CN105033838B - 机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法，包括：提供含有研磨颗粒的研磨抛光液和表面形成有缺陷的金属工件；在所述研磨抛光液的作用下，对所述金属工件形成有缺陷的表面进行机械研磨处理，使所述研磨抛光液裹挟所述研磨颗粒不断在所述缺陷中作涡旋磨削运动，磨削各缺陷的壁面产生磨屑，并不断将各缺陷中的研磨颗粒和所述磨屑冲刷出去，从而在各缺陷处形成微纳米孔。由上述成型方法可以在所述缺陷处快速形成孔径可达到亚微米量级的微纳米孔，使得所述微纳米孔的成型时间大大缩短，孔周边圆滑过渡，无应力集中现象，孔内表面规则圆滑，成半球或带有半球状底的圆柱孔。

Description

机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法

技术领域

本发明涉及一种金属表面织构化处理方法，尤其涉及一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法。

背景技术

金属表面微孔织构化可以使摩擦表面分布微孔，有助于改良摩擦副的润滑状态，微孔存储润滑剂，防止“干磨”；也可以增加金属的比表面积，有助于提高表面吸附和表面化学或生物反应效果。在薄膜制备中，金属表面微孔织构能够提高膜基结合力，能够释放膜内残余应力，提高薄膜的耐负荷能力，延长薄膜的使用寿命。对于异质材料的链接，如金属与塑料，金属表面微孔织构同样可以达到界面的锚定效果，提高连接强度。因此，金属表面微孔织构化技术在机械、电子、化学化工和生物工程等领域有广泛的应用价值。

金属表面微孔织构化的制备技术有多种，包括微细放电加工、微细超声波加工、电子束加工、激光束加工和电解加工等。例如，申请号为“200910211982.8”、发明名称为“微细电极放电加工成形装置”的发明专利申请公开一种微细电极放电加工成形装置，其包括有一基座装置；导引装置，设于该基座装置上，该导引装置包括有一导引座，该导引座上设有一导引件，该导引件包括有一加工表面，该加工表面上设有复数条线槽，该线槽容设有导线，用以对一待加工件进行微细放电加工；上述微细电极放电加工成形装置可以达到提高放电加工效率，进而积极符合加工制造的经济效益及提升加工制造的竞争力，且更可保持微细电极的加工精度及可简易转换应用于复杂形状的电极放电加工作业，而具有极佳的产业实用性、利用性。申请号为“200610054017.0”、发明名称为“可控变形电子束精整加工方法”的发明专利申请，公开一种可控变形电子束精整加工方法，由计算机控制系统，以及与该计算机控制系统连接的电子束发生装置、电磁线圈、偏转线圈和工作台控制系统，计算和控制电子束发生装置产生电子束的能量密度、照射次数和照射位置等工艺参数；计算机控制系统控制电子束发生装置产生的电子束的偏转量，根据工件的零件特征和加工要求确定电子束的照射位置、能量密度和照射次数；利用钼光阑获得所需的变形截面电子束，电子束截面形状可控，照射能量分布均匀，零件的表面应力低；还具有生产效率高、加工精度高、自动化程度高等优点；而且，加工后的模具和工件表面粗糙度有较大程度的降低，材料表面光滑，耐磨和耐腐蚀性能优良。申请号为“201310555383.4”、发明名称为“电解加工装置及其加工方法”的发明专利申请，公开一种具贯穿孔结构金属壳体的电解加工装置及加工方法，该加工装置由加工电极、工件夹具、电解液槽、支撑机构、Z轴进给机构、XY平面驱动机构、连接件以及进给控制系统组成。该加工电极包括第一加工电极以及与该第一加工电极滑动配合的第二加工电极。该Z轴进给机构包括由该连接件相连接的第一Z轴进给机构和第二Z轴进给机构。该第一加工电极固定于连接在第一Z轴进给机构的连接件上，第二加工电极固定于第二Z轴进给机构的输出轴。进给控制系统控制Z轴进给机构进而控制加工电极的进给和复位。本发明的加工装置和加工方法能够连续完成金属素材的形腔和贯穿孔的电化学加工，有效地降低了成本和提高了加工效率。

