CN105904332A - 磁流变非晶合金抛光装置、抛光液及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变非晶合金抛光装置，包括抛光槽、固定夹紧装置、电机和磁场发生装置，其中抛光槽内装载磁流变抛光液，固定夹紧装置将待抛工件固定于抛光液中，使工件抛光面与抛光槽底部之间产生间隙；磁场发生装置设于抛光槽外部，其产生的外加磁场使磁流变抛光液中的磁性颗粒发生流变效应，从而使工件抛光面与抛光槽底部之间形成磁流变团聚体；电机与抛光槽相连，可带动抛光槽旋转或者作往复运动。本发明将磁流变抛光工艺引入非晶合金的抛光过程中，提供了适于使用的抛光装置，不仅可以对非晶合金产品进行有效抛光从而得到镜面光泽的表面，同时抛光工艺简单易行，适合大规模化生产。

Description

磁流变非晶合金抛光装置、抛光液及抛光方法

技术领域

本发明涉及一种抛光装置，具体涉及一种适用于非晶合金的抛光装置、抛光方法以及该抛光装置中使用的抛光液。

背景技术

非晶合金是近年来金属新材料研发中非常重要的研究领域之一，由于没有晶态合金中原子规则排列，非晶合金不具有传统晶体材料的晶界、位错和孪晶等缺陷，反而具有许多传统材料无法比拟的性能，如独特的电磁性能、机械性能、高强度、耐腐蚀性能等。由于非晶合金具有优良的物理性能，许多体系的非晶合金广泛应用于医疗器械行业、消费电子行业、军工、航空航天等重要高科技领域中，发挥着重要而特殊的作用。

在非晶合金材料的实际应用中，成型的非晶合金产品往往对表面粗糙度有一定的要求，如消费电子中的表面构件，往往需要平滑的表面，就需要将产品表面进行抛光。现有技术中，对非晶合金产品进行抛光的方法主要为研磨抛光，即在被抛光表面和抛光盘之间加入抛光液，利用非晶合金产品与抛光盘之间的相对运动从而达到表面抛光的目的。也有使用流体抛光的方法，即将工件与抛光盘一同浸入至流体抛光液中，当抛光盘与工件具有高速相对运动时，就会在两者之间产生一个很薄的流体润滑膜，当抛光粉随着流体一起进入到润滑膜时，不断撞击工件表面，从而使工件表面材料以原子量级被去除。除了物理抛光方法以外，也还有使用化学抛光的方法，即配置化学抛光液，直接将待抛工件置于化学抛光液中，利用化学抛光液对待抛工件表面材料进行去除。

在上述方法中，研磨抛光最为常用，效率也高，但是研磨抛光的质量与抛光盘和操作工艺有莫大的关联，由于抛光盘的损耗，往往导致同一批抛光产品表面粗糙度不一致；流体抛光的方法虽然可获得高精度的表面，但是抛光效率极低，不适合大规模化生产；化学抛光则工艺繁复，不仅需要根据不同成分的非晶合金配置不同的化学抛光液，而且由于非晶合金的强耐蚀性，普通化学抛光液几乎对其无抛光作用，从而导致需要配置腐蚀能力更强的抛光液，不仅使工艺更加复杂、成本进一步提升，而且后续抛光废液的处理、抛光后产品的清洗都会造成极大的环境负担，不适合使用。

磁流变技术在上个世纪九十年代就开始应用，其利用磁流变液体在磁场中的流变性针对非球面进行抛光。在外加磁场的作用下，磁流变液体的粘度会随着磁场的增强而增强，形成类似固体的结构，从而具有较高的屈服强度。在磁流变抛光技术中，磁流变抛光液中添加抛光粉，利用磁流变液固化现象对工件表面进行抛光。磁流变抛光技术现大规模应用于光学材料抛光工艺中，该工艺对非球面镜具有优异的抛光效果，由于在抛光过程中会应用到强磁场和磁敏颗粒，所以磁流变抛光技术几乎不用于金属抛光，以免抛光后金属带磁性无法进行后续使用。

