CN108148505A - 一种磁流变抛光用复合粒子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁流变抛光的铁磁性颗粒与磨料组成复合粒子的制造方法。具体地说，本发明涉及一种将磨料包裹或镶于铁磁性颗粒外表，这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子遇到磁场时，会在磁力线作用下排列，形成自适应柔性类固体；当磁场移动时，其紧随磁场移动。这种移动的、复合粒子组成的自适应柔性类固体，作用于工件表面时，复合于铁磁性颗粒外表的磨料对工件表面产生研磨或抛光作用。这种抛光作用会随磁场的有无、强弱变化而相应变化，即磁流变抛光。这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子可对工件进行干式研磨抛光；也可以放入载液(包括水基、溶剂或油基及其助剂)中，用于对工件进行磁流变湿式抛光。

Description

一种磁流变抛光用复合粒子的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于磁流变抛光的铁磁性颗粒与磨料组成复合粒子的制造方法。具体地说，本发明涉及一种将磨料包裹或镶于铁磁性颗粒外表，这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子遇到磁场时，会在磁力线作用下排列，形成自适应柔性类固体；当磁场移动时，其紧随磁场移动。这种移动的、复合粒子组成的自适应柔性类固体，作用于工件表面时，复合于铁磁性颗粒外表的磨料对工件表面产生研磨或抛光作用。这种抛光作用会随磁场的有无、强弱变化而相应变化，实现磁流变抛光。这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子，可以在磁场作用下，对工件进行磁流变干式研磨抛光；也可以根据工件需要，将这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子放入载液(包括水基、溶剂或油基及其助剂)中，制成磁流变抛光液，用于对工件进行磁流变湿式抛光。本发明属于抛光技术领域。

背景技术

抛光技术的发展历史较长，其材料门类众多，而其抛光对象更是遍及我们生产生活的每个方面。传统的抛光可分为固体抛光、液体抛光。固体抛光是固体抛光材料、器件直接作用于工件表面所进行的抛光；液体抛光是抛光液通过载体作用于工件表面所进行的抛光。传统抛光只适合于往复运动的平面或圆周面的抛光。

近年来，随着曲面抛光市场需求的出现，及对抛光精度要求的提高，人们纷纷将目光转向磁流变抛光，但都是基于传统抛光机械及工艺技术引进磁流变液的产物。市面上涉及磁流变的抛光设备及技术、在先专利都是在磁流变液中加入磨料，或在抛光液中加入铁磁性颗粒，形成磁流变抛光液，磨料颗粒与铁磁性颗粒是随机混合分布在载液中的。抛光时，使这种磁流变抛光液流经运动的工件表面，磁流变抛光液在所经磁场的作用下，形成“缎带”，对在“缎带”上运动的工件进行抛光；或是工件在磁场作用下的磁流变抛光液中做两个以上自由度的运动，对工件表面进行抛光。这类对磁流变技术的应用，都是靠磁流变液在磁场作用下，形成类固体的铁磁性颗粒“裹挟”磨料粒子，对运动的工件产生抛光作用。这种靠“裹挟”磨料粒子所进行的抛光，有如下缺点：

①因磨料粒子是被“裹挟”而起抛光作用，导致磨料粒子对工件作用具有随机性，抛光效率低，抛光均匀性无法保证。

②在抛光过程中，因磨料颗粒与铁磁性颗粒是随机混合分布在载液中的，铁磁性颗粒也同时作用于工件，甚至作用于工件的频率较磨料颗粒要高得多，使铁磁性颗粒很容易被磨损或腐蚀，被磨损或腐蚀的铁磁性颗粒污染抛光液和工件，缩短了磁流变抛光液的使用寿命，甚至影响抛光效果。

③由于是靠“裹挟”使磨料颗粒起作用，只有细小的微纳米磨料颗粒才可能被裹挟，细小的微纳米磨料只能用于精细抛光；而要求去除率较高的对典面的起始抛光(俗称“粗抛”)，则因大的颗粒会沉在抛光液的底部，无法被裹挟起到抛光作用，从而限制了抛光对象、抛光效率、抛光使用磨料的种类。