然而，现有的微细放电加工、微细超声波加工、电子束加工、激光束加工和电解加工等往往受到材料物性及其去除机制的限制，通常表现为设备系统复杂，加工成本高，效率低，甚至不能进行大面积微孔织构的制造；放电和电子束、激光束的加工还会在微孔边沿形成热影响区，即热熔区，破坏金属表面的质量；电解加工工艺复杂，还引起环境污染问题。另外，现有的最先进的激光成孔技术的孔径加工水平也在20μm以上，其他方法的加工孔径至少都在几十甚至几百微米以上，无法将孔径加工到更小，无法达到亚微米量级，即纳米孔径。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法及研磨抛光机以解决上述技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法，包括：提供包含有研磨颗粒的研磨抛光液和表面形成有缺陷的金属工件；在所述研磨抛光液的作用下，对所述金属工件形成有所述缺陷的表面进行机械研磨处理，使所述研磨抛光液裹挟所述研磨颗粒不断在所述缺陷中作涡旋磨削运动，磨削所述缺陷的壁面产生磨屑，并不断将各缺陷中的研磨颗粒和所述磨屑冲刷出去，从而在所述金属工件的各缺陷处形成微纳米孔。

基于上述，所述缺陷为划痕、凹坑或沟槽。其中，所述缺陷为微纳米缺陷，其包括各种形式的沟槽和凹坑等，如十字交叉沟槽、凹坑或平行沟槽等。

基于上述，所述缺陷是通过机械刻画法、电蚀加工法、腐蚀法或喷砂处理法形成在所述金属工件的表面上的。

基于上述，对所述金属工件形成有所述缺陷的表面进行机械研磨处理的步骤包括将所述金属工件置于铺有抛光布的研磨盘上，将所述研磨抛光液倒入所述研磨盘中的所述抛光布上，使所述研磨抛光液浸没所述金属工件的表面；所述金属工件在所述研磨盘上进行公转和自转，同时对所述金属工件施加压力，使所述研磨抛光液不断裹挟所述研磨颗粒在所述金属工件上的各缺陷中作涡旋运动，研磨各自对应缺陷的壁面形成磨屑，而且不断将各缺陷中的研磨颗粒和所述磨屑冲刷出去，直至在各缺陷处形成预定孔径的微纳米孔；同时对所述金属工件表面进行抛光处理，其中，所述微纳米孔为半球形孔、底部半球形的圆柱孔或双生孔。本文中所谓“双生孔”是指微纳米孔中还能产生次生孔结构。所述微纳米孔的形状及直径受到研磨时间的影响，当研磨时间比较长时，如几十分钟后，微纳米孔的孔径变大，在孔中会观察到次生孔穴；当前期的微纳米孔的原孔孔径比较小时，不会观察到次生孔穴；一般孔径要到几十微米以上时，出现次生孔穴。当所述微纳米孔的孔径很小时，比如几微米时，无法观察孔内状况，无法判断是否有次生孔穴生成。

基于上述，在所述金属工件进行机械研磨处理的过程中，所述金属工件在所述研磨盘上进行公转和自转，使得所述金属工件与所述研磨抛光液作相对运动；同时，所述抛光布在所述金属工件的挤压下，使所述研磨抛光液在各缺陷处形成涡旋流，所述涡旋流中的研磨颗粒被限制在对应的缺陷中作涡旋磨削运动并产生所述磨屑，所述涡旋流中的研磨颗粒与所述磨屑在所述研磨抛光液的冲刷下从对应的缺陷中被带走；接着新的研磨颗粒被流动的研磨抛光液带入到所述对应的缺陷中，并继续作涡旋磨削运动，从而使得各缺陷中的研磨颗粒不断被置换且在原处产生磨削作用，形成具有所述预定孔径的微纳米孔；同时所述金属工件上相邻的所述缺陷之间的表面被所述研磨抛光液抛光。其中，所述金属工件的表面与所述研磨抛光液作相对运动是指：所述研磨抛光液在所述抛光布的带动下高速流过所述金属工件的表面，或所述金属工件的表面在带有所述研磨抛光液的所述抛光布表面高速运动。相对运动速度与所要求的金属工件的表面微孔密度分布和孔径大小有关。

