CN116197744A - 纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置 - Google Patents

纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，步骤为：制备A型和B型抛光液；利用浸水状态下的玻璃盘作为粗抛抛光盘，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀放于玻璃细盘上，设定粗抛工艺参数，并利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行粗抛，得到切削刃钝圆半径为100mm‑200nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；选取具有惰性且硬度适中的氧化铝作为磨粒，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀放于玻璃细盘上，设定精抛工艺参数，并利用B型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光，得到钝圆半径小于50nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀。本发明具有更高的材料去除率，得到具有锋利刃口的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀。

Description

纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置
技术领域
本发明涉及化学机械抛光技术领域，特别涉及一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置。
背景技术
纳米多晶金刚石(NPD)的硬度超过单晶金刚石和聚晶金刚石，并且耐磨性与单晶金刚石上的高耐磨方向相当，因此纳米多晶金刚石圆弧刃车刀拥有着广阔的应用前景。实现纳米多晶金刚石材料去除的传统加工方法主要有磨粒机械磨削、热化学磨削和破碎磨削。磨粒机械磨削会使砂轮形成较为锋利的磨削刃，使较软的金刚石颗粒磨削脱落，同时磨粒机械磨削的磨削效率低。热化学磨削会使磨削区的温度升高，从而将部分金刚石晶粒石墨化和氧化，反应后材料硬度和耐磨性降低，容易被磨除。破碎磨削会在砂轮表面存在固有缺陷的基础上产生裂纹，从而使晶粒发生沿晶脱落、局部断裂或破碎。
传统加工方法要实现有效的材料去除，均需要较大的磨削力，然而磨削力过大会对刀具刃口造成损伤，很难把刀具钝圆半径降至100nm以下。同时纳米多晶金刚石刀具机械刃磨中要产生材料有效去除要求有着较大的机械载荷，这就使得刀具在刃磨过程中会不断产生新的崩口。
因此，要得到好的纳米多晶金刚石刀具刃口，本发明提出利用化学与机械协同作用的化学机械抛光，通过化学氧化材料生成相对软的变质层后，使用较小机械划擦来实现有效的材料去除，从而解决了机械刃磨中材料去除与刃口质量之间的矛盾；通过使用玻璃盘进行化学机械抛光的同时，不断滴加抛光液，进一步保证磨粒处于游离状态，使用较金刚石更软的磨粒进一步减小磨粒的磨削力，从而在保证产生材料有效去除的同时，不再产生新的刃口损伤。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，通过使用氧化铝磨粒与湿润玻璃盘相结合的方法来降低磨削力，避免纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的切削刃晶粒脱落的产生，在此基础上配置了合适的抛光液，使用化学机械抛光方法在较小的磨削力下实现了稳定的材料去除，从而得到了钝圆半径小于50nm的超锋利切削刃，解决材料去除以及晶粒间结合强度对磨削力要求的矛盾，以及磨粒的存在形式。
本发明提供了一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，具体实施步骤如下：
S1、制备A型抛光液：
S11、将去离子水、磷酸、金刚石磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S12；
S12、将高锰酸钾加入到S11得到的混合溶液内，并用玻璃棒搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到A型抛光液；
S2、制备B型抛光液：
S21、将去离子水、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，使用胶头滴管加入一定量的磷酸，接着加入一定量的硫酸亚铁粉末，利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S22；
S22、取一定量的NaOH加入到去离子水中，搅拌静置待用；
S23、用胶头滴管取一定量的浓度为30％的过氧化氢溶液，并将其滴加到S21得到的混合溶液中进行搅拌，将搅拌的混合溶液进行5min的超声分散；接着用胶头滴管将S22配置的NaOH溶液缓慢滴加到超声分散得到的混合溶液中，直至PH降至3，得到B1型抛光液；
S24、将去离子水、磷酸、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S25；
S25、将高锰酸钾加入到S24得到的混合溶液内进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到B2型抛光液；
S3、利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行粗抛：
S31、利用浸水状态下的玻璃盘为磨粒提供游离环境，对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行化学机械抛光；
S32、将玻璃盘平整粘接在磨床上，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀安放于玻璃细盘上；
S33、设定玻璃盘的转速，并向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘上滴加抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光，得到切削刃钝圆半径为100mm-200nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；
S34、利用100倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行检查，得到粗抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；
S4、利用B型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行精抛：
S41、为了减少精抛过程中纳米多晶金刚石圆弧刃车刀切削刃的晶粒脱落，选取具有惰性且硬度适中的氧化铝作为磨粒；
S42、将玻璃盘平整粘接在磨床上，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀安放于玻璃细盘上；