发明内容

本发明将磁流变抛光工艺引入非晶合金的抛光过程中，提供了适于使用的抛光装置，不仅可以对非晶合金产品进行有效抛光从而得到镜面光泽的表面，同时抛光工艺简单易行，适合大规模化生产。进一步地，本发明还提供了配套磁流变抛光装置用的抛光液和抛光方法，使整体磁流变抛光工艺效率高且绿色环保无污染。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本发明中的磁流变非晶合金抛光装置，包括抛光槽、固定夹紧装置、电机和磁场发生装置，其中抛光槽内装载磁流变抛光液，固定夹紧装置将待抛工件固定于抛光液中，使工件抛光面与抛光槽底部之间产生间隙；磁场发生装置设于抛光槽外部，其产生的外加磁场使磁流变抛光液中的磁性颗粒发生流变效应，从而使工件抛光面与抛光槽底部之间形成磁流变团聚体；电机与抛光槽相连，可带动抛光槽旋转或者作往复运动。

为调节待抛工件的位置，还设有位置调节装置，该位置调节装置与固定夹紧装置相连，可调整工件在抛光液中的位置。进一步地，该位置调节装置包括连接头与位置调节杆。

抛光装置中的抛光槽可直接使用凹槽容器，也可使用环带状凹槽容器，结构虽不同，但是抛光效果无显著差别，环带状凹槽容器更节省抛光液。

本发明中还提供一种适合上述述磁流变非晶合金抛光装置使用的抛光液，所述抛光液包括质量百分比为52-64%的水、28-40%的羰基铁粉或氧化铁粉、5-10%的抛光颗粒、1-2%的稳定剂、1-2%其他添加剂。

本发明中选用水作为基载液。传统的磁流变抛光液的基载液还可选用硅油、煤油、矿物油等其他有机类载体，油基磁流变抛光液具有很好的稳定性、抗沉降性、磁性颗粒不易发生变质等优点，但是在油基抛光液中抛光后，工件需要额外清洗。在相同的磁场强度下，水基磁流变液的屈服应力要远大于相同浓度分散相的油基磁流变抛光液，而且水比起油基液体更为廉价和环保。本发明中，通过添加稳定剂和其他添加剂提升水基磁流变抛光液的抗沉淀性和稳定性，正好弥补水基抛光液的不足之处。

本发明中选用的磁敏颗粒为羰基铁粉或者氧化铁粉。本发明中选用的抛光颗粒为氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、莫来石颗粒中的一种，抛光颗粒粒径为0.5-8μm。本发明不使用常见的氧化铈抛光颗粒，因为氧化铈颗粒带有颜色，抛光过程中容易将工件表面染色且不易去除。本发明中使用的氧化铝、碳化硅和莫来石颗粒抛光性能好，抛光颗粒粒径为4-8μm时可得到镜面光，抛光颗粒2-4μm时可得到高亮镜面光，抛光颗粒粒径为0.5-2μm时得到更为细腻的镜面表面。

本发明中使用的稳定剂为乙二醇、二乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸钠、五水偏磷酸钠中的一种或多种。使用的其他添加剂为辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、月桂醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷醇酰胺中的一种或多种。

使用本发明中述磁流变非晶合金抛光装置的抛光方法如下：

步骤一，配制抛光液，将抛光液装载于抛光槽中；

步骤二，利用固定夹紧装置将待抛工件固定于抛光液中，根据抛光需求设定工件抛光面与抛光槽底部之间的间隙距离为0.3-1.8mm；

步骤三，开启电机和磁场发生装置，工件抛光面与抛光槽底部之间形成磁流变团聚体、抛光槽旋转或者作往复运动；

步骤四，根据抛光要求设定抛光时间，抛光结束后完毕抛光装置，取出工件。

本发明的发明人在研制本发明中的抛光液过程中发现，初始抛光时，抛光粉均匀分布于磁流变抛光液中，随着抛光工艺的进行，部分水分由于吸收了抛光过程中产生的热量而挥发，当抛光液的水分散失量大于5%时，磁流变液体中抛光粉和磁敏颗粒的分布开始不均匀，且磁流变液体逐步变粘稠，当抛光液的水分散失量超过10%，磁流变团聚体中水分大幅下降，当水分散失量超过15%以后，液体流变性大幅下降，最后抛光效果类似于磁粉干磨。为避免此类情况发生，同时维持高水平的抛光效果，本发明的使用过程中当抛光液水分散失量大于5%时，停止抛光，补充加入水分后再重新使用抛光装置。

