CN113664302A - 一种金属铌表面加工重构方法及重构装置 - Google Patents
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Abstract
一种金属铌表面加工重构方法及重构装置，属于金属加工领域，本发明为了解决目前电解质等离子抛光方法只局限于铁、铝、铜、镁等常见金属，对于高熔点、高稳定性金属铌并没有成功的表面加工方法的问题，本发明提供的一种金属铌表面加工重构方法及所用装置，可以对金属铌表面进行重构加工，通过示波器反馈的信息对电源输出波形进行控制以及结合加工介质溶液成分、温度的控制，改善电源放电的动特性，达到精确控制工件表面电弧放电强弱的目的，实现了根据需求控制电弧在纳米至微米级别的放电。同时通过低浓度盐溶液作为加工介质使得铌工件被加工下来的金属不会附着在工件表面阻碍进一步放电加工发生，加工可持续、高效，且加工介质还可循环利用。
Description
技术领域
本发明属于金属加工领域，具体涉及一种金属铌表面加工重构方法及重构装置。
背景技术
金属铌作为一种超导材料，在超导领域具有巨大的应用价值。铌的表面加工技术一直停留在传统加工方法上，机械加工、化学加工、电化学抛光、超声波抛光等。这些方法有的要依靠工人的手工劳动，过程中产生的金属粉尘会严重影响工人的身体健康，同时会在工件表面形成残余应力，影响工件性能。表面形状复杂的工件很难达到所希望的高品质，而且加工效率低，产品的精度和一致性差，产品表面加工后不能达到最佳的镜面效果，有些抛光方法要使用一定浓度的酸或碱，对环境污染极大，产生的气体容易对人造成伤害，过程中产生的废液难于处理，成本较高不环保。目前电解质等离子抛光方法相较于传统方法有很大的提升，解决了大部分问题，但目前电解质等离子抛光方法只局限于铁、铝、铜、镁等常见金属，对于高熔点、高稳定性且表面附着有氧化膜的金属铌并没有成功的表面加工方法，并且没有能通过精确控制电弧在纳米至微米级别的放电来加工重构金属铌表面的加工方法，因此研发一种金属铌表面加工重构装置及表面加工重构方法是很符合实际需要的。
发明内容
本发明为了解决目前电解质等离子抛光方法只局限于铁、铝、铜、镁等常见金属，对于高熔点、高稳定性且表面附着有氧化膜的金属铌并没有成功的表面加工方法的问题，进而提供一种金属铌表面加工重构方法及重构装置；
一种金属铌表面加工重构装置，所述装置包括可调直流电源、夹具和反应容器，夹具通过导线与可调直流电源的正极相连，反应容器通过导线与可调直流电源的负极相连；
所述可调直流电源与示波器相连，示波器用于对电源的波形进行分析，可调直流电源的正极与夹具之间设有整流部件；
所述夹具的材质与被加工工件的材质相同；
进一步地，所述可调直流电源的正极与夹具之间的整流部件为二级管，二极管串联在可调直流电源的正极与夹具之间；
进一步地，所述可调直流电源的正极与夹具之间的整流部件为电容，电容并联在被加工工件的两端；
一种金属铌表面加工重构方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：将金属铌在加工之前先用砂纸打磨，磨掉表面的油污杂质；
步骤二：将步骤一中去除表面油污的铌工件装夹在夹具上，并将夹具通过导线与可调直流电源正极连接，将反应容器与可调直流电源负极连接；
步骤三：将加工介质溶液加热至70℃-90℃后注入到反应容器中，启动可调直流电源对夹具及反应容器加载电压，将铌工件的夹具缓慢浸没入加工介质溶液中，根据示波器中显示的波形及电源参数，调节可调直流电源，使加工电流密度保持在0.1-0.4A/cm2；
步骤四：加工时间设置为1至7分钟，然后缓慢将带有铌工件的夹具从反应容器中取出，关闭可调直流电源；
步骤五：将铌工件从夹具中拆卸下来，并用酒精擦拭干净后超声波清洗；
进一步地，所述步骤三中的加工介质溶液为低浓度盐溶液；
进一步地，所述步骤三中的加工介质溶液由氟基盐、添加剂和纯水组成，其中氟基盐、添加剂和纯水的含量比值为3％～6％：1％：93％～96％；
进一步地，所述步骤三中的加工介质溶液中的添加剂为聚乙二醇。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种金属铌表面加工重构方法及重构装置，可以通过示波器反馈的信息对电源输出波形及电源参数进行控制以及结合加工介质溶液成分、温度的控制，改善电源放电的动特性，改善电源放电的动特性，达到精确控制工件表面电弧放电强弱的目的，实现了根据需求控制电弧在纳米至微米级别的放电，对铌工件表面进行了加工重构，实现镜面效果，在超导领域，极大地提升了超导腔的性能，同时抗腐蚀性也得到提升，加工效率高。
