CN113234395A - 一种单相磁流变抛光液及其制备方法 - Google Patents

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叶作彦
叶敏恒
李启凯
王利利
潘金龙
程磊
王超
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    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents

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Abstract

本发明公开了一种单相磁流变抛光液及其制备方法，涉及抛光材料技术领域，本方案通过将传统抛光液采用的微米磁性颗粒和纳米磨粒替换为纳米磁性颗粒，所述纳米磁性颗粒具有微米磁性颗粒和纳米磨粒的两种功能；并对所述纳米磁性颗粒进行功能化修饰，使所述纳米磁性颗粒具有表面包覆层形成核壳结构，制成所述复合磁性磨粒，复合磁性磨粒的颗粒间的团聚性较小，能在一定程度上避免团聚的磁性颗粒对工件表面的刮擦作用较大的问题，并且所述复合磁性磨粒具有表面包覆层，能够与工件表面的硬度更好的匹配，以提升单相磁流变抛光液的抛光效果。

Description

一种单相磁流变抛光液及其制备方法
技术领域
本发明涉及抛光材料技术领域，尤其涉及一种单相磁流变抛光液及其制备方法。
背景技术
磁流变抛光技术是一种新型的超精密加工技术，其原理是利用磁流变抛光液在梯度磁场中的弹塑性形变，在特定区域内对工件表面多余材料进行去除的加工方法。磁流变抛光液一般包含三种组分：微米磁性颗粒、基液和纳米磨粒。
磁流变抛光过程中，微米级磁性颗粒将纳米磨粒(氧化铈、金刚石)带至与工件接触的界面，通过纳米磨粒与工件之间的摩擦将多余材料去除。理论上磁性颗粒不与工件直接接触，但美国University of Rochester的研究表明，实际抛光过程中，仍然有少量磁性颗粒不可避免与工件刮擦，也就是说微/纳米两种不同尺度摩擦行为同时存在。这种去除模式下，无法保证工件表面去除函数的确定性，因而不利于获得超光滑表面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单相磁流变抛光液及其制备方法，能够提高磁性磨粒的分散性和同工件表面硬度的匹配性。
本发明提供的一种单相磁流变抛光液的制备方法，包括如下步骤：
制备复合磁性磨粒；
在搅拌去离子水时，向去离子水中加入PVA、丙二醇、碳酸钠制成基液；
将所述复合磁性磨粒加入到基液中。
进一步地，制备复合磁性磨粒包括如下步骤：
将磁性颗粒加入去离子水中搅拌分散；
在搅拌过程中加入正硅酸乙酯溶液并滴加氨水；
加入聚乙二醇溶液，反应完成后用去离子水清洗多次并进行分离和干燥。
进一步地，制备复合磁性磨粒时，包括对所述磁性颗粒进行功能化修饰，使该磁性颗粒形成包覆结构，完成磁性颗粒到复合磁性磨粒的转变。
进一步地，所述功能化修饰包括：无机包覆法或有机包覆法。
本发明还提供一种单相磁流变抛光液，特征在于，其原料包括复合磁性磨粒，所述复合磁性磨粒的原料为粒径10nm-800nm的磁性颗粒。
进一步地，所述的磁性颗粒包括：羰基铁、四氧化三铁、铁合金、镍合金中的一种或多种。
进一步地，所述磁性颗粒的质量百分比为70％-90％。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例通过将传统磁流变抛光液采用的微米磁性颗粒和纳米磨粒替换为纳米磁性颗粒，所述纳米磁性颗粒在该磁流变抛光液体系中同时具有微米磁性颗粒和纳米磨粒的两种功能；并对所述纳米磁性颗粒进行功能化修饰，使所述纳米磁性颗粒具有表面包覆层形成核壳结构，制成所述复合磁性磨粒，复合磁性磨粒的颗粒间的团聚性较小，能在一定程度上避免团聚的磁性颗粒对工件表面的刮擦作用较大的问题，并且所述复合磁性磨粒具有表面包覆层，能够与工件表面的硬度更好的匹配，以提升单相磁流变抛光液的抛光效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的磁性颗粒功能化前后的粒径分布图；
图2为本发明实施例提供的熔石英抛光前的粗糙度示意图；
图3为本发明实施例提供的熔石英抛光后的粗糙度示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种单相磁流变抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备复合磁性磨粒；
在搅拌去离子水时，向去离子水中加入PVA、丙二醇、碳酸钠制成基液；
将所述复合磁性磨粒加入到基液中。
本实施例具体实施方式为：
称取去离子水500g加入塑料烧杯中，在高速搅拌下分别缓慢加入PVA 0.8g，丙二醇20g，碳酸钠10g；待溶液变透明，并形成均匀介质后，在持续搅拌下将所述复合磁性磨粒1200g缓慢加入，继续搅拌10min，得到一种单相磁流变抛光液。
在上述实施例基础之上，制备复合磁性磨粒包括如下步骤：
将磁性颗粒加入去离子水中搅拌分散；
在搅拌过程中加入正硅酸乙酯溶液并滴加氨水；
加入聚乙二醇溶液，反应完成后用去离子水清洗多次并进行分离和干燥。
本实施例的具体实施方式为：
将1000g磁性颗粒放入3L三口烧瓶中在1.5L去离子水中搅拌5min进行分散；
在搅拌过程中缓慢加入150ml正硅酸乙酯溶液，滴加10ml氨水用于调节pH；
继续加入50ml聚乙二醇溶液，在室温下反应24h；
将产物用去离子水多次清洗、分离，采用80℃干燥得到复合磁性颗粒。
在上述实施例基础之上，制备复合磁性磨粒时，包括对所述磁性颗粒进行功能化修饰，使该磁性颗粒形成包覆结构，完成磁性颗粒到复合磁性磨粒的转变，且同时对磁流变抛光液中性能进行优化。
本领域技术人员应当知晓，所述磁流变抛光液中性能包括但不限于分散性能，抛光性能。
本领域技术人员应当知晓，所述包覆结构是由一种材料通过化学键或其他作用力将另一种材料包覆起来形成的有序组装结构。
在上述实施例基础之上，所述功能化修饰包括：无机包覆法或有机包覆法。
所述功能化修饰的手段包括：溶胶-凝胶法，高分子聚合接枝法，表面活性剂吸附法等。
需要说明的是：
现有的抛光过中，仍然有少量铁粉或其他颗粒对工件产生不可避免的刮擦，也就是说微/纳这两种不同尺寸的摩擦行为同时存在，因此采用现有的抛光液无法保证工件表面去除函数的确定性，不利于获得超光滑表面。
而纳米磁性颗粒易于团聚形成大尺度团聚体，另外，磁流变抛光液中磁性颗粒体积分数约为30-60％，浓度很高，如果直接分散在基液中团聚的可能性极大，难以满足实际抛光要求；此外，为进一步提升工件表面质量，对开发较软表面硬度的磨粒也有所需求；总之，为实现工件超光滑表面的创制，需综合考虑磁性颗粒尺度、分散性、硬度等诸多特征及相互兼容性。
因此本实施例对纳米磁性颗粒的表面进行功能化修饰处理：在所述纳米磁性颗粒形成核壳结构状的表面包覆层，并且所述表面包覆层能够根据具体使用要求(如与硬度的匹配、壳层厚度、表面基团类型)进行包覆效果的调整，以此制成复合磁性磨粒；提高纳米颗粒的分散性，并降低了表面硬度，以此来减轻颗粒在对工件抛光时的刮擦。
实施例2：
一种单相磁流变抛光液，特征在于，其原料包括复合磁性磨粒，所述复合磁性磨粒的原料为粒径10nm-800nm的磁性颗粒。
在上述实施例基础之上，所述的磁性颗粒包括：羰基铁、四氧化三铁、铁合金、镍合金中的一种或多种。
在上述实施例基础之上，所述磁性颗粒的质量百分比为70％-90％。
需要说明的是：
现有的抛光液中一般包括微米磁性颗粒、基液和纳米磨粒，而本实施例中将所述简化为纳米磁性颗粒和基液两种组分；并且纳米磁性颗粒同时兼具磁性颗粒和磨粒所具有的两种功能。
并且考虑到所述纳米磁性颗粒容易团聚为大尺度团聚体，对需要抛光的工件表面可能会产生一定的刮擦作用；因此从保证纳米磁性颗粒的分散性以减轻纳米磁性颗粒与工件之间的刮擦作用出发，本实施例中的抛光液的原料采用经过功能化修饰处理过的复合磁性磨粒；所述复合磁性磨粒上具有核壳结构，也就是具有表面包覆层，能够有效减少所述纳米磁性颗粒的团聚性，不仅保证了其分散性，而且降低了表面硬度，减轻了对工件的刮擦；本实施例是从磁性颗粒的尺寸、分散度与硬度等特征出发，保证所述复合磁性磨粒能够更好的与工件表面的各项性能进行适配。
参见图1，能够得出经过功能化修饰获得核壳状的复合结构的纳米磁性颗粒，也就是复合磁性磨粒，所述复合磁性磨粒的分散性较好。
参见图2,、3为对熔石英抛光前后的粗糙度示意图，由图2和图3得出表1如下：
表1熔石英抛光前后粗糙度对比表
工件抛光前粗糙度(nm) 工件抛光后粗糙度(nm)
0.4751 0.2474
由上表可得出，采用本实施的单相磁流变抛光液对熔石英进行抛光后，获得了良好的表面质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本发明。