发明内容

本发明是将磨料包镶于铁磁性颗粒外表，形成铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子。这种复合粒子遇到磁场时，会在磁力线作用下排列，形成柔性自适应类固体；当磁场移动时，其紧随磁场移动。这种在磁场作用下由复合颗粒组成的柔性自适应类固体，随磁场运动时，只有复合于铁磁性颗粒外表的磨料作用于工件表面，对工件表面产生研磨或抛光作用。而包裹在复合粒子内部的铁磁性颗粒，只在磁场作用下起到动力源的作用---驱动包镶于其外表的磨料，随磁场运动，作用于工件表面，实现磁流变抛光。抛光过程中，复合粒子内的铁磁性颗粒被磨料包镶，基本不会作用于工件，不会受到磨损和污染抛光液。

本发明所述铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子，可以在磁场作用下，对工件进行磁流变干法研磨抛光；也可以根据工件需要，将这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子放入载液(包括水基、溶剂或油基及其助剂)中，制成磁流变抛光液，用于对工件进行磁流变湿式抛光。

本发明所述的铁磁性颗粒，是具有铁磁性的物质，包括铁、钴、镍及其适当比例的合金材、非晶材料等，首选球形颗粒的羰基铁粉。

本发明所述磨料颗粒，包括金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氮化硅、刚玉（氧化铝）系列、二氧化硅、氧化锆、氧化铈等。具体根据研磨抛光对象的材质硬度选择磨料品种；根据工件表面粗糙度及去除率的要求，选择磨料颗粒大小。

本发明所述的将磨料包镶于铁磁性颗粒外表。其包镶方法包括：

将铁磁性颗粒表面软化，使磨料颗粒熔粘于铁磁性颗粒表面的热熔法包镶。

有机溶剂溶解粘接材料(一般用高分子聚合物)，将铁磁性颗粒与磨料颗粒放入粘接剂溶液中，蒸发粘接剂溶液中的有机溶剂后造粒，得到铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子。

水溶解水溶性粘接材料(一般用水溶性高分子聚合物)，将铁磁性颗粒与磨料颗粒放入水溶性粘接剂溶液中，蒸发粘接剂溶液中的水后造粒，得到铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子。

本发明所述的磁流变抛光液，是将复合粒子加入载液及其助剂中。所述载液包括：水，优选去离子水、蒸馏水；有机溶剂，优选沸点较高或挥发性小、易于工件清洁的醇类等；油类，根据工件的材质，选择煤油、硅油等。所述助剂包括：悬浮剂、防锈剂、抗沉降剂、钝化剂等。

本发明的优点：

①磨料粒子是包镶于铁磁性颗粒外表的，当磁场作用下复合粒子在工件表面运动时，是磨料直接作用于工件起到抛光作用，抛光效率高，能够保证抛光的均匀性。

②因铁磁颗粒被外表包镶有磨料，在抛光过程中，铁磁性颗粒作为复合粒子运动的动力源，不作用于工件表面，铁磁性颗粒不会被磨损或腐蚀，延长了磁流变抛光液的使用寿命，提高了抛光效果。

③由于磨料颗粒是包镶于铁磁性颗粒外表的，增加了磨料颗品种、粒径的选择范围，对于工件有广谱性，提高了磁流变抛光的作用范围，增加了抛光对象、提高了抛光效率、拓展了抛光使用磨料的种类。

附图说明

图1未经包镶包裹磨料的羰基铁粉扫描电镜图片。

图2是实施例1的扫描电镜图片。

图3是实施例2的扫描电镜图片。

图4是实施例3的扫描电镜图片。

图5是实施例4的扫描电镜图片。

图6是实施例5的扫描电镜图片。

实施例

实施例1 用热熔法将磨料颗粒包镶于铁磁性颗粒羰基铁粉外表。将与羰基铁粉质量比0.1%-10%的纳米二氧化硅，优选1%-5%，用机械方法分散后，放入10-25公斤甲醇或乙醇与50-500克硅烷偶联剂的稀释液内，搅拌均匀，加入羰基铁粉200公斤，球磨2小时，蒸发乙醇至粉体干燥。将干燥后包有纳米二氧化硅与硅烷偶联剂的羰基铁粉，在400℃以上氮气份保护下热熔合，冷却后得到铁磁性颗粒与磨料纳米二氧化硅组成的复合粒子。

