CN113755133A - 抛光磨粒及其制备方法、磁流变抛光液 - Google Patents

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叶敏恒
李晓媛
李启凯
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Abstract

本发明公开了抛光磨粒及其制备方法、磁流变抛光液，所述抛光磨粒为通过在磨粒本体表面接枝带有亲水性基团的有机聚合物形成的核‑壳结构。本发明通过在磨粒表面接枝亲水性高分子链：一方面促进磨粒在抛光液态环境中的分散，弱化因团聚导致重力增加在工件表面的沉淀作用；另一方面亲水基团促进磨粒与水分子的亲和能力，在抛光液流动过程中，水分子与表面接枝亲水性高分子链相互吸引，促进磨粒被水分子带走不至于在工件表面残留，解决了现有磁流变抛光液的抛光全流程去除效果稳定性较差问题。

Description

抛光磨粒及其制备方法、磁流变抛光液
技术领域
本发明涉及磁流变抛光技术领域，具体涉及抛光磨粒及其制备方法、磁流变抛光液。
背景技术
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产生材料去除。因此，控制抛光磨粒与工件之间的摩擦作用稳定性对于抛光全流程效能稳定性至关重要。
当前磁流变抛光过程中，伴随着抛光时间延长，所使用抛光磨粒在工件表面大量残留，导致后期抛光液中磨粒浓度逐步下降，进而降低了整体工件表面的去除效率，使抛光全流程去除效果稳定性降低。
发明内容
本发明的目的在于提供抛光磨粒及其制备方法、磁流变抛光液，用于解决现有磁流变抛光液的抛光全流程去除效果稳定性较差问题。
本发明通过下述技术方案实现：
抛光磨粒，所述抛光磨粒为通过在磨粒本体表面接枝带有亲水性基团的有机聚合物形成的核-壳结构。
本发明通过在磨粒表面接枝亲水性高分子链：一方面促进磨粒在抛光液态环境中的分散，弱化因团聚导致重力增加在工件表面的沉淀作用；另一方面亲水基团促进磨粒与水分子的亲和能力，在抛光液流动过程中，水分子与表面接枝亲水性高分子链相互吸引，促进磨粒被水分子带走不至于在工件表面残留。
即本发明通过对磨粒本体的表面采用技术手段进行功能化修饰，同时提高磨粒本体的亲水性和分散度，制备的核-壳结构由磨粒本体和其外侧的包覆层构成，所述的纳米磨粒的表面包覆层，可以根据具体使用要求(如亲水、分散性效果)进行包覆效果(如表面接枝官能团类型、密度)的调整。
本发明经过表面亲水性高分子链接枝后获得了亲水性的纳米磨粒，具有较好的亲水性和分散性，而且利用其制备的磁流变抛光液对熔石英抛光获得了很好的抛光效能稳定性。
进一步地，磨粒本体为氧化铈或金刚石。
进一步地，有机聚合物包括聚乙二醇单甲醚。
进一步地，磨粒本体为氧化铈，所述有机聚合物包括聚乙二醇单甲醚，有机聚合物高分子链为200-8000。
分子量不在本范围内即未改性，其去除效率波动范围约为25.0％。
进一步地，氧化铈的粒径为100nm-1500nm。
进一步地，接枝的手段包括溶胶-凝胶法、微乳液法和表面活性剂吸附法。
抛光磨粒的制备方法，包括以下步骤：
S1、溶解带有亲水性基团的有机聚合物获得有机溶液；
S2、将步骤S1获得的有机溶液与磨粒本体加入反应釜内，添加去离子水，搅拌至磨粒本体充分分散，再加入氨水充分搅拌均匀后静置；
S3、将静置后的上方液体倒出，依次对固体进行清洗、烘干获得具有核-壳结构的抛光磨粒。
通过本发明所述制备方法使得表面聚合物能够较好的与氧化铈磨粒进行结合。
磁流变抛光液，包括抛光磨粒，以及微米磁性颗粒和基液。
进一步地，抛光磨粒在磁流变抛光液中的质量百分比为5％-20％。
进一步地，抛光磨粒为通过在氧化铈表面接枝带有亲水性基团的有机聚合物形成的核- 壳结构。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过将亲水高分子链接枝在纳米磨粒表面，使制备的抛光磨粒具备高亲水性和高分散性，抑制工件表面磨粒残留，促进抛光工件表面摩擦力分布的均匀化。
2、采用本发明抛光磨粒制备的磁流变抛光液，具有长时间抛光去除效果稳定性。
3、本发明可以根据具体使用要求(如亲水、分散性效果)进行包覆效果(如表面接枝官能团类型、密度)的调整。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为实施例1所述磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图；
图2为实施例2所述磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图；
图3为实施例3所述磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图；
图4为实施例4所述磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
高效率稳定性纳米氧化铈磁流变抛光磨粒的制备：
(1)首先在两只锥形瓶中分别加入285g聚乙二醇单甲醚(分子量200)和1.5L N,N二甲基亚酰胺，在通风条件下在电热鼓风干燥箱内85℃加热溶解；