基于上述，在所述金属工件进行机械研磨处理的过程中，所述金属工件在所述研磨盘上进行自转，使得所述研磨抛光液在360°范围内依次流过所述金属工件表面上的各缺陷，并受到所述抛光布的挤压，进入各缺陷中的研磨颗粒在对应的缺陷中在360°方向上依次作涡旋运动，并依次磨削对应缺陷的壁面，形成所述微纳米孔；同时，由于各缺陷中的研磨颗粒的排出，从各缺陷中排出的研磨颗粒研磨所述金属工件上相邻的缺陷之间的表面，以抛光所述金属工件。其中，由于所述研磨盘的高速旋转，所述研磨抛光液在整个所述金属工件的表面高速流动，所携带的研磨颗粒在各缺陷处作涡旋运动，使整个所述金属工件表面快速形成微纳米孔共存或微米孔结构；同时，所述金属工件的表面上的无缺陷处则被所述研磨抛光液中的研磨颗粒进一步研磨抛光。

所述微纳米孔的密度和分布与所述金属工件表面上的初始缺陷的密度和均匀性有关，所述研磨抛光液在360°方向上流动，研磨颗粒在所述原始缺陷内作360°涡旋运动，并使无缺陷处表面被去除抛光；微纳米孔周围无热影响区，且从表面圆滑过渡至孔内，无孔边缺陷。其中，所述金属工件表面上的所述微纳米孔成型和所述金属工件表面去除抛光过程同时发生，表面去除抛光使缺陷数量减少，微纳米孔的孔径尺寸和表面分布密度受制于研磨抛光液的浓度、研磨料粒度、流动速度、荷重和研磨时间等参数。通过合适的参数控制，能够得到所需要的各种微孔密度和孔径分布金属表面，微孔成型可以在大面积上快速完成。

基于上述，所述研磨抛光液的制备方法包括先混合所述研磨颗粒、溶剂和与所述研磨颗粒匹配的乳化剂和分散剂形成抛光预混液，再采用机械法和超声波分散法交替搅拌所述抛光预混液，以形成所述研磨抛光液，使得所述研磨颗粒稳定地悬浮在所述研磨抛光液中，其中，所述研磨颗粒在所述研磨抛光液中的质量百分比为5%～20%。

基于上述，所述研磨颗粒为氧化铝微粉、陶瓷微粉、金刚石微粉或氮化硼微粉等各种超硬微粉，所述溶剂为水。其中，所述研磨颗粒的粒径为所述微纳米孔的预定孔径的1/13～1/7。所述研磨抛光液的溶剂不仅仅局限于水，还可以是其他不与研磨颗粒起化学反应的液体。例如，当所述研磨颗粒为氧化铝时，所述研磨抛光液的制备方法包括先混合氧化铝微粉、水、8%～12%的聚丙烯酸钠和阿拉伯树胶，形成所述抛光预混液；再将所述抛光预混液的pH值调整至9～11；然后采用机械法和超声波分散法交替搅拌所述抛光预混液25～32 h后，制成所述研磨抛光液。

本发明主要是利用一台带有自转和公转的研磨抛光机，实现相对速度控制和360°研磨方向的连续变换，但并不局限于该方式，也包括各种形式的能够使研磨抛光液在360°方向上连续变换，并在金属工件表面流动的方法，均可实现金属表面的圆形微孔的成型。抛光布对研磨抛光液的挤压是必要的，包括各种挤压荷重的施加方法。