实施例2 实施例1所述，省去热熔合工艺，得到铁磁性颗粒与磨料纳米二氧化硅组成的复合粒子。

实施例3 将羰基铁粉质量比0.5%-10%环氧树脂，溶解于羰基铁粉质量比5%-12%的丙酮内，加入羰基铁粉及羰基铁粉质量比5%的金刚石微粉，捏合蒸发掉丙酮后造粒，在110-200℃之间(具体根据树脂要求设定)固化，冷却后得到铁磁性颗粒与磨料金刚石组成的复合粒子。

实施例4 将羰基铁粉质量比0.5%-10%聚乙烯醇，溶解于羰基铁粉质量比5%-12%的去离子水或蒸馏水内，加入羰基铁粉及羰基铁粉质量比2%经分散后的氮化硅，捏合蒸发掉水份，在100-160℃之间塑化，冷却造粒，得到铁磁性颗粒与磨料氮化硅组成的复合粒子。

实施例5 将羰基铁粉质量比0.5%-10%聚乙烯醇，溶解于羰基铁粉质量比5%-12%的去离子水或蒸馏水内，加入羰基铁粉，搅拌均匀，加入羰基质量比10%-100的硅溶胶，搅拌均匀，烘干塑化，冷却造粒，得到铁磁性颗粒与磨料二氧化硅组成的复合粒子。

Claims (7)

1.一种磁流变抛光用复合粒子的制造方法，是将磨料包镶于铁磁性颗粒外表，形成铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子的制造方法；这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子遇到磁场时，会在磁力线作用下排列，形成自适应柔性类固体；当磁场移动时，其紧随磁场移动；这种移动的、复合粒子组成的自适应柔性类固体，作用于工件表面时，复合于铁磁性颗粒外表的磨料对工件表面产生研磨或抛光作用；这种抛光作用会随磁场的有无、强弱变化而相应变化，实现磁流变抛光；这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子，可以在磁场作用下，对工件进行磁流变干式研磨抛光；也可以根据工件需要，将这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子放入载液(包括水基、溶剂或油基及其助剂)中，制成磁流变抛光液，用于对工件进行磁流变湿式抛光。

2.权利要求1所述包裹在复合粒子内部的铁磁性颗粒，在磁场作用下起到动力源的作用---铁磁性颗随磁场运动而运动，随磁场的有无和强弱变化而作相应变化，驱动包镶于其外表的磨料直接作用于工件表面，实现磁流变抛光。

3.权利要求1所述铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子，可以在磁场作用下，对工件进行磁流变干法研磨抛光；也可以根据工件需要，将这种铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子放入载液(包括水基、油基及其助剂)中，制成磁流变抛光液，用于对工件进行磁流变湿式抛光。

4.权利要求1所述的铁磁性颗粒，是具有铁磁性的物质，包括铁、钴、镍及其适当比例的合金材料、非晶材料等，首选球形颗粒的羰基铁粉。

5.权利要求1所述磨料颗粒，包括但不限于金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氮化硅、刚玉（氧化铝）系列、二氧化硅、氧化锆、氧化铈等；具体根据研磨抛光对象的材质硬度选择磨料品种；根据工件表面粗糙度及去除率的要求，选择磨料颗粒大小。

6.权利要求1所述的将磨料包镶于铁磁性颗粒外表，其包镶方法包括：将铁磁性颗粒表面软化，使磨料熔粘于铁磁性颗粒表面的热熔法包镶；有机溶剂溶解粘接材料(一般用高分子聚合物)，将铁磁性颗粒与磨料放入粘接剂溶液中，蒸发粘接剂溶液中的有机溶剂后造粒，得到铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子；水溶解水溶性粘接材料(一般用水溶性高分子聚合物)，将铁磁性颗粒与磨料放入水溶性粘接剂溶液中，蒸发粘接剂溶液中的水后造粒，得到铁磁性颗粒与磨料组成的复合粒子。

7.权利要求3所述的磁流变抛光液，是将复合粒子加入载液及其助剂中，所述载液包括：水，优选去离子水、蒸馏水；溶剂，优选沸点较高或挥发性小、易于工件清洁的醇类等；油类，根据工件的材质，选择煤油、硅油等；所述助剂包括：悬浮剂、防锈剂、抗沉降剂、钝化剂等。