝酸和氢氧化钾中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述胶体二氧化硅的粒径为10～200nm。由此，可以进一步保证该抛光液具有较高的轴承钢材料去除速率和较低的表面粗糙度。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种对轴承钢表面进行抛光的方法，该方法采用上述所述的抛光液对所述轴承钢表面进行抛光。由此，可以获得超光滑轴承钢表面。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的对轴承钢表面进行抛光的方法技术示意图；
图2是抛光前轴承钢表面形貌图；
图3是采用本发明一个实施例的抛光液1对轴承钢表面进行抛光后的轴承钢表面形貌图；
图4是采用本发明一个实施例的抛光液2对轴承钢表面进行抛光后的轴承钢表面形貌图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液。根据本发明的实施例，该抛光液包括：0.01～40wt％的研磨颗粒；0～10wt％的氧化剂；0.1～10wt％的金属络合剂；0～5wt％的金属缓蚀剂；以及余量的水，根据本发明的具体实施例，研磨颗粒可以为选自单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、煅制二氧化硅和胶体二氧化硅中的至少一种，氧化剂可以为选自高碘酸盐、碘酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐和过氧化氢中的至少一种，金属络合剂选自氨、氨基酸和有机酸中的至少一种，金属缓蚀剂为选自含氮杂环衍生物、含硫杂环衍生物和同时含有氮、硫的杂环衍生物中的至少一种。
发明人发现，研磨颗粒通过其机械研磨作用可以去除与研磨颗粒相接触的轴承钢表面反应物，从而实现轴承钢材料的去除，并且通过添加金属络合物，使得金属络合物可以与轴承钢表面形成的氧化物或金属离子进行反应形成可溶性络合物，进而提高材料去除率，减少金属氧化物颗粒造成的缺陷，另外，金属缓蚀剂可以在轴承钢表面形成一层致密的钝化膜，从而可以防止在抛光中出现过腐蚀，因此通过采用化学反应和机械研磨的协同作用，可以获得超光滑轴承钢表面，并且发明人通过大量实验意外发现，使用本发明配方组合的抛光液，可以使得轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性，因此该轴承钢可以应用于精密器件中，如轴承滚珠，轴承圆柱滚子和密封试验中的超精密接触表面。
根据本发明的具体实施例，金属络合剂可以为氨基酸，优选氨基乙酸。发明人通过大量实验意外发现，使用氨基乙酸作为金属络合剂可以明显优于使用其他金属络合剂在大幅度提高轴承钢材料去除率的同时，使得轴承钢表面粗糙度增幅最小。这是因为在酸性条件下，氨基乙酸通过氨基和羧基络合轴承钢表面的铁离子，生成可溶性络合物，从而提高轴承钢材料去除速率。相对于氨基乙酸，丝氨酸对轴承钢材料去除速率的提升作用有限，这可能是由于丝氨酸分子中的羟基作用；而草酸会严重恶化轴承钢的表面质量，这主要是由于草酸分子中两个羧基的络合作用过强。
根据本发明的具体实施例，金属缓蚀剂可以为选自1,2,4-三唑、苯并三氮唑、4-甲基-1H-苯并三氮唑、5-甲基-1H-苯并三氮唑、5,6-二甲基-1H-苯并三氮唑、咪唑、2-巯基噻唑啉、2-巯基苯骈噻唑、2-氨基苯并咪唑、2-巯基苯并咪唑、2-甲基苯并咪唑中的至少一种。由此，可以在轴承钢表面形成一层钝化膜，防止在抛光中出现过腐蚀，从而显著提高轴承钢表面质量。
根据本发明的具体实施例，用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液可以包括：0.01～40wt％的胶体二氧化硅；0～10wt％的过氧化氢；0.1～10wt％的氨基乙酸；0～5wt％的苯并三氮唑；以及余量的水。发明人发现，随着过氧化氢质量分数增加，轴承钢静态腐蚀速率逐渐减小，材料去除率先急剧增加后逐渐减小，同时发明人通过大量实验意外发现，使用氨基乙酸作为金属络合剂可以明显优于使用其他金属络合剂在大幅度提高轴承钢材料去除率的同时，使得轴承钢表面粗糙度增幅最小，由此使用本发明配方组合的抛光液，可以使得轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性，因此该轴承钢可以应用于精密器件中。
根据本发明的具体实施例，用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液可以包括：1～20wt％的胶体二氧化硅；0～5wt％的过氧化氢；0.1～5wt％的氨基乙酸；0～1wt％的苯并三氮唑；以及余量的水。由此，使用本发明配方组合的抛光液，可以进一步使得轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性，因此该轴承钢可以应用于精密器件中。
根据本发明的具体实施例，用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液可以包括：4～12wt％的胶体二氧化硅；0.01～1wt％的过氧化氢；0.75wt％的氨基乙酸；0.006～0.12wt％的苯并三氮唑；以及余量的水。由此，使用本发明配方组合的抛光液，可以进一步使得轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性，因此该轴承钢可以应用于精密器件中。
