CN114453989A - 一种因瓦合金材料的抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金加工技术领域，公开了一种因瓦合金材料的抛光方法，首先采用碳化硼、金属磨盘对因瓦合金进行粗磨，以使因瓦合金的表面粗糙度R≤120nm；再依次减小碳化硼的粒度，继续结合金属磨盘对因瓦合金表面进行细磨，至因瓦合金的表面粗糙度R≤50nm；在金属磨盘上浇筑一层抛光沥青制得抛光盘，以钻石粉为抛光粉结合抛光盘对因瓦合金进行粗抛，至因瓦合金的表面粗糙度R≤20nm；然后减小钻石粉粒度，结合上述抛光盘将因瓦合金的表面粗糙度磨至R≤5nm，然后使用阻尼布材质的抛光垫进行细抛，以去除表面残留的沥青。本发明的抛光方法操作简单，且能够在提升因瓦合金表面亮度的同时使得因瓦合金表面粗糙度降至5nm以下。

Description

一种因瓦合金材料的抛光方法
技术领域
本发明涉及合金加工技术领域，尤其涉及一种因瓦合金材料的抛光方法。
背景技术
因瓦合金在室温至居里温度的范围内，平均热膨胀系数在1.5×10-6/℃以内，是目前热膨胀系数最小的合金种类。因其具有优异的低热膨胀性质，因瓦合金零件在保证尺寸热稳定性方面具有重要的优势，对精密测量以及具有高低温服役环境的航空航天器件具有重要的意义。
此外，因瓦合金具有优异的延展性和较高的韧性，并且在低温环境下具有优异的抗疲劳性能和机械性能。因瓦合金被广泛应用于国防工业、航空航天、测量系统以及科学仪器等高精尖领域。
精密光学仪器中，比如光学反射镜或集光器使用时，为了能够实现将因瓦合金应用于更加精细的元部件中，需要对因瓦合金进行处理，使其具有极高的加工精度和表面质量。现有激光抛光方法，其表面粗糙度只有微米级别，而采用抛光带抛光，其粗糙度最低只能达到0.1微米左右。目前将因瓦合金的表面粗糙度降低至10纳米级别的方案仍然未有报道。
为此，本发明提供一种因瓦合金材料的抛光方法。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种因瓦合金材料的抛光方法，本发明根据因瓦合金材料的特性，通过钻石粉结合沥青抛光盘的方法，对因瓦合金进行抛光，使得抛光后的因瓦合金的表明粗糙度R rms<5nm。
本发明的一种是通过以下技术方案实现的：
一种因瓦合金材料的抛光方法，包括以下步骤：
步骤1，粗磨：
将因瓦合金试样固定于碾磨机上，以碳化硼为磨料，采用金属材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行粗磨处理，直至所述因瓦合金试样的表面粗糙度R≤120nm；
所述粗磨处理时，喷涂有第一抛光液；
步骤2，细磨：
依次采用粒度逐渐减小的碳化硼为磨料，继续采用金属材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行细磨处理，直至所述因瓦合金试样的表面粗糙度R≤50nm；
步骤3，粗抛：
制备抛光盘：
将抛光沥青加热至彻底融化，然后将彻底融化的沥青倾倒在金属材质的磨盘表面，等到沥青冷却固化，使得在金属材质的磨盘表面上铺设一层厚度为5～10mm的抛光沥青，然后在抛光沥青的表面上开设多个第二导流槽，并在相对应的玻璃样板上进行赋形，获得抛光盘；
以钻石粉作为抛光粉，将经步骤2处理后的所述因瓦合金试样置于抛光盘上方，对所述因瓦合金试样的表面进行粗抛处理，直至所述待抛光因瓦合金的表面粗糙度R≤20nm；
所述粗抛处理时，喷涂有第二抛光液；
步骤4，细抛：
依次采用粒度逐渐减小的钻石粉为抛光粉，继续采用所述抛光盘对所述因瓦合金试样的表面进行细抛处理，直至所述因瓦合金试样的表面粗糙度R≤5nm；然后，将所述抛光盘替换为阻尼布材质的抛光垫，继续对所述因瓦合金试样的表面进行细抛处理，以去除表面残留的沥青；
所述细抛处理时，喷涂有第三抛光液。
进一步地，所述金属材质的磨盘表面布设有多个第一导流槽，多个所述第一导流槽之间十字交叉，且所述第一导流槽的宽度2～4mm，间隔20～25mm。
进一步地，步骤3中，所述抛光沥青浇注的厚度为5～10mm；
多个所述第二导流槽之间十字交叉，且所述第二导流槽的宽度2～5mm，间隔20～30mm。
进一步地，所述第一抛光液为碳化硼和水的混合液，且所述第一抛光液的碳化硼含量为15～25wt％；
所述第二抛光液和所述第三抛光液均为质量浓度为15～25wt％钻石微粒水溶液，且钻石微粒的颗粒度为2-5μm。
进一步地，步骤1中，所述粗磨处理的主轴转速(即磨盘自身的转速)为2000～3000r/h，偏摆轴转速(即引起工件在磨盘表面产生摆动的偏摆轴的转动速度)为1500～2000r/h，压力为3～5kg，抛光液流量为200～300mL/min。
进一步地，步骤2中，所述细磨处理的主轴转速为1000～2000r/h，偏摆轴转速为1000～1500r/h，压力为2～3kg；所述第一抛光液的流量为200～300mL/min。