为此，本发明还提供一种研磨抛光机，包括有研磨盘、驱动所述研磨盘自转的研磨盘电机、平铺在所述研磨盘表面的抛光布、位于所述抛光布上方的工件自转电机，其中，所述抛光布用于浸润含有研磨颗粒的研磨抛光液和抛光形成有缺陷的金属工件，所述研磨盘电机和所述工件自转电机用于分别驱动金属工件在预设压力下在所述抛光布的表面公转和自转，使所述抛光布中浸润的研磨抛光液裹挟其中的研磨颗粒不断在所述金属工件的缺陷中作涡旋运动磨削所述缺陷的壁面，并不断将研磨颗粒从所述金属工件的缺陷中冲刷出去，以在所述金属工件的缺陷处形成微纳米孔。

基于上述，所述抛光机还包括有用于承载所述研磨盘电机和所述工件自转电机的电机固定架。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：

本发明提供的微纳米孔的成型方法主要是通过在所述研磨抛光液的作用下，在常温下，对所述金属工件形成有多个缺陷的表面进行机械研磨处理，使所述研磨抛光液裹挟所述研磨颗粒不断在所述金属工件上的各缺陷中作涡旋运动，磨削对应缺陷的壁面产生磨屑，并不断将对应的缺陷中研磨颗粒和所述磨屑从其中冲刷出去，从而在所述金属工件上的各缺陷处快速形成孔径可达到亚微米量级的微纳米孔，使得所述微纳米孔的成型时间大大缩短，克服了电蚀加工、激光刻蚀、电子束刻蚀等的热蒸发微孔成型法对金属表面的烧蚀破坏，而且所述微纳米孔周边没有热影响区，使得微纳米孔周边为圆滑过渡，无应力集中现象，且孔内表面规则圆滑，成半球或带有半球状底的圆柱孔，这是其他技术所无法做到的；同时克服了电解加工对加工设备的耐腐蚀性要求和对环境污染的问题。另外，由本发明提供的方法在金属表面形成的微纳米孔中还包括具有次生孔结构的双生孔，由于涡旋流的湍流作用，在圆孔内生成次生孔穴，进一步增大了比表面积，其他微孔加工方法无法加工孔内次生孔穴；这个特征对于异质材料与金属的连接以及化学催化反应和生物医学有重要的意义。

本发明提供的研磨抛光机的结构比较简单，可以实现在金属表面群孔同时成型，耗时少，工效高，能够加工高密度的微孔表面，且不需要复杂的控制系统，设备造价低，加工成本低廉，成孔效率高，易于操作；因此，本发明提供的所述研磨抛光机可以有效解决现有的电蚀加工、激光刻蚀、电子束刻蚀等方式的微孔加工设备系统比较复杂，往往需要复杂的机电一体化控制系统的问题，同时，还可以克服因现有的微孔是单点逐个成型，然后通过程序控制实现表面群孔成型的目标，耗时比较长，微孔加工密度有所限制而引起的加工成本高、技术难度大、效率低等问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的研磨抛光机示意图。

图2是由本发明提供的方法形成的微孔的成型原理示意图。

图3是金属工件通过机械刻画形成的缺陷的表面俯视示意图。

图4是本发明实施例一提供的利用粒度0.5μm的Al₂O₃微粉，研磨抛光液浓度3%，相对公转速度5.2m/s，研磨时间20分钟，研磨荷重0.007MPa时，所得到的微纳米孔共存的金属表面显微镜照片图。

图5是本发明实施例二提供的利用粒度0.5μm的Al₂O₃微粉，研磨抛光液浓度3%，相对公转速度5.2m/s，研磨时间20分钟，研磨荷重0.023MPa时，所得到的具有微米孔的金属表面显微镜照片图。