根据本发明的具体实施例，该抛光液的pH值并不受特别限制，根据本发明的实施例，该抛光液的pH可以为2.0～8.0，优选3.0～5.0。发明人发现，pH较低时，轴承钢表面容易形成腐蚀坑，并且抛光设备容易被腐蚀，而pH过高时，使得在轴承钢表面形成的氧化膜较为致密，从而使得材料去除速率显著降低，由此，选择本发明的pH范围既可以保证较高的轴承钢材料去除速率，又可以降低轴承钢表面粗糙度。
根据本发明的实施例，抛光液的pH调节剂可以为选自硝酸、硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种，优选硝酸和氢氧化钾中的至少一种。由此，可以进一步保证较高的轴承钢材料去除速率和较低的表面粗糙度。
根据本发明的实施例，胶体二氧化硅的粒径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，胶体二氧化硅的粒径可以为10～200nm。发明人发现，胶体二氧化硅的粒径过低，使得轴承钢材料去除率显著降低，而粒径过高，研磨过程中导致轴承钢表面质量变差。由此，选择胶体二氧化硅的粒径在10～200nm之间，既可以提高轴承钢材料去除率，又可以保证轴承钢表面质量。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种对轴承钢表面进行抛光的方法，该方法采用上述的抛光液对轴承钢表面进行抛光。由此，该方法能够有效地实现高的轴承钢材料去除速率，并且在轴承钢表面形成一层致密的钝化膜，防止在抛光过程中出现过腐蚀，同时通过添加金属络合剂，可以使得金属络合剂与轴承钢表面形成的氧化物或金属离子进行反应形成可溶性络合物，进而提高材料的去除率，减少金属氧化物颗粒造成的缺陷，从而使得轴承钢具有低的表面粗糙度和低的缺陷数量的功能特性，因此该轴承钢可以应用于精密器件中，如轴承滚珠，轴承圆柱滚子和密封试验中的超精密接触表面。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实验例1
抛光液配方：4wt％的胶体二氧化硅，0.75wt％的氨基乙酸，余量为水，采用硝酸和氢氧化钾调节pH值至2.0～10.0；
抛光步骤：在化学机械抛光过程中，如图1所示，抛光液以一定的流量不断补充到抛光垫上，抛光头上的样品在所施加压力的作用下与抛光垫接触，抛光垫和样品做同方向转动不断将抛光液补充到接触区域，样品表面材料在抛光液的化学反应和机械研磨的协同作用下平整性去除，从而实现局部和全局平坦化。值得注意的是，以上的使用方式是基于传统抛光机而言，对特别的抛光机系统，可以根据实际情况合理调整执行方式同样能够达到化学机械抛光目的，所用抛光机为美国Bruker公司生产的CETRCP-4台式抛光机；轴承钢为GCr15轴承钢，化学成分如表1所示，样品尺寸为：直径50.8mm，厚度1mm；抛光条件为：加载压力6.0psi，抛光头转速150rpm，抛光盘转速150rpm，抛光头和抛光盘中心间距63mm，抛光液流量100mL/min；所用抛光垫为美国DowElectronicMaterials公司生产的IC1010/Suba-IV复合抛光垫。通过测量轴承钢样品抛光前后的重量变化来计算材料去除速率。使用美国Veeco公司生产的MicroXAM三维白光干涉表面形貌仪测量轴承钢表面形貌，测量面积为173μm×128μm。在此基础上，使用相应的图像处理软件计算表面粗糙度。测试结果如表2所示。
表1GCr15轴承钢的化学成分
表2测试结果
可见，随着pH值的增加，轴承钢静态腐蚀速率和材料去除速率均逐渐减小，表面质量逐渐变好，说明了pH值对轴承钢抛光性能具有重要影响。这是由于抛光液pH值过低，轴承钢表面容易形成腐蚀坑，表面质量变差，且抛光设备容易被腐蚀；而抛光液pH值过高，轴承钢表面形成的钝化膜较为致密，使得材料去除速率较低。
实验例2
抛光液配方：4wt％的胶体二氧化硅，1.05wt％的丝氨酸或0.75wt％的氨基乙酸或0.9wt％的草酸，余量为水，采用硝酸和氢氧化钾调节pH值至4.0；
抛光步骤：同实验例1，测试结果如表3所示。
表3测试结果
可见，加入金属络合剂后，轴承钢材料去除速率明显增加，但是表面质量变差。对比发现，加入氨基乙酸后，轴承钢材料去除速率增幅较大，表面粗糙度增幅最小，因此，优选氨基乙酸作为金属络合剂。
实验例3
抛光液配方：4wt％的胶体二氧化硅，0～1wt％的过氧化氢，0.75wt％的氨基乙酸，余量为水，采用硝酸和氢氧化钾调节pH值至4.0；
抛光步骤：同实验例1，测试结果如表4所示。
表4测试结果
可见，随着过氧化氢质量分数的增加，轴承钢静态腐蚀速率逐渐减小，材料去除速率先急剧增加后逐渐减小，表面质量逐渐改善，说明过氧化氢对轴承钢抛光性能具有重要影响。
实验例4
抛光液配方：4wt％的胶体二氧化硅，1.0wt％过氧化氢，0.75wt％的氨基乙酸，0～0.12wt％苯并三氮唑，余量为水，采用硝酸和氢氧化钾调节pH值至4.0；
抛光步骤：同实验例1，测试结果如表5所示。
表5测试结果
可以看出，随着苯并三氮唑质量分数的增加，轴承钢表面质量逐渐改善，这是由于在抛光过程中，苯并三氮唑与轴承钢表面生成物发生反应，生成了一层致密的钝化膜，可以防止在抛光中出现过腐蚀。
实施例5
抛光液1配方：12.0wt％胶体二氧化硅，0.75wt％的氨基乙酸，0.015wt％过氧化氢，余量为水，采用硝酸和氢氧化钾调节pH值至4.0；
抛光液2配方：4.0wt％胶体二氧化硅，0.75wt％的氨基乙酸，1.0wt％过氧化氢，0.12wt％苯并三氮唑，余量为水，采用硝酸和氢氧化钾调节pH值至4.0；