进一步地，步骤3中，所述粗抛处理的主轴转速为1000～2000r/h，偏摆轴转速为500～1000r/h，压力为1～2kg；所述第二抛光液的流量为200～300mL/min。
进一步地，步骤1中，所述碳化硼的粒度为60#至120#。
进一步地，步骤2中，依次采用W40、W20、W7的碳化硼为磨料。
进一步地，步骤3中，所述钻石粉的粒度为W5。
进一步地，步骤4中，依次采用粒度为W0.5和W0.25的钻石粉为抛光粉。
进一步地，步骤1和步骤2中，所述抛光盘的材质为不锈钢。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
与现有加工方法使表面粗糙度达到0.5-1μm对比，本发明根据因瓦合金材料的特性，采用磨粉结合抛光盘对因瓦合金进行粗磨，从而将合金整个面的平面度提升，使得合金的表面粗糙度R≤120nm；再通过依次减小磨粉的粒度，对因瓦合金的表面进行细磨，以去除表面的大尺寸的疵病，如裂纹、凹坑、麻点等，以减小因瓦合金表面高低区域差异，使待抛光因瓦合金的表面粗糙度R≤50nm；然后以钻石粉为抛光粉，结合沥青材质的抛光垫进一步去除表面尺寸小的疵病，使待抛光因瓦合金的表面粗糙度R≤20nm；然后，进一步的减小钻石粉的颗粒度，结合沥青材质的抛光盘进行细抛，随后采用阻尼布为抛光垫，去除因瓦合金表面上一些细小的划痕，并提升因瓦合金表面亮度，使得因瓦合金表面粗糙度的PV值降到了100nm，且Rrms达到5nm以下。
附图说明
图1为本发明实施例1中细磨后，因瓦合金表面粗糙度测试结果；
图2为本发明实施例1中粗抛后，因瓦合金表面粗糙度测试结果；
图3为本发明实施例1中细抛后，因瓦合金表面粗糙度测试结果；
图4为本发明实施例1中磨盘上导流槽的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，本发明所使用的碾磨机为YM350A-单轴碾磨机。且本发明以下实施例中，可根据最终因瓦合金材料的表面轮廓特征的实际需求，选择具有相应表面轮廓特征的磨盘进行磨抛处理。
实施例1
本实施例提供一种因瓦合金材料的抛光方法，包括以下步骤：
步骤1，粗磨：
将因瓦合金试样固定于碾磨机上，以粒度为120#的碳化硼为磨料，以碳化硼含量为20wt％的碳化硼和水的混合液作为抛光液，采用不锈钢材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行粗磨处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为120nm；
粗磨处理时的工作参数为：主轴转速为2500r/h，偏摆轴转速为1700r/h，压力为4kg，抛光液流量为250mL/min。
步骤2，细磨：
依次采用W40、W20、W7的碳化硼为磨料，继续采用不锈钢材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行细磨处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为50nm；
细磨处理时的工作参数为：的主轴转速为1500r/h，偏摆轴转速为1250r/h，压力为2.5kg，抛光液流量为250mL/min。
步骤3，粗抛：
将抛光沥青加热至彻底融化，然后将彻底融化的沥青倾倒在磨盘表面，等到沥青冷却固化，使得在磨盘表面上铺设一层厚度为8mm的抛光沥青，然后在抛光沥青的表面上开设多个第二导流槽，并在相对应的玻璃样板上进行赋形，获得抛光盘；
以粒度为W5的钻石粉为抛光粉，以质量浓度为20wt％钻石微粒水溶液作为抛光液(钻石微粒的颗粒度为4μm)，将经步骤2处理后的因瓦合金试样置于抛光盘上方，对因瓦合金试样的表面进行粗抛处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为20nm；
粗抛处理的主轴转速为1500r/h，偏摆轴转速为750r/h，压力为1.5kg，抛光液流量为250mL/min。
步骤4，细抛：
依次以W0.5、W0.25粒度的钻石粉为抛光粉，继续采用抛光盘对因瓦合金试样的表面进行细抛处理，直至因瓦合金试样的表面粗糙度R为5nm；然后，在抛光盘表面粘接一层阻尼布，获得抛光垫，采用获得的抛光垫继续对因瓦合金试样的表面进行细抛处理，以去除表面残留的沥青，增加殷钢工件表面的亮度，从而实现对因瓦合金材料的抛光；
细抛处理时的工作参数为：主轴转速为1250r/h，偏摆轴转速为750r/h，压力为1kg，抛光液流量为250mL/min。
实施例2
本实施例提供一种因瓦合金材料的抛光方法，包括以下步骤：
步骤1，粗磨：
将因瓦合金试样固定于碾磨机上，以粒度为80#的碳化硼为磨料，以碳化硼含量为15wt％的碳化硼和水的混合液作为抛光液，采用不锈钢材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行粗磨处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为80nm；