图6是本发明实施例三提供的利用粒度0.5μm的Al₂O₃微粉，研磨抛光液浓度3%，相对公转速度5.2m/s，研磨时间40分钟，研磨荷重0.023MPa时，所得到的具有微米孔的金属表面显微镜照片图。

图7是本发明实施例四提供的利用粒度0.5μm的Al₂O₃微粉，研磨抛光液浓度1%，相对公转速度5.2m/s，研磨时间40分钟，研磨荷重0.023MPa时，所得到的具有微米孔的金属表面显微镜照片图。

图8是本发明实施例五提供的利用粒度0.5μm的Al₂O₃微粉，研磨抛光液浓度1%，相对公转速度2.1m/s，研磨时间40分钟，研磨荷重0.023MPa时，所得到的具有微米孔的金属表面显微镜照片图。

图9是本发明实施例六提供的利用粒度5μm的Al₂O₃微粉，研磨抛光液浓度3%，相对公转速度5.2m/s，研磨时间20分钟，研磨荷重0.023MPa时，所得到的具有微米孔的金属表面显微镜照片图。

图10是本发明实施例七提供的利用粒度5μm的Al₂O₃微粉，研磨抛光液浓度3%，相对公转速度5.2m/s，研磨时间60分钟，研磨荷重0.023MPa时，所得到的具有微米孔的金属表面显微镜照片图。

其中，各图中的元件符号1、金属工件，2、研磨盘，3、研磨盘电机，4、研磨盘电机固定架，5、抛光布，6、研磨抛光液，7、工件自转电机，8、自转电机固定架，9、研磨颗粒，10、缺陷，P表示施加荷重。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例一：

请参阅图1至图4，本发明第一实施例提供一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法，包括：提供包含有研磨颗粒9的研磨抛光液6和表面形成有多个缺陷10的金属工件1；在所述研磨抛光液6的作用下，对所述金属工件1形成有多个所述缺陷10的表面进行机械研磨处理，使所述研磨抛光液6裹挟所述研磨颗粒9不断在所述金属工件1上的各缺陷10中作涡旋运动磨削对应缺陷的壁面，并不断从所述金属工件1上的各缺陷10中冲刷出去，从而在所述金属工件1上的各缺陷处形成微纳米孔。

在本实施例中，所述金属工件1的材料为SUS304不锈钢。本实施例中使用的所述研磨抛光液6是以粒度大约为0.5 μm的Al₂O₃微粉作为所述研磨颗粒9，并与10%的聚丙烯酸钠和阿拉伯树胶混合，形成抛光预混液；将所述抛光预混液的酸碱度用NaOH调整至pH 9～11；采用机械搅拌和超声波分散交替搅拌调整pH值后的所述抛光预混液，搅拌约30小时后，制成稳定的Al₂O₃的稳定悬浮液。

本实施例采用研磨抛光机对所述金属工件1进行机械研磨处理。所述研磨抛光机包括有研磨盘2、驱动所述研磨盘2自转的研磨盘电机3、用于承载所述研磨盘电机3的研磨盘电机固定架4、平铺在所述研磨盘2表面的抛光布5、位于所述抛光布5上方的工件自转电机7和用于承载所述工件自转电机7的自转电机固定架8，其中，所述研磨盘电机3和所述工件自转电机7用于分别驱动所述金属工件1在预设压力P下在所述抛光布5的表面公转和自转，使所述研磨抛光液6裹挟所述研磨颗粒9不断在各缺陷10中作涡旋运动，磨削各缺陷10的壁面产生磨屑，并不断将所述研磨颗粒9和所述磨屑从各缺陷10中冲刷出去，从而在各缺陷处形成微纳米孔。