(2)用磁力搅拌器一边搅拌上述溶液一边用磁力搅拌器搅拌溶液3～5min，期间每只锥形瓶加入γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷33.5ml，室温下继续搅拌48h后待用。
(3)将上述两个锥形瓶中的液体混合，并称取氧化铈磨粒粉末1kg一并加入50L反应釜内，加入去离子水10L，搅拌至氧化铈磨粒充分分散。
(4)将静置后的上方液体倒出，随后用去离子水将固体成分反复清洗3次，在65℃烘箱中干燥24h后收集高效率稳定性纳米氧化铈抛光磨粒。
磁流变抛光液的制备：
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丙三醇20g，碳酸钠10g。待溶液透明，形成均匀介质后，在持续搅拌下将上述高效率稳定性氧化铈磨粒80g缓慢加入，继续搅拌10min，随后在上述混合物中加入2000g磁性铁粉，得到一种具有去除效率稳定的磁流变抛光液。
本实施例获得的磁流变抛光液对50*50mm口径的熔石英进行实际加工，72h内抛光去除效率稳定性由25.0％(未进行表面改性磨粒)提升至10.5％(表面亲水改性磨粒)。
本实施例制备的磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图如图1所示，由图1 可知：磁流变抛光液对熔石英抛光获得了很好的抛光效能稳定性(去除效率浮动范围10.5％)。
实施例2：
本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：
聚乙二醇单甲醚的分子量为1000。
本实施例获得的磁流变抛光液对50*50mm口径的熔石英进行实际加工，72h内抛光去除效率稳定性由25.0％(未进行表面改性磨粒)提升至5.7％(表面亲水改性磨粒)。
本实施例制备的磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图如图2所示，由图2 可知：磁流变抛光液对熔石英抛光获得了很好的抛光效能稳定性(去除效率浮动范围5.7％)。
实施例3：
本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：
聚乙二醇单甲醚的分子量为3000。
本实施例获得的磁流变抛光液对50*50mm口径的熔石英进行实际加工，72h内抛光去除效率稳定性由25.0％(未进行表面改性磨粒)提升至8.0％(表面亲水改性磨粒)。
本实施例制备的磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图如图3所示，由图3 可知：磁流变抛光液对熔石英抛光获得了很好的抛光效能稳定性(去除效率浮动范围8.0％)。
实施例4：
本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：
聚乙二醇单甲醚的分子量为8000。
本实施例获得的磁流变抛光液对50*50mm口径的熔石英进行实际加工，72h内抛光去除效率稳定性由25.0％(未进行表面改性磨粒)提升至15.2％(表面亲水改性磨粒)。
本实施例制备的磁流变抛光液抛光72h过程中去除效率变化趋势图如图4所示，由图4 可知：磁流变抛光液对熔石英抛光获得了很好的抛光效能稳定性(去除效率浮动范围15.2％)。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.抛光磨粒，其特征在于，所述抛光磨粒为通过在磨粒本体表面接枝带有亲水性基团的有机聚合物形成的核-壳结构。
2.根据权利要求1所述的抛光磨粒，其特征在于，所述磨粒本体为氧化铈或金刚石。
3.根据权利要求1所述的抛光磨粒，其特征在于，所述有机聚合物包括聚乙二醇单甲醚。
4.根据权利要求1所述的抛光磨粒，其特征在于，所述磨粒本体为氧化铈，所述有机聚合物包括聚乙二醇单甲醚，有机聚合物高分子链为200-8000。
5.根据权利要求4所述的抛光磨粒，其特征在于，所述氧化铈的粒径为100nm-1500nm。
6.根据权利要求1所述的抛光磨粒，其特征在于，接枝的手段包括溶胶-凝胶法、微乳液法和表面活性剂吸附法。
7.如权利要求1-6任一项所述抛光磨粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、溶解带有亲水性基团的有机聚合物获得有机溶液；
S2、将步骤S1获得的有机溶液与磨粒本体加入反应釜内，添加去离子水，搅拌至磨粒本体充分分散，再加入氨水充分搅拌均匀后静置；
S3、将静置后的上方液体倒出，依次对固体进行清洗、烘干获得具有核-壳结构的抛光磨粒。
8.磁流变抛光液，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述抛光磨粒，以及微米磁性颗粒和基液。
9.根据权利要求8所述的磁流变抛光液，其特征在于，所述抛光磨粒在磁流变抛光液中的质量百分比为5％-20％。
10.根据权利要求8所述的磁流变抛光液，其特征在于，所述抛光磨粒为通过在氧化铈表面接枝带有亲水性基团的有机聚合物形成的核-壳结构。
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