S43、设定玻璃盘的转速，并向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘上滴加抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光；
S44、利用500倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行检查，得到精抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀。
可优选的是，在S1和S2中，所述硫酸亚铁的添加量为1-5g/100ml，所述金刚石磨粒的直径为1-5μm，所述球形二氧化硅的直径为20nm。
可优选的是，在B1型抛光液中，所述氧化剂为浓度30％的过氧化氢，所述磨粒为1-5微米的氧化铝，所述添加剂为直径为20nm的二氧化硅。
可优选的是，在B2型抛光液中，所述氧化剂为酸性高锰酸钾溶液，所述磨粒为1-5微米的氧化铝，所述添加剂为直径为20nm的二氧化硅。
可优选的是，A液、B1液和B2液所用酸性缓冲剂为磷酸，所用碱性调节剂为氢氧化钠。
本发明的另外一方面，提供一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光装置，其包括玻璃盘、铸铁盘、主轴、负重块、夹具、纳米多晶金刚石圆弧刃车刀、抗腐蚀夹具、排废液通道和废液收集器，所述铸铁盘的下端和所述主轴的输出端固定连接，所述铸铁盘的上端和所述抗腐蚀夹具的第一安装端连接，所述抗腐蚀夹具的第二安装端和所述玻璃盘连接，所述抗腐蚀夹具上设有排废液通道，所述排废液通道和所述废液收集器连接，所述夹具位于所述玻璃盘的上端，所述夹具的安装端设有负重块，所述夹具的固定端和基座固定连接，所述夹具的工作端和所述纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的安装端固定连接。
可优选的是，所述废液收集器对称设置在所述主轴的两侧，所述玻璃盘、所述铸铁盘和所述主轴的旋转中心在同一条直线上。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明在粗抛阶段使用金刚石与硬质玻璃盘结合的方法，再加上强力氧化剂的作用，实现600-800nm/h的材料去除率，具有更高的材料去除率。
2.本发明在精抛阶段，使用玻璃盘作为抛光盘，将磨粒状态从传统机械研磨的固结/半固结磨粒研磨转变为游离磨粒研磨，于此同时使用了硬度适中的氧化铝磨粒，从根本上避免了机械刻划导致的车刀切削刃处的晶粒脱落的发生，减少纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的刃口的损坏，得到锋利的刃口。
附图说明
图1为本发明用于纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法的流程图；
图2为本发明纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光装置的结构图；
图3a-图3d为本发明纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法中传统机械研磨、化学机械抛光粗抛和化学机械抛光精抛后纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的金相显微镜对比图；
图4a-图4c为本发明纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法中传统机械研磨、B1型抛光液和B2型抛光液精抛后纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的切削刃SEM的图像对比图；
图5为本发明纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法中A型抛光液和B1型抛光液精抛后纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的切削刃的AFM图像。
主要附图标记：
抛光液1，玻璃盘2，铸铁盘3，主轴4，负重块5，夹具6，纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7，抗腐蚀夹具8，排废液通道9，废液收集器10。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法是这样实现的，如图1所示。
S1、制备A型抛光液。
S2、制备B型抛光液。
S3、利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行粗抛。
S4、利用B型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行精抛。
具体而言，本发明采用A型抛光液和B型抛光液组合成的抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行抛光，在抛光过程中，A型抛光液保证抛光效率，B型抛光液采用了氧化铝作为磨粒，氧化铝能保证纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的刃口半径达到40nm，且纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的前刀面无划痕和凹坑等缺陷。同时A型抛光液用于粗抛，追求较好的刃口质量以及高的材料去除率；B型抛光液用于精抛，追求好的前刀面表面质量及小的切削刃钝圆半径。用该组合抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7分两步进行化学机械抛光既能保证抛光效率，也能形成极好的刃口锋利度。
进一步的，步骤S1中制备A型抛光液的过程如下：
S11、将去离子水、磷酸、金刚石磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S12。
S12、将高锰酸钾加入到S11得到的混合溶液内，并用玻璃棒搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到A型抛光液。
进一步的，步骤S2中制备B型抛光液的过程如下：
S21、将去离子水、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，使用胶头滴管加入一定量的磷酸，接着加入一定量的硫酸亚铁粉末，利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S22。
S22、取2g的NaOH加入到50ml去离子水中，搅拌静置待用。
S23、用胶头滴管取一定量的浓度为30％的过氧化氢溶液，并将其滴加到S21得到的混合溶液中，用玻璃棒搅拌，将搅拌的混合溶液进行5min的超声分散。接着用胶头滴管将S22配置的NaOH溶液缓慢滴加到超声分散得到的混合溶液中，直至PH降至3，得到B1型抛光液。