抛光步骤：同实验例1。
抛光前的轴承钢表面形貌如图2所示，轴承钢的表面粗糙度为228nm，首先使用抛光液1对轴承钢抛光10分钟，轴承钢表面形貌如图3所示，轴承钢的表面粗糙度为5.39nm，然后使用抛光液2继续抛光6分钟，轴承钢表面形貌如图4所示，轴承钢的表面粗糙度为1.67nm。
结合图2、3和4可以看出，抛光前轴承钢表面非常粗糙且不平整，有很多微米级的机械划痕，使用抛光液1抛光后，轴承钢平均表面粗糙度由187.8nm降至5.6nm，表面变得较为光滑平整；在此基础上继续使用抛光液2抛光后，轴承钢平均表面粗糙度继续降至1.8nm，表面变得超光滑且平整。
需要注意的是，上文中描述的轴承钢平均表面粗糙度指的是轴承钢表面三个不同位置处表面粗糙度的平均值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种对轴承钢表面进行抛光的方法，其特征在于，采用用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液对所述轴承钢表面进行抛光，所述抛光液包括：
4～12wt％的所述胶体二氧化硅；
0.01～1wt％的所述过氧化氢；
0.75wt％的所述氨基乙酸；
0.006～0.12wt％的所述苯并三氮唑；以及
余量的水，
所述抛光液的pH为2.0～8.0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光液的pH为3.0～5.0。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述抛光液的pH调节剂为选自硝酸、硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胶体二氧化硅的粒径为10～200nm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述抛光液的pH调节剂为选自硝酸和氢氧化钾中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410490804.4A CN104293206B (zh) | 2014-09-23 | 2014-09-23 | 用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410490804.4A CN104293206B (zh) | 2014-09-23 | 2014-09-23 | 用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104293206A CN104293206A (zh) | 2015-01-21 |
| CN104293206B true CN104293206B (zh) | 2016-04-20 |
Family
ID=52313170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410490804.4A Active CN104293206B (zh) | 2014-09-23 | 2014-09-23 | 用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104293206B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104608046B (zh) * | 2015-01-27 | 2016-09-21 | 清华大学 | 轴承圆柱滚子圆柱面的超精加工方法 |
| CN104830235B (zh) * | 2015-04-29 | 2017-06-23 | 清华大学 | 用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液及其应用 |
| CN110809645A (zh) * | 2017-07-04 | 2020-02-18 | 深圳市长宏泰科技有限公司 | 抛光剂、不锈钢件及其表面抛光处理方法 |
| CN107508266B (zh) * | 2017-09-14 | 2020-06-02 | 国网四川省电力公司电力科学研究院 | 高压换流站中性母线可控释能装置及可控释能方法 |
| CN108192506A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-06-22 | 东莞华拓研磨材料有限公司 | 一种金属表面研磨抛光剂及制备方法 |
| CN110511680B (zh) * | 2019-09-24 | 2020-12-15 | 西南科技大学 | 用于铅化学机械抛光的粗抛抛光液及抗氧化工艺 |
| CN110862772B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-04-20 | 宁波日晟新材料有限公司 | 一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液及其制备方法 |
| CN110862773B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-10-01 | 宁波日晟新材料有限公司 | 一种核壳结构纳米磨料抛光液及其制备方法 |
| CN114700870B (zh) * | 2022-03-01 | 2023-01-31 | 西南交通大学 | 一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置及方法 |
