CN106114035A - 砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法 - Google Patents

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邵琦
邓乾发
翁海舟
戴伟涛
陈振华
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Abstract

一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，包括下列步骤：(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过100nm，金属工件采用硬质合金；(2)用砂轮按照设定的工艺参数在金属工件表面切割出设定的平行沟槽组；工艺参数如下：砂轮与工件表面的夹角为5～30°，砂轮转速为1000～3000rpm，进给速度为20～100mm/min，切割深度为1～5μm；每切割完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移3～20μm，再进行下一条沟槽的切割。用该方法加工成型的金属表面具有特定微结构，不但能够像闪耀光栅一样呈现结构色，而且相比加工前具有更好的疏水性，从而具有更强的抗腐蚀能力，和更低的流体流动阻力。

Description

砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法
技术领域
本发明涉及金属表面精加工领域，特别涉及砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法。
背景技术
为起到装饰目的，现阶段改变金属外观颜色需要依靠染料。使用染料染色不但会造成环境污染，而且容易掉色、褪色(特别是遇到某些化学试剂时)。可见，研究如何克服染料染色所存在的上述弊端或不足，具有重大意义。
结构色又称物理色，是一种由光的波长引发的光泽，与色素着色无关，即使遇到化学试剂也不会掉色、褪色。可见，如果能够在金属表面加工出能够呈现结构色的微结构，用结构色代替色素色来装饰金属表面，那么用染料染色带来的问题就迎刃而解了。因此，有必要开发一种能够在金属表面加工出微结构，而使该金属表面呈现结构色的金属表面精加工方法。
此外，如何更为有效的防止金属工件的表面腐蚀、降低金属表面流体的流动阻力，也是目前所面临的重要课题。有研究发现，金属表面的疏水性越强，那么其表面的抗腐蚀能力也就越强，其表面上的流体所受到的流动阻力也会越低。因此，研发一种能提高金属表面疏水性的金属表面精加工方法具有重大意义。
发明内容
为了克服现有金属表面处理工艺的不具有结构色、疏水性较差、 抗腐蚀能力较弱、流动阻力较大的不足，本发明提供一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法。用该方法加工成型的金属表面具有特定微结构，不但能够像闪耀光栅一样呈现结构色，而且相比加工前具有更好的疏水性，从而具有更强的抗腐蚀能力，和更低的流体流动阻力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，包括下列步骤：
(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过100nm，所述金属工件的材质为高粘性金属材料；
(2)用砂轮按照设定的工艺参数在金属工件表面切割出设定的平行沟槽组；切割过程相关工艺参数如下：切割选用规格为切割选用规格为立方氮化硼粒度1000#-8000#，磨粒浓度100％-150％的铸铁结合剂的砂轮；切割时，砂轮与工件表面的夹角为5～30°，砂轮转速为1000～3000rpm，进给速度为20～100mm/min，切割深度为1～5μm；每切割完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移3～20μm，再进行下一条沟槽的切割。
进一步，所述步骤(1)中，采用抛光或研磨的方法对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过30nm；所述金属工件的材质为不锈钢或钛合金。当然，也可以是其他高粘性金属材料。
再进一步，所述步骤(2)中，切割选用规格为切割选用规格为立方氮化硼粒度5000#，磨粒浓度125％的铸铁结合剂的砂轮，切割时，砂轮与工件表面的夹角为9°，砂轮转速为2000rpm，进给速度为 100mm/min，切割深度为5μm；每切割完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移10μm，再进行下一条沟槽的切割。
更进一步，所述平行沟槽组为曲线型沟槽组、环型沟槽组或直线型沟槽组。当然，也可以是其他形状。
所述方法还包括步骤(3)，切削出与步骤(2)中获得的直线型沟槽组相交叉的另一直线型沟槽组，从而获得交叉沟槽组，切割过程的工艺参数与步骤(3)相同。
优选的，所述交叉沟槽组的交叉角为90°。当然，也可以是其他角度。
与现有技术相比，本发明通过刀具按照特定的工艺条件在硬质合金工件表面切削出能够像闪耀光栅一样呈现结构色的微结构来实现装饰目的，健康、环保，且即使遇到化学试剂也不会掉色、褪色，解决了染料染色所存在的问题，此外，研究还发现，用本发明的方法获得的金属表面相比加工前具有更好的疏水性，从而具有更强的抗腐蚀能力，和更低的流体流动阻力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，包括以下步骤：
(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过100nm；
(2)用砂轮按照特定的工艺参数在金属工件表面切割出特定的平行沟槽组。
本发明方法的加工对象为高粘性金属材料(如不锈钢或钛合金等)制成的金属工件；本发明方法的步骤(2)中的切割相关工艺参数如下：切割选用规格为切割选用规格为立方氮化硼粒度1000#-8000#，磨粒浓度100％-150％的铸铁结合剂的砂轮；切割时，砂轮与工件表面的夹角为5～30°，砂轮转速为1000～3000rpm，进给速度为20～100mm/min，切割深度为1～5μm；每切割完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移3～20μm。
实验表明，用本发明的方法加工成型的金属表面具有特定微结构，不但能够像闪耀光栅一样结构色，产生虹彩，而且相比加工前具有更好的疏水性。
进一步实验表明，本发明方法的步骤(1)中，宜采用抛光或研磨的方法对金属工件表面进行平整加工，并使其表面的粗糙度达到30nm；所述金属工件的材质宜选用磨具钢或轴承钢。
更进一步实验表明，本发明方法的步骤(2)中，宜将工艺条件控制为：切割选用规格为切割选用规格为立方氮化硼粒度5000#，磨粒浓度125％的铸铁结合剂的砂轮，切割时，砂轮与工件表面的夹角为9°，砂轮转速为2000rpm，进给速度为100mm/min，切割深度为5μm。此时，获得的金属表面具有相对更强的疏水性。各个参数也可以选用给定范围内的上下限或其他中间值。
所述平行沟槽组可以为曲线型沟槽组或环型沟槽组，此时，工艺操作比较容易，有利于控制加工成本，从而有利于在产业上进行推广、应用。
所述平行沟槽组也可以为直线型沟槽组。进一步，所述方法还包 括步骤(3)：切割出与步骤(2)中的获得的平行沟槽组相交叉的另一直线型沟槽组，从而获得交叉沟槽组；切割过程相关工艺参数与步骤(2)相同。再进一步，所述交叉沟槽组的交叉角(相交叉的两道沟槽的夹角)优选为90°。实验表明，交叉沟槽组能够使得金属表面具有相对更强的疏水性，且还能提供具有更高饱和度的结构色。
所述平行沟槽组由一组相互平行的沟槽组成；所述直线型沟槽组指的是构成沟槽组的沟槽看上去为直线；所述曲线型沟槽组指的是构成沟槽组的沟槽看上去为曲线；所述环型沟槽组指的是构成沟槽组的沟槽看上去为封闭曲线，如圆形或椭圆形。
下面以用本发明方法加工磨具钢工件为例，对本发明作更进一步说明。
步骤(1)中选用的不锈钢工件，相关参数如表1：
材料 硬度 方形工件尺寸(mm) 表面粗糙度(nm)
不锈钢HPM38 HRC51 50x50x50 Ra150
表1
经过步骤(1)加工后，磨具钢工件表面粗糙度不超过30nm。
步骤(2)中，砂轮切割参数如表2：
表2
步骤(2)中，每切割完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移10μm，再进行下一条沟槽的切割。
实验获得的磨具钢表面不但能够呈现高饱和度和高亮度的结构色，产生虹彩，疏水性也比加工前提高了2倍以上。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于所述发明的其它的技术方案。