2、本发明提供的一种金属铌表面加工重构方法及重构装置，其中所用的加工介质为低浓度盐溶液，中性无毒，在加工过程中不会产生有害气体，并且溶液成分使得铌工件被加工下来的金属不会附着在工件表面阻碍进一步放电加工发生，加工可持续、高效，溶液可以循环利用，成本低、环保。
附图说明
图1为本发明中所述装置的连接示意图；
图2为实施例中加工前工件表面电镜图；
图3为实施例中加工前工件表面元素含量分布图；
图4为实施例中加工后工件表面电镜图；
图5为实施例中加工后工件表面元素含量分布图；
图6为实施例中加工后工件表面纳米级放电痕迹图；
图7为实施例中加工后工件表面微米级放电痕迹图。
图中：1可调直流电源、2夹具、3反应容器、4工件和5反应层。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式提供了一种金属铌表面加工重构装置，所述装置包括可调直流电源1、夹具2和反应容器3，夹具2通过导线与可调直流电源1的正极相连，反应容器3通过导线与可调直流电源1的负极相连；
所述可调直流电源1与示波器相连，示波器用于对电源的波形进行分析，可调直流电源1的正极与夹具2之间设有整流部件；
所述夹具2的材质与被加工工件的材质相同。
本实施方式中反应容器3中设有温度传感器，可以对加工时的溶液温度进行有效监控，可以通过示波器对电源输出波形及电源参数和加工介质溶液成分(初始的配比不会随着加工过程中变化，为预先设定值)、温度传感器为溶液温度的控制，改善电源放电的动特性，达到精确控制工件表面电弧放电强弱的目的，实现了根据需求控制电弧在纳米至微米级别的放电，对铌工件表面进行了加工重构，实现镜面效果，在超导领域，极大地提升了超导腔的性能，同时抗腐蚀性也得到提升，加工效率高。
具体实施方式二：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的整流部件作进一步限定，本实施方式中，所述可调直流电源1的正极与夹具2之间的整流部件为二级管，二极管串联在可调直流电源1的正极与夹具2之间。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的整流部件作进一步限定，本实施方式中，所述可调直流电源1的正极与夹具2之间的整流部件为电容，电容并联在被加工工件的两端，电容的一端与夹具2相连，电容的另一端与反应容器3相连。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。
结合具体实施方式二和具体实施方式三中说明，通过示波器对原有电源的波形进行分析，发现电源波形整流效果不佳，输出直流波形不稳定，于是通过在电源输出端串联二极管和并联电容等方式对整流后的波形进行改善，达到了加工所需的要求。
具体实施方式四：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式中，一种金属铌表面加工重构方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：将金属铌在加工之前先用砂纸打磨，磨掉表面的油污杂质；
步骤二：将步骤一中去除表面油污的铌工件装夹在夹具2上，并将夹具2通过导线与可调直流电源1正极连接，将反应容器3与可调直流电源1负极连接；
步骤三：将加工介质溶液加热至70℃-90℃后注入到反应容器3中，启动可调直流电源1对夹具2及反应容器3加载电压，将铌工件的夹具2缓慢浸没入加工介质溶液中，根据示波器中显示的波形及电源参数，调节可调直流电源1，使加工电流密度保持在0.1-0.4A/cm2；
步骤四：加工时间设置为1至7分钟，然后缓慢将带有铌工件的夹具2从反应容器3中取出，关闭可调直流电源1；
步骤五：将铌工件从夹具2中拆卸下来，并用酒精擦拭干净后超声波清洗。
本实施方式中提供的一种金属铌表面加工重构方法可以对金属铌表面进行重构加工，克服了目前电解质等离子抛光方法只局限于铁、铝、铜、镁等常见金属，对于高熔点、高稳定性且表面附着有氧化膜的金属铌并没有成功的表面加工方法的问题。
具体实施方式五：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的圆锥标定组件作进一步限定，本实施方式中，所述步骤三中的加工介质溶液为低浓度盐溶液。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
本实施方式中，加工介质采用低浓度盐溶液，是因为低浓度盐溶液中性无毒，在加工过程中不会产生有害气体，同时加工后的工件抗腐蚀性能也得到很大提升，并且溶液成分使得铌工件被加工下来的金属不会附着在工件表面阻碍进一步放电加工发生，加工可持续、高效，溶液可以循环利用，成本低、环保。