Claims (7)

1.一种单相磁流变抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备复合磁性磨粒；
在搅拌去离子水时，向去离子水中加入PVA、丙二醇、碳酸钠制成基液；
将所述复合磁性磨粒加入到基液中。
2.根据权利要求1所述的一种单相磁流变抛光液的制备方法，其特征在于，制备复合磁性磨粒包括如下步骤：
将磁性颗粒加入去离子水中搅拌分散；
在搅拌过程中加入正硅酸乙酯溶液并滴加氨水；
加入聚乙二醇溶液，反应完成后用去离子水清洗多次并进行分离和干燥。
3.根据权利要求2所述的一种单相磁流变抛光液的制备方法，其特征在于，制备复合磁性磨粒时，包括对所述磁性颗粒进行功能化修饰，使该磁性颗粒形成包覆结构，完成磁性颗粒到复合磁性磨粒的转变。
4.根据权利要求3所述的一种单相磁流变抛光液的制备方法，其特征在于，所述功能化修饰包括：无机包覆法或有机包覆法。
5.一种单相磁流变抛光液，其特征在于，其原料包括复合磁性磨粒，所述复合磁性磨粒的原料为粒径10nm-800nm的磁性颗粒。
6.根据权利要求5所述的一种单相磁流变抛光液，其特征在于，所述的磁性颗粒包括：羰基铁、四氧化三铁、铁合金、镍合金中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种单相磁流变抛光液，其特征在于，所述磁性颗粒的质量百分比为70％-90％。
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