具体地，对待加工的金属工件1进行表面机械刻画并抛光，使所述金属工件1的表面粗糙度加工至Ra 0.02，得到图3所示的预制微纳缺陷，即四方微网格表面形貌。然后，将形成有多个所述预制微纳缺陷的所述金属工件1安置在所述研磨盘2中的抛光布5上，使金属工件1的中心偏离所述研磨盘2的中心100 mm，并固定在所述工件自转电机7的主轴上；在所述金属工件1的上部施加恒定载荷P=0.94Kg（0.007MPa），使金属工件1的表面贴在所述抛光布5的表面；在所述研磨盘2中注入所述研磨抛光液6，保持所述研磨抛光液6浸没所述抛光布5；打开所述工件自转电机7的开关，使所述金属工件1自转，并保持100 rpm/min的恒定转速；打开研磨盘电机3，使所述研磨盘2转动，并将转速调整至500 rpm/min（金属工件的相对公转速度5.2 m/s）；连续研磨20分钟后，得到图4所示的微纳米孔共存的金属工件表面。从显微照片图4看到金属工件表面的微米孔直径大约在2～3 μm左右，同时分布着大量具有亚微米级和纳米级孔径的微孔。对图4所示的微纳米孔共存的金属工件进行截断处理，观察该金属工件的微孔断面，可以确认：该金属工件中的微孔的形状为半球形，且微孔边沿为圆滑过渡，无加工缺陷。

因此，所述金属工件中的微孔成型原理图如图2所示，所述研磨盘2带动所述抛光布5和研磨抛光液6相对于金属工件1作高速相对运动，由于所述抛光布5的挤压，使研磨抛光液6在流经金属工件1上的各缺陷10时，尤其是预制的微纳缺陷时，研磨抛光液6在各缺陷10内作涡旋运动，所述研磨颗粒9在所述研磨抛光液6的裹挟下接触各缺陷10的壁面或由各缺陷形成的各微孔的壁面，并磨削对应的内壁产生磨屑；金属工件1的自转实现所述研磨抛光液相对于金属工件1表面上某一点作360°方向上的依次流动，并完成360°方向上的依次磨削过程，形成微纳米圆孔。在磨削过程中，由于所述研磨抛光液6的高速流动，不断地将所述研磨颗粒9带入和带出各缺陷10或由各缺陷10形成的微孔直至得到具有预定孔径的微孔，实现了所述研磨颗粒9的原位置换，并排出各缺陷10或各微孔中的磨屑，这种置换过程使得各微孔的边沿圆滑过渡，且消除了加工缺陷。金属工件1的表面贴在抛光布5的表面，保证了金属工件表面上的有缺陷处的微纳米孔成型和无缺陷处的抛光处理的同时进行。

其中，本文所谓“360°方向上的依次流动”是所述研磨抛光液6的流动相对于所述金属工件1的表面作360°方向上的旋转流动，或所述金属工件1的表面相对于所述研磨抛光液6的流动方向做360°方向上的回转运动。本文所谓“研磨抛光液的高速流动”是通过所述金属工件1与所述研磨抛光液6间的相对运动实现的，即所述研磨抛光液6在所述抛光布5的带动下高速流过所述金属工件1的表面，或所述金属工件1的表面在带有所述研磨抛光液的所述抛光布5的表面上高速运动；且相对运动速度与所要求的金属工件表面的微孔密度分布和孔径大小有关。

实施例二：与实施例一基本相同，不同之处在于：

实施例二提供的机械研磨金属表面的微纳米孔成型方法，与实施例一不同之处在于施加于被加工工件表面的载荷P不同。当载荷P=2.97 Kg（0.023 MPa）时，其他条件保持与实施例一不变，得到了图5所示的微孔表面显微照片，微孔孔径大致在2～3 μm左右，且无纳米孔，微孔分布密度稍小于实施例一。表明在重负荷下，表面去除抛光过程加强，使纳米孔穴消失，只留下微米孔穴。表面的微孔成型和表面去除抛光速度是一个竞争过程，在重负荷下，表面去除速度高于表面微孔成型速度。