Claims (6)

1.一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述方法包括下列步骤：
(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过100nm，所述金属工件的材质为高粘性金属材料；
(2)用砂轮按照设定的工艺参数在金属工件表面切割出设定的平行沟槽组；切割过程相关工艺参数如下：切割选用规格为切割选用规格为立方氮化硼粒度1000#-8000#，磨粒浓度100％-150％的铸铁结合剂的砂轮；切割时，砂轮与工件表面的夹角为5～30°，砂轮转速为1000～3000rpm，进给速度为20～100mm/min，切割深度为1～5μm；每切割完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移3～20μm，再进行下一条沟槽的切割。
2.如权利要求1所述的一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，采用抛光或研磨的方法对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过30nm；所述金属工件的材质为不锈钢或钛合金。
3.如权利要求1或2所述的一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，切割选用规格为切割选用规格为立方氮化硼粒度5000#，磨粒浓度125％的铸铁结合剂的砂轮，切割时，砂轮与工件表面的夹角为9°，砂轮转速为2000rpm，进给速度为100mm/min，切割深度为5μm；每切割完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移10μm，再进行下一条沟槽的切割。
4.如权利要求1或2所述的一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述平行沟槽组为曲线型沟槽组、环型沟槽组或直线型沟槽组。
5.如权利要求4所述的一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述方法还包括步骤(3)，切削出与步骤(2)中获得的直线型沟槽组相交叉的另一直线型沟槽组，从而获得交叉沟槽组，切割过程的工艺参数与步骤(3)相同。
6.如权利要求5所述的一种砂轮切割成型基于闪耀光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述交叉沟槽组的交叉角为90°。
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