具体实施方式六：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的圆锥标定物4作进一步限定，本实施方式中，所述步骤三中的加工介质溶液由氟基盐、添加剂和纯水组成，其中氟基盐、添加剂和纯水的含量比值为3％～6％：1％：93％～96％。其它组成及连接方式与具体实施方式五相同。
如此设置，在加工介质为此含量比的范围下可以由调节电源参数控制不同级别的放电，能达到最佳的加工效果，同时加工成本最低，使本方法更加具有经济性。
具体实施方式七：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的三维测量仪作进一步限定，本实施方式中，所述步骤三中的加工介质溶液中的添加剂为聚乙二醇。其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
实施例1：
本实施例中可调直流电源1采用经可控硅整流的可调直流电源作；加工介质为低浓度盐溶，其质量分数为4％的氟化铵、1％PEG1000其余为纯水的溶液，夹具2材质与被加工工件相同，为铌夹具；
步骤一：将金属铌在加工之前先用砂纸打磨，磨掉表面的油污杂质；
步骤二：将步骤一中去除表面油污的铌工件装夹在夹具2上，并将夹具2通过导线与可调直流电源1正极连接，将反应容器3与可调直流电源1负极连接；
步骤三：将加工介质溶液加热至80℃后注入到反应容器3中，启动可调直流电源1对夹具2及反应容器3加载电压，将铌工件的夹具2缓慢浸没入加工介质溶液中，根据示波器中显示的波形，调节可调直流电源1，使加工电流密度保持在0.2A/cm2；
步骤四：加工时间设置为2分钟，然后缓慢将带有铌工件的夹具2从反应容器3中取出，关闭可调直流电源1；
步骤五：将铌工件从夹具2中拆卸下来，并用酒精擦拭干净后超声波清洗。
通过本方法加工后的金属铌表面变化参照图2和图4所示，经过加工后的金属铌表面可以达到镜面效果，并且加工过程十分快捷，加工效率很高，加工过程中没有产生有害气体，加工后的工件表面也没有其他杂质附着(表1为加工前工件表面元素含量，表2为加工后工件表面元素含量)，且加工后的金属铌表面耐腐蚀性增强，达到了预期效果。
表1
表2。
Claims (7)
1.一种金属铌表面加工重构装置，其特征在于：所述装置包括可调直流电源(1)、夹具(2)和反应容器(3)，夹具(2)通过导线与可调直流电源(1)的正极相连，反应容器(3)通过导线与可调直流电源(1)的负极相连；
所述可调直流电源(1)与示波器相连，示波器用于对电源的波形进行分析，可调直流电源(1)的正极与夹具(2)之间设有整流部件；
所述夹具(2)的材质与被加工工件的材质相同。
2.根据权利要求1中所述的一种金属铌表面加工重构装置，其特征在于：所述可调直流电源(1)的正极与夹具(2)之间的整流部件为二级管，二极管串联在可调直流电源(1)的正极与夹具(2)之间。
3.根据权利要求1中所述的一种金属铌表面加工重构装置，其特征在于：所述可调直流电源(1)的正极与夹具(2)之间的整流部件为电容，电容并联在被加工工件的两端。
4.一种利用权利要求1至3中任意一种金属铌表面加工重构装置实现的金属铌表面加工重构方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：将金属铌在加工之前先用砂纸打磨，磨掉表面的油污杂质；
步骤二：将步骤一中去除表面油污的铌工件装夹在夹具(2)上，并将夹具(2)通过导线与可调直流电源(1)正极连接，将反应容器(3)与可调直流电源(1)负极连接；
步骤三：将加工介质溶液加热至70℃-90℃后注入到反应容器(3)中，启动可调直流电源(1)对夹具(2)及反应容器(3)加载电压，将铌工件的夹具(2)缓慢浸没入加工介质溶液中，根据示波器中显示的波形及电源参数，调节可调直流电源(1)，使加工电流密度保持在0.1-0.4A/cm2；
步骤四：加工时间设置为1至7分钟，然后缓慢将带有铌工件的夹具(2)从反应容器(3)中取出，关闭可调直流电源(1)；
步骤五：将铌工件从夹具(2)中拆卸下来，并用酒精擦拭干净后超声波清洗。
5.根据权利要求4中所述的一种金属铌表面加工重构方法，其特征在于：所述步骤三中的加工介质溶液为低浓度盐溶液。
6.根据权利要求5中所述的一种金属铌表面加工重构方法，其特征在于：所述步骤三中的加工介质溶液由氟基盐、添加剂和纯水组成，其中氟基盐、添加剂和纯水的含量比值为3％～6％：1％：93％～96％。
7.根据权利要求6中所述的一种金属铌表面加工重构方法，其特征在于：所述步骤三中的加工介质溶液中的添加剂为聚乙二醇。
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