实施例三：与实施例二基本相同，不同之处在于：

实施例三提供的机械研磨金属表面的微纳米孔成型方法，与实施例二不同之处在于研磨时间延长。当研磨时间从20分钟延长至40分钟时，其他条件保持与实施例二不变，得到了图6所示的微孔表面显微照片，微孔孔径大致在2 μm左右，与实施例二相比略有减小，且无纳米孔穴，微孔密度也减小。进一步证实了表面去除速度高于表面微孔成型速度。

实施例四：与实施例三基本相同，不同之处在于：

实施例四提供的机械研磨金属表面的微纳米孔成型方法，与实施例三不同之处在于研磨抛光液的浓度发生了变化。当研磨抛光液的浓度变为1%时，其他条件与实施例三保持不变，得到了图7所示的微孔表面显微照片，微孔直径大致在2 μm左右，与实施例三相比变化不大，且无纳米孔径，微孔密度减小。表明研磨抛光液的浓度对微纳米孔穴的分布密度有显著影响。

实施例五：与实施例四基本相同，不同之处在于：

实施例五提供的机械研磨金属表面的微纳米孔成型方法，与实施例四不同之处在于金属工件1与研磨盘2的相对运动速度发生改变。当研磨盘2的速度变为200 rpm（相对速度2.1 m/s）时，其他条件与实施例四保持不变，得到了图8所示的微孔表面显微照片，表面微孔均为亚微米或纳米孔径，且表面分布密度很小。表明在低速下能够得到亚微米以下的孔径，且低浓度研磨抛光液，使表面微孔密度减小。

实施例六：与实施例二基本相同，不同之处在于：

实施例六提供的机械研磨金属表面的微纳米孔成型方法，与实施例二不同之处在于研磨抛光液中的研磨颗粒粒度发生了变化。当研磨颗粒的粒度变为5μm时，其他条件与实施例二保持不变，得到了图9所示的微孔表面显微照片，表面微孔孔径大约在50 μm左右，且微孔表面分布密度较高。表明微孔孔径的大小受制于所用研磨颗粒的粒度，且高浓度的研磨抛光液，微孔分布密度较高。

实施例七：与实施例六基本相同，不同之处在于：

实施例七提供的机械研磨金属表面的微纳米孔成型方法，与实施例六不同之处在于研磨时间延长。当研磨时间延长至60分钟时，微孔的孔径变化不大，但微孔密度略有减小，出现了与实施例四相似的情况。但是当对微孔表面进行斜向观察时，得到了图10所示的微孔表面显微照片，发现了在微孔孔穴中形成了次生孔穴，次生孔穴的孔径远小于原生孔穴。表明该发明的微孔成型方法能够使微孔中生成次生孔，进一步增加金属表面的比表面。