| CN116005160A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-04-25 | 东莞市灿煜金属制品有限公司 | 一种高精度316l不锈钢板抛光工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102101982A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 安集微电子（上海）有限公司 | 一种化学机械抛光液 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101654599A (zh) * | 2009-07-03 | 2010-02-24 | 江苏海迅实业集团股份有限公司 | 不锈钢表面抛光的化学机械抛光组合物 |
-
2014
- 2014-09-23 CN CN201410490804.4A patent/CN104293206B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102101982A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 安集微电子（上海）有限公司 | 一种化学机械抛光液 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104293206A (zh) | 2015-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104293206B (zh) | 用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用 | |
| CN104152906A (zh) | 用于加工超光滑不锈钢表面的抛光液及其应用 | |
| CN102516875B (zh) | 一种基于金属Co的抛光工艺的抛光液及其应用 | |
| CN104830235B (zh) | 用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液及其应用 | |
| TWI628042B (zh) | 含鈷之基材的化學機械硏磨 | |
| TWI437083B (zh) | 研磨組成物 | |
| KR101205241B1 (ko) | 연마용 조성물 및 그것을 이용한 연마방법 | |
| Jiang et al. | 1, 2, 4-Triazole as a corrosion inhibitor in copper chemical mechanical polishing | |
| TWI490291B (zh) | 化學機械拋光漿液組合物及使用該漿液組合物製造半導體裝置之方法 | |
| TWI499663B (zh) | Chemical mechanical grinding water dispersion and the use of its chemical mechanical grinding method | |
| Jiang et al. | Synergetic effect of benzotriazole and non-ionic surfactant on copper chemical mechanical polishing in KIO4-based slurries | |
| JP5413456B2 (ja) | 半導体基板用研磨液及び半導体基板の研磨方法 | |
| CN1900206B (zh) | 化学机械抛光液及其用途 | |
| EP1870928A1 (en) | Polishing composition | |
| TW201422798A (zh) | 研磨用組成物 | |
| Jiang et al. | Functions of Trilon® P as a polyamine in copper chemical mechanical polishing | |
| US6524168B2 (en) | Composition and method for polishing semiconductors | |
| TW201341489A (zh) | 研磨液組成物 | |
| TWI680168B (zh) | 碳化矽晶片 | |
| WO2011158718A1 (ja) | 半導体基板用研磨液及び半導体ウエハの製造方法 | |
| TW201708453A (zh) | 鎢拋光料漿組合物 | |
| CN104263248A (zh) | 一种适用于低下压力的弱酸性铜抛光液 | |
| US20140073136A1 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| US20240297049A1 (en) | High Oxide Removal Rates Shallow Trench Isolation Chemical Mechanical Planarization Compositions | |
| JP5314839B2 (ja) | 研磨用組成物及び研磨方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |