CN113787450B - 一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，属于精密/超精密加工技术领域。首先，将FeCrAl工件粘粘在圆形载盘上，将研磨垫粘在研磨盘上，再将圆形载盘置于研磨盘上，通过研磨工艺，磨平工件。其次，将其置于粘接有抛光垫的抛光盘上进行粗抛，通过在载盘上添加配重的方式来设置工件的抛光压力，达到去除划痕的目的。最后，将抛光垫更换后进行精抛，达到抑制工件表面的晶间高差的作用。本发明的工艺方法简单，加工得到的工件加工质量高。通过对FeCrAl合金的研磨与抛光，表面粗糙度达到1nm以下，研磨抛光总时间较短，可高效实现FeCrAl合金的超光滑表面加工。

Description

一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法
技术领域
本发明属于精密/超精密加工技术领域，涉及一种合金研磨和抛光的超精密加工方法，特别涉及一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法。
背景技术
FeCrAl合金作为一种耐高温耐腐蚀材料，广泛用于金属涂层和核电应用等领域。由于其固有的耐腐蚀性、抗应力腐蚀开裂性、抗辐射膨胀性和抗高温氧化性，可以作为耐事故燃料包壳、快速裂变反应堆的结构组件，以及聚变反应堆的第一壁和覆盖结构。在作为核级包壳材料使用时，该材料表面致密氧化层防治内部材料进一步氧化，具有极强的抗氧化性。
现有技术大多停留在FeCrAl制备及粗加工上，如专利CN109811116A提出一种耐事故包壳用FeCrAl基合金纳米材料的制备方法。专利CN108393745A提出一种FeCrAl型材打磨方法。其中，专利CN108393745A提供一种FeCrAl三元合金锭型材打磨方法，通过使用角磨机和直柄打磨机以及砂纸对型材表面进行打磨。其他相关研究主要是通过改变Al、Cr的含量，以增强整体材料的抗氧化性及其他性能。但是目前没有对于FeCrAl合金材料超精密加工的研究，对于未来该材料将应用的领域，其表面质量对于材料性能的影响的研究必不可少。
因此作为对现有技术的补充，本发明提出一种可以得到高质量超光滑表面FeCrAl合金的制备方法，能够为该材料未来在相关领域应用作为技术积累。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，能够快速有效地使得FeCrAl合金在微观上的表面粗糙度达到1nm以下的镜面水平.
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，将FeCrAl工件通过石蜡粘在圆形载盘上，再将其置于粘接有研磨/抛光垫的工作台上，通过研磨来磨平工件；配置抛光液，进行抛光以达到去除划痕和抑制晶间高差的作用。所述超光滑表面制备方法包括如下步骤：
第一步，研磨
将切割好的FeCrAl工件通过石蜡间隔均匀地粘在圆形载盘上，将研磨垫粘在研磨盘上，将粘有FeCrAl工件的圆形载盘置于研磨垫上，通过蠕动泵输送研磨液滴落在研磨垫上，研磨盘转速设定为50-100rpm，通过在圆形载盘上添加配重的方式来设置工件的研磨压力为40-80kPa，研磨时间为50-70min。在研磨完成后取出载盘，用清水冲洗工件表面，并用气枪吹干。
所述研磨液为去离子水。
所述研磨垫选取为金刚石固结磨料研磨垫，固结磨料相比于游离磨料具有：去除率高、磨粒利用率高、环境友好等优点。
工件通过石蜡粘结在载盘上，可能会存在粘接导致的工件高度不平的问题，通过研磨这一步骤可将工件磨平，还可以去除工件表面损伤层，可初步降低粗糙度至50-80nm，可为下一步的抛光做好准备。
第二步，配置抛光液
所配置的抛光液包括溶剂、溶质两部分，溶质在去离子水中通过超声混合均匀得到抛光液。溶剂为去离子水，溶质各组份以及其质量分数如下：5-15wt％20nm-100nm硅溶胶，0.01～0.05wt％氧化石墨烯，pH调节剂，通过pH调节剂调节抛光液的pH至中性。
所述氧化石墨烯在水中具有优越的分散性，氧化石墨烯可作为界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量，提高材料的去除率，并提高表面质量。
第三步，粗抛
将抛光垫粘在抛光盘上，将第二步配置好的抛光液通过蠕动泵输送至抛光垫的上方，工作台转速设定为40-70rpm，通过在载盘上添加配重的方式来设置工件的抛光压力为20-40kPa，抛光时间为20-40min。抛光结束后，用清水冲洗工件，气枪吹干，再用无水乙醇擦拭。
所述的抛光垫选用阻尼垫。
通过粗抛，可将工件由于第二步研磨而产生的划痕去除，达到表面无明显划痕的效果，可将FeCrAl工件表面粗糙度降至6-10nm，但是晶间高差明显，晶间高差会影响表面粗糙度。