非晶合金由于具有不同于晶态合金的微观原子排列，锆基、铝基、镁基、铜基、稀土基等非晶合金在磁场作用下不会被磁化，故这些体系的非晶合金可以使用本发明中的装置。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中的抛光装置可对非晶合金产品表面进行有效抛光，获得高光镜面效果；

2、本发明中的抛光装置的抛光效率高、抛光工艺简单易操作，适合工业化生产中使用；

3、本发明中抛光装置的抛光液绿色无毒环保，且价格低廉。

附图说明

图1 为现有技术中磁流变抛光装置示意图；

图2为本发明中磁流变非晶合金抛光装置应用于单工件抛光的示意图；

图3为本发明中磁流变非晶合金抛光装置应用于多个工件抛光的示意图；

图4为本发明中磁流变非晶合金抛光装置中抛光槽为环带状凹槽的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

现有技术中的磁流变抛光工艺如附图1所示，其原理为：工件106置于抛光槽101种，抛光槽中装载抛光液102，磁流变液体通过抛光头103上的喷孔104喷出，在磁性抛光头103的作用下，喷出的磁流变液体发生磁流变效应，即磁流变液体的磁性颗粒沿着磁场磁力线的方向形成磁性链束，同时磁流变抛光液中的抛光粉颗粒也被裹入其中，在抛光头周围形成一个包含有抛光粉的具有一定硬度和刚度的粘塑性柔性团聚体105，当抛光头在动力主轴的高速带动下旋转时，磁流变团聚体105也随之旋转并对工件106产生柔性磨削的作用，从而达到抛光的目的。

本发明中的磁流变非晶合金抛光装置应用于单工件抛光的实施例示意图如图2所示，抛光槽201内装载磁流变抛光液202，固定夹紧装置207将待抛工件203固定于抛光液中，使工件抛光面与抛光槽底部之间产生间隙。磁场发生装置210设于抛光槽外部，在磁场发生装置的作用下，磁流变抛光液202中的磁敏颗粒沿着磁场磁力线的方向形成磁性链束，同时磁流变抛光液202中的抛光粉颗粒也被裹入其中，在工件抛光面与抛光槽底部之间形成磁流变团聚体205，抛光槽201与电机206相连，在电机206的带动下旋转或者做往复运动，磁流变团聚体205也随之旋转并对工件203产生柔性磨削的作用，达到抛光的效果。连接头208与位置调节杆209组成位置调节装置，其中连接头208与固定夹紧装置上的连杆204相连，连接头208可在位置调节杆209上滑动调节位置，从而调节工件的位置。本实施例中的固定夹紧装置和位置调节装置皆可利用现有技术中的夹紧装置和调节装置，如利用卡扣、过盈配合的方式对工件进行夹紧，利用丝杆、滑杆等装置进行位置调节，本实施例中不限结构件的使用。本发明中磁场发生装置的使用与现有技术中磁流变系统的使用类似，可参照现有技术中磁场的大小和控制方法进行调节，因磁场控制非本发明中的主要创新点，故在此不加赘述。

本发明中的磁流变非晶合金抛光装置应用于多工件抛光的实施例示意图如图3所示，其作用原理与单工件抛光一致，以右侧装置为例：抛光槽301内装载磁流变抛光液302，工件303由固定夹紧装置307固定于抛光液中，夹紧装置上的连杆304与位置调节装置上的连接头308相连，磁场发生装置310设于抛光槽外部，在磁场作用下形成磁流变团聚体305，抛光槽301在电机306带动下旋转或者做往复运动，磁流变团聚体305也随之旋转并对工件303产生柔性磨削的作用，达到抛光的效果。本实施例中，位置调节装置上的连接头可设为2个或者多个，位置调节杆309也可设为多个，以达到一个抛光槽内进行多工件抛光的目的。

本发明中的磁流变非晶合金抛光装置中抛光槽为环带状凹槽示意图如图4所示，抛光槽401为环带状凹槽，抛光槽401与电机406相连，在电机的带动下旋转，磁场发生装置410设于抛光槽外部。工件403由固定夹紧装置407固定于抛光液402中，夹紧装置上的连杆404与位置调节装置上的连接头408相连，连接头408可在位置调节杆409上滑动调节位置，从而调节工件的位置。在磁场作用下形成磁流变团聚体405，抛光槽401在电机406带动下旋转，磁流变团聚体405也随之旋转并对工件403产生柔性磨削的作用，达到抛光的效果。本实施例中，也可沿着环带状抛光槽设置多个工件进行抛光。

应用实施例中的单工件抛光装置进行非晶合金的抛光，选用锆基非晶合金作为待抛光工件的材料。本实施例中抛光方法如下：

步骤一，配制抛光液置于抛光槽中，本实施例中选用质量百分比为56%的水、32%羰基铁粉、8%碳化硅颗粒、2%乙二醇、2%脂肪酸聚氧乙烯酯，将上述材料混合均匀后作为抛光液，其中抛光颗粒粒径选用4μm。

步骤二，利用固定夹紧装置将待抛工件固定于抛光液中，根据抛光需求设定工件抛光面与抛光槽底部之间的间隙距离为0.3-1.8mm；

步骤三，开启电机和磁场发生装置，工件抛光面与抛光槽底部之间形成磁流变团聚体、抛光槽旋转或者作往复运动；

步骤四，根据抛光要求设定抛光时间，抛光结束后完毕抛光装置，取出工件。

选用不同的抛光面与抛光槽之间的间隙距离与抛光结果密切相关，间隙选择偏小易导致磨削力大，间隙选择偏大则易导致磨削力小，实施例中发现间隙选择为0.5-1.2mm最佳，抛光15min即可将锆基非晶合金表面抛光至镜面光泽。抛光时间不宜超过30min，实践中发现，抛光超过30min后效果不甚明显，几乎是在做无用功。同时，可通过观察抛光槽内抛光液液体高度来监控水分散失量，一旦抛光液水分散失量大于5%时，停止抛光，补充加入水分后再重新使用抛光装置。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，如本发明中的非晶合金连铸系统还可应用于镍基、镁基、铜基等不同体系的非晶合金的生产。尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种磁流变非晶合金抛光装置，包括抛光槽、固定夹紧装置、电机和磁场发生装置，其特征在于：抛光槽内装载磁流变抛光液，固定夹紧装置将待抛工件固定于抛光液中，使工件抛光面与抛光槽底部之间产生间隙；磁场发生装置设于抛光槽外部，其产生的外加磁场使磁流变抛光液中的磁性颗粒发生流变效应，从而使工件抛光面与抛光槽底部之间形成磁流变团聚体；电机与抛光槽相连，可带动抛光槽旋转或者作往复运动。

2.如权利要求1所述磁流变非晶合金抛光装置，其特征在于：还包括位置调节装置，所述位置调节装置与固定夹紧装置相连，可调整工件在抛光液中的位置。

3.如权利要求2所述磁流变非晶合金抛光装置，其特征在于：所述位置调节装置包括连接头与位置调节杆。

4.如权利要求1所述磁流变非晶合金抛光装置，其特征在于：所述抛光槽为环带状凹槽。

5.一种适用于权利要求1-4任一所述磁流变非晶合金抛光装置的抛光液，其特征在于：所述抛光液包括质量百分比为52-64%的水、28-40%的羰基铁粉或氧化铁粉、5-10%的抛光颗粒、1-2%的稳定剂、1-2%其他添加剂。

6.如权利要求5所述抛光液，其特征在于：所述抛光颗粒为氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、莫来石颗粒中的一种，抛光颗粒粒径为0.5-8μm。

7.如权利要求5所述抛光液，其特征在于：所述稳定剂为乙二醇、二乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸钠、五水偏磷酸钠中的一种或多种。

8.如权利要求5所述抛光液，其特征在于：所述替他添加剂为辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、月桂醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷醇酰胺中的一种或多种。

9.一种使用权利要求1-4任一所述磁流变非晶合金抛光装置的抛光方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，配制抛光液，将抛光液装载于抛光槽中；

步骤二，利用固定夹紧装置将待抛工件固定于抛光液中，根据抛光需求设定工件抛光面与抛光槽底部之间的间隙距离为0.3-1.8mm；

步骤三，开启电机和磁场发生装置，工件抛光面与抛光槽底部之间形成磁流变团聚体、抛光槽旋转或者作往复运动；

步骤四，根据抛光要求设定抛光时间，抛光结束后完毕抛光装置，取出工件。

10.如权利要求9所述磁流变非晶合金抛光方法，其特征在于：当抛光液水分散失量大于5%时，停止抛光，补充加入水分后再重新使用抛光装置。