因此，本发明实施例提供的机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法和研磨抛光机可以在金属工件表面快速形成微纳米孔。在金属工件表面沉积薄膜材料时，由于薄膜材料的热膨胀系数比金属材料要小的多，会产生较大的膜内残余压缩应力和界面剪切应力，从而导致薄膜崩裂或脱落的行为。然而，本发明实施例提供的在金属表面快速形成微纳米孔穴的表面织构方法，使微纳米孔穴共存于金属表面，在薄膜沉积时，通过微米孔穴使薄膜表面形成非连续的表面微孔结构，释放膜内残余应力，减小界面的剪切应力，提高界面的结合强度。在异质材料，包括有机软质薄膜的连接中，微纳米孔也可以起到异质材料的界面锚定效果，实现异质材料的连接，如金属与塑料薄膜的结合，通过对工程塑料的热压成型技术，使热熔树脂镶嵌在微孔内，实现金属与塑料的牢固贴合。金属的微孔表面能够增大金属表面的比表面积，对于强化传热（特别是沸腾传热）达到提高传热系数,减少有效传热温差，增加传热面积的作用。在生物医学和化学催化反应方面，微孔金属表面能够增加反应催化的接触面积和生物吸附作用，例如钛及其合金表面经过表面微孔活化处理后与生物环境接触，可在表面沉积一层类骨磷灰石，从而实现植入体表面与骨组织的键合，而蛋白质表面吸附作为生物材料植入生物体内后发生的初始事件，对后续的细胞黏附、增殖和分化等功能具有重要影响，进而影响到材料的生物活性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法，包括：提供含有研磨颗粒的研磨抛光液和表面形成有缺陷的金属工件，所述缺陷为划痕、凹坑或沟槽；将所述金属工件置于铺有抛光布的研磨盘上，将所述研磨抛光液倒入所述研磨盘中的所述抛光布上，使所述研磨抛光液浸没所述金属工件的表面；所述金属工件在所述研磨盘上进行公转和自转，同时对所述金属工件施加压力，使所述研磨抛光液不断裹挟所述研磨颗粒在所述金属工件上的各缺陷中作涡旋运动，研磨各自对应缺陷的壁面形成磨屑，而且不断将各缺陷中的研磨颗粒和所述磨屑冲刷出去，直至在各缺陷处形成预定孔径的微纳米孔；同时对所述金属工件表面进行抛光处理。

2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述缺陷是通过机械刻画法、电蚀加工法、腐蚀法或喷砂处理法形成在所述金属工件的表面上的。

3.根据权利要求1或2所述的成型方法，其特征在于：所述微纳米孔为半球形孔、底部半球形的圆柱孔或双生孔。

4.根据权利要求3所述的成型方法，其特征在于：在所述金属工件进行机械研磨处理的过程中，所述金属工件在所述研磨盘上进行公转和自转，使得所述金属工件与所述研磨抛光液作相对运动；同时，所述抛光布在所述金属工件的挤压下，使所述研磨抛光液在各缺陷处形成涡旋流，所述涡旋流中的研磨颗粒被限制在对应的缺陷中作涡旋磨削运动并产生所述磨屑，所述涡旋流中的研磨颗粒与所述磨屑在所述研磨抛光液的冲刷下从对应的缺陷中被带走；接着新的研磨颗粒被流动的研磨抛光液带入到所述对应的缺陷中，并继续作涡旋磨削运动，从而使得各缺陷中的研磨颗粒不断被置换且在原处产生磨削作用，形成具有所述预定孔径的微纳米孔；同时所述金属工件上相邻的所述缺陷之间的表面被所述研磨抛光液抛光。

5.根据权利要求4所述的成型方法，其特征在于：在所述金属工件进行机械研磨处理的过程中，所述金属工件在所述研磨盘上进行自转，使得所述研磨抛光液在360°范围内依次流过所述金属工件表面上的各缺陷，并受到所述抛光布的挤压，进入各缺陷中的研磨颗粒在对应的缺陷中在360°方向上依次作涡旋运动，并依次磨削对应缺陷的壁面，形成所述微纳米孔；同时，由于各缺陷中的研磨颗粒的排出，从各缺陷中排出的研磨颗粒研磨所述金属工件上相邻的缺陷之间的表面，以抛光所述金属工件。

6.根据权利要求3所述的成型方法，其特征在于：所述研磨抛光液的制备方法包括先混合所述研磨颗粒、溶剂和与所述研磨颗粒匹配的乳化剂和分散剂形成抛光预混液，再采用机械法和超声波分散法交替搅拌所述抛光预混液，以形成所述研磨抛光液，使得所述研磨颗粒稳定地悬浮在所述研磨抛光液中，其中，所述研磨颗粒在所述研磨抛光液中的质量百分比为5%～20%。

7.根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于：所述研磨颗粒为氧化铝微粉、陶瓷微粉、金刚石微粉或氮化硼微粉，所述溶剂为水。