粗磨处理时的工作参数为：主轴转速为2000r/h，偏摆轴转速为1500r/h，压力为3kg，抛光液流量为200mL/min。
步骤2，细磨：
依次采用W40、W20、W7的碳化硼为磨料，继续采用不锈钢材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行细磨处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为40nm；
细磨处理时的工作参数为：的主轴转速为1000r/h，偏摆轴转速为1000r/h，压力为2kg，抛光液流量为200mL/min。
步骤3，粗抛：
将抛光沥青加热至彻底融化，然后将彻底融化的沥青倾倒在磨盘表面，等到沥青冷却固化，使得在磨盘表面上铺设一层厚度为5mm的抛光沥青，然后在抛光沥青的表面上开设多个第二导流槽，并在相对应的玻璃样板上进行赋形，获得抛光盘；
以粒度为W5的钻石粉为抛光粉，以质量浓度为15wt％钻石微粒水溶液作为抛光液(钻石微粒的颗粒度为3μm)，将经步骤2处理后的因瓦合金试样置于抛光盘上方，对因瓦合金试样的表面进行粗抛处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为15nm；
粗抛处理的主轴转速为1000r/h，偏摆轴转速为500r/h，压力为1kg，抛光液流量为200mL/min。
步骤4，细抛：
依次以W0.5、W0.25粒度的钻石粉为抛光粉，继续采用抛光盘对因瓦合金试样的表面进行细抛处理，直至因瓦合金试样的表面粗糙度R为4nm；然后，在抛光盘表面粘接一层阻尼布，获得抛光垫，采用获得的抛光垫继续对因瓦合金试样的表面进行细抛处理，以去除表面残留的沥青，增加殷钢工件表面的亮度，从而实现对因瓦合金材料的抛光；
细抛处理时的工作参数为：主轴转速为1000r/h，偏摆轴转速为500r/h，压力为0.8kg，抛光液流量为200mL/min。
实施例3
本实施例提供一种因瓦合金材料的抛光方法，包括以下步骤：
步骤1，粗磨：
将因瓦合金试样固定于碾磨机上，以粒度为60#的碳化硼为磨料，以碳化硼含量为25wt％的碳化硼和水的混合液作为抛光液，采用不锈钢材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行粗磨处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为60nm；
粗磨处理时的工作参数为：主轴转速为3000r/h，偏摆轴转速为2000r/h，压力为5kg，抛光液流量为300mL/min。
步骤2，细磨：
依次采用W40、W20、W7的碳化硼为磨料，继续采用不锈钢材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行细磨处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为30nm；
细磨处理时的工作参数为：主轴转速为2000r/h，偏摆轴转速为1500r/h，压力为3kg，抛光液流量为300mL/min。
步骤3，粗抛：
将抛光沥青加热至彻底融化，然后将彻底融化的沥青倾倒在磨盘表面，等到沥青冷却固化，使得在磨盘表面上铺设一层厚度为10mm的抛光沥青，然后在抛光沥青的表面上开设多个第二导流槽，并在相对应的玻璃样板上进行赋形，获得抛光盘；
以粒度为W5的钻石粉为抛光粉，以质量浓度为25wt％钻石微粒水溶液作为抛光液(钻石微粒的颗粒度为5μm)，将经步骤2处理后的因瓦合金试样置于抛光盘上方，对因瓦合金试样的表面进行粗抛处理，直至待抛光因瓦合金的表面粗糙度R为10nm；
粗抛处理的主轴转速为2000r/h，偏摆轴转速为1000r/h，压力为2kg，抛光液流量为300mL/min。
步骤4，细抛：
依次以W0.5、W0.25粒度的钻石粉为抛光粉，继续采用抛光盘对因瓦合金试样的表面进行细抛处理，直至因瓦合金试样的表面粗糙度R为3nm；然后，在抛光盘表面粘接一层阻尼布，获得抛光垫，采用获得的抛光垫继续对因瓦合金试样的表面进行细抛处理，以去除表面残留的沥青，增加殷钢工件表面的亮度，从而实现对因瓦合金材料的抛光；
细抛处理时的工作参数为：主轴转速为1500r/h，偏摆轴转速为1000r/h，压力为0.5kg，抛光液流量为300mL/min。
以上实施例中，步骤1中的磨盘表面布设有多个第一导流槽，且上述第二导流槽与第一导流槽开设方式相同，结构相似，只是开设的导流槽宽度和间隔有所不同。故本发明以第一导流槽的结构为例，如图4所示，多个第一导流槽之间十字交叉，且第一导流槽的宽度2～4mm，间隔20～25mm。