第四步，精抛
将第三步中的抛光垫由阻尼垫更换为IC1000垫，抛光液选用第二步配置好的抛光液，抛光盘转速设定为40-60rpm，抛光压力为20-40kPa，抛光时间为10-20min。抛光结束后，超声波振动清洗工件，无水乙醇擦拭。
通过精抛可抑制工件表面的晶间高差，使工件表面达到粗糙度小于1nm的镜面水平，实现FeCrAl材料的超光滑表面制备。
本发明的有益效果是：本发明的工艺方法简单，加工得到的工件加工质量高。通过对FeCrAl合金的研磨与抛光，表面粗糙度达到1nm以下，研磨抛光总时间较短，可高效实现FeCrAl合金的超光滑表面加工。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明实施例的显微照片，其中，图(a)为研磨前的显微照片，图(b)为研磨后的显微照片，图(c)为粗抛后的显微照片，图(d)为精抛后的显微照片。
图3为本发明实施例中测得的粗糙度图，其中，图(a)为研磨前粗糙度图，图(b)为研磨后粗糙度图，图(c)为粗抛后粗糙度图，图(d)为精抛后粗糙度图。
具体实施方式
下面结合具体实施方例对本发明进行进一步的说明。
一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，包括以下步骤：
第一步，研磨
将FeCrAl合金加工样件尺寸为15×15mm，通过石蜡将工件均匀粘在Φ100mm的圆形载盘上。测得FeCrAl工件表面粗糙度为Sa 320.45nm。
将金刚石固结磨料研磨垫粘在研磨盘上，蠕动泵输送去离子水滴落在研磨垫上，其中，研磨液为去离子水；将粘有FeCrAl合金工件的载盘置于研磨垫上，在载盘上添加配重来施加压力为60kPa，转速设置为70rpm，研磨时间为50min。研磨后FeCrAl工件表面粗糙度为Sa50.96nm。
研磨完毕后，取出载盘，用清水冲洗FeCrAl合金工件，再用气枪吹干。
第二步，配置抛光液
将5wt％硅溶胶和去离子水混合搅拌均匀，加入柠檬酸将溶液pH从碱性调至6，再加入0.02wt％的氧化石墨烯，搅拌并用超声混合20min。
第三步，粗抛
将阻尼垫粘在抛光盘上，将配置好的抛光液通过蠕动泵滴落在抛光垫上，抛光压力设置为25kPa，转速设置为40rpm，抛光时间为30min。粗抛后FeCrAl工件表面粗糙度达到Sa6.23nm。
第四步，精抛
将阻尼垫更换为IC1000垫，转速和压力设置不变，抛光时间为20min。抛光完毕后，将合金工件用超声波振动清洗，95％的乙醇擦拭。精抛后，FeCrAl工件表面粗糙度为Sa0.98nm。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，研磨
将切割好的FeCrAl工件粘在圆形载盘上，将研磨垫粘在研磨盘上，将圆形载盘置于研磨盘的夹具中，将研磨液滴落在研磨垫上，进行研磨将工件磨平；研磨过程中：研磨盘转速设定为50-100rpm，通过在圆形载盘上添加配重的方式来设置工件的研磨压力为40-80kPa，研磨时间为50-70min；在研磨完成后取出载盘，冲洗工件表面；
第二步，配置抛光液
所配置的抛光液包括溶剂、溶质两部分，溶质在去离子水中通过超声混合均匀得到抛光液；溶剂为去离子水，溶质各组份以及其质量分数如下：5-15wt％硅溶胶、0.01～0.05wt％氧化石墨烯、pH调节剂；通过pH调节剂调节抛光液的pH至中性；
第三步，粗抛
将抛光垫粘在抛光盘上，将抛光液输送至工件表面进行粗抛，达到去除工件划痕的作用；粗抛过程中：抛光盘转速设定为40-70rpm，通过在载盘上添加配重的方式来设置工件的抛光压力为20-40kPa，抛光时间为20-40min；抛光结束后，用清水冲洗工件，气枪吹干，再用无水乙醇擦拭；
第四步，精抛
将第三步中的抛光垫更换为IC1000垫，抛光液选用第二步配置好的抛光液，进行精抛，达到抑制工件表面的晶间高差的作用；精抛过程中：抛光盘转速设定为40-60rpm，抛光压力为20-40kPa，抛光时间为10-20min；抛光结束后，用超声波振动清洗工件，无水乙醇擦拭。
2.根据权利要求1所述的一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，其特征在于，第一步所述研磨垫选取为金刚石固结磨料研磨垫。
3.根据权利要求1所述的一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，其特征在于，所述硅溶胶的粒径为20nm-100nm。
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