为了验证本发明的抛光方法的效果，本发明以实施例1为例，采用3D光学表面轮廓(粗糙)度测量仪对于因瓦合金经细磨、粗抛和细抛的三个不同阶段的因瓦合金表面粗糙度进行了测试，结果分别如图1、图2和图3所示，结果表明经过本发明的各个步骤依次处理后，因瓦合金表面粗糙度逐渐减小。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
显然，上述的实施例仅仅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。

Claims (10)

1.一种因瓦合金材料的抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，粗磨：
将因瓦合金试样固定于碾磨机上，以碳化硼为磨料，采用金属材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行粗磨处理，直至所述因瓦合金试样的表面粗糙度R≤120nm；
所述粗磨处理时，喷涂有第一抛光液；
步骤2，细磨：
依次采用粒度逐渐减小的碳化硼为磨料，继续采用金属材质的磨盘对因瓦合金试样的表面进行细磨处理，直至所述因瓦合金试样的表面粗糙度R≤50nm；
步骤3，粗抛：
在金属材质的磨盘上浇筑一层抛光沥青，并在抛光沥青的表面上开设多个第二导流槽，获得抛光盘；
以钻石粉作为抛光粉，将经步骤2处理后的所述因瓦合金试样置于抛光盘上方，对所述因瓦合金试样的表面进行粗抛处理，直至所述待抛光因瓦合金的表面粗糙度R≤20nm；
所述粗抛处理时，喷涂有第二抛光液；
步骤4，细抛：
依次采用粒度逐渐减小的钻石粉为抛光粉，继续采用所述抛光盘对所述因瓦合金试样的表面进行细抛处理，直至所述因瓦合金试样的表面粗糙度R≤5nm；然后，将所述抛光盘替换为阻尼布材质的抛光垫，继续对所述因瓦合金试样的表面进行细抛处理，以去除表面残留的沥青；
所述细抛处理时，喷涂有第三抛光液。
2.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤1中，所述金属材质的磨盘表面布设有多个第一导流槽，多个所述第一导流槽之间十字交叉，且所述第一导流槽的宽度2～4mm，间隔20～25mm。
3.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤3中，所述抛光沥青浇注的厚度为5～10mm；
多个所述第二导流槽之间十字交叉，且所述第二导流槽的宽度2～5mm，间隔20～30mm。
4.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述第一抛光液为碳化硼和水的混合液，且所述第一抛光液的碳化硼含量为15～25wt％；
所述第二抛光液和所述第三抛光液均为质量浓度为15～25wt％钻石微粒水溶液，钻石微粒的颗粒度为2-5μm。
5.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤1中，所述粗磨处理的主轴转速为2000～3000r/h，偏摆轴转速为1500～2000r/h，压力为3～5kg；所述抛光液的流量为200～300mL/min。
6.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤2中，主轴转速为1000～2000r/h，偏摆轴转速为1000～1500r/h，压力为2～3kg；所述第一抛光液的流量为200～300mL/min。
7.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤3中，主轴转速为1000～2000r/h，偏摆轴转速为500～1000r/h，压力为1～2kg；所述第二抛光液的流量为200～300mL/min。
8.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤4中，所述细抛处理的主轴转速为1000～1500r/h，偏摆轴转速为500～1000r/h，压力≤1kg；所述第三抛光液的流量为200～300mL/min。
9.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤1中，所述碳化硼的粒度为60#至120#；
步骤2中，依次采用W40、W20、W7的碳化硼为磨料。
10.如权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，步骤3中，所述钻石粉的粒度为W5；
步骤4中，依次采用粒度为W0.5和W0.25的钻石粉为抛光粉。
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于越溪;王福明;姚元媛;潘景新;: "Cr合金化对Fe-36Ni因瓦合金性能的影响", no. 03, pages 1 - 4 *

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