S24、将去离子水、磷酸、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S25。
S25、将高锰酸钾加入到S24得到的混合溶液内，并用玻璃棒搅拌均匀，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到B2型抛光液。
具体而言，在S1和S2中，硫酸亚铁的添加量为1-5g/100ml，金刚石磨粒的直径为1-5μm，球形二氧化硅的直径为20nm。在B1型抛光液中，氧化剂为浓度3％-10％的过氧化氢，磨粒为1-5微米的氧化铝，添加剂为直径为20nm的二氧化硅。在B2型抛光液中，氧化剂为酸性高锰酸钾溶液，磨粒为1-5微米的氧化铝，添加剂为直径为20nm的二氧化硅。A液、B1液和B2液所用酸性缓冲剂为磷酸，所用碱性调节剂为氢氧化钠。
进一步的，S3中利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行粗抛的具体步骤包括：
S31、利用浸水状态下的玻璃盘2为磨粒提供游离环境，对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行化学机械抛光。
S32、将玻璃盘2平整粘接在磨床上，通过夹具6将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7安放于玻璃盘2上。
S33、设定玻璃盘2的转速为110rpm，向夹具6施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘2上滴加抛光液1对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行抛光，得到切削刃钝圆半径为100mm-200nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7。
S34、利用100倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行检查，得到粗抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7。
具体而言，金刚石由于其过高的硬度，在使用金刚石磨粒抛光纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7时，虽然去除率很高，但是容易产生大块的晶粒脱离，往往得不偿失。本发明利用玻璃盘2及水分为金刚石磨粒提供的游离状态下，其对切削刃的破坏性被极大的削弱了。与传统机械研磨相比，使用金刚石磨粒、玻璃盘2以及合适氧化剂的化学机械抛光所产生的晶粒脱落尺寸更小，而两者在转速相差巨大的情况下,却有着相当的材料去除率。因此使用金刚石磨粒、玻璃盘2以及适当的氧化剂来进行纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的粗抛。
进一步的，S4中利用B型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行精抛的具体步骤包括：
S41、为了减少精抛过程中纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的切削刃的晶粒脱落，选取具有惰性且硬度适中的氧化铝作为磨粒。
S42、将玻璃盘2平整粘接在磨床上，通过夹具6将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7安放于玻璃细盘2上。
S43、设定玻璃盘2的转速为110rpm，向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘2上滴加抛光液1对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行抛光。
S44、利用500倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行检查，得到钝圆半径小于50nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7。
具体而言，在S4中使用氧化铝磨粒与玻璃盘2抛光纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7时，由于氧化铝磨粒硬度适中且处于游离状态，即使在无氧化剂的条件下，长时间的磨粒流抛光也不会造成纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7中切削刃晶粒脱落。而当使用氧化铝磨粒、玻璃盘2和适当的氧化剂作为一个组合对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行化学机械抛光时，便可以得到极为锋利的刃口。
在本发明的一个优选实施例中，用于纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的化学机械抛光装置，如图2所示，包括玻璃盘2、铸铁盘3、主轴4、负重块5、夹具6、纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7、抗腐蚀夹具8、排废液通道9和废液收集器10，抗腐蚀夹具8针对不同的抛光过程具有定制特点，铸铁盘3的下端和主轴4的输出端固定连接，铸铁盘3的上端和抗腐蚀夹具8的第一安装端连接，抗腐蚀夹具8的第二安装端和玻璃盘2连接，抗腐蚀夹具8上留有遮挡板以防止抛光液飞溅，抗腐蚀夹具8上设有排废液通道9，排废液通道9和废液收集器10连接，废液收集器10固定在基座上，用于收集从排废液通道9滴落的废液，夹具6位于玻璃盘2的上端，抛光液1的出口和夹具6位于同一侧，抛光过程中抛光液1不断的滴加在玻璃盘2上，夹具6的安装端设有负重块5，夹具6的固定端和基座固定连接，夹具6的工作端和纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的安装端固定连接，抗腐蚀夹具8随主轴4一起旋转。
进一步的，废液收集器10对称设置在主轴4的两侧，玻璃盘2、铸铁盘3和主轴4的旋转中心在同一条直线上。
以下结合实施例对本发明一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置做进一步描述：
本实施例首先通过焊接、激光切割和机械研磨等工序后，将纳米晶金刚石块材制成纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的毛坯待用，利用本发明化学机械抛光方法对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的毛坯的前刀面进行研磨抛光，具体实施步骤如下：
S1、制备A型抛光液。
S11、取一个烧杯放置在耐腐蚀水平桌台上，将70ml的去离子水、2ml的磷酸、2g的金刚石磨粒和2g粒径约20nm的球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S12。
S12、使用药勺取1-6.4g的高锰酸钾加入到S11得到的混合溶液内，并用玻璃棒搅拌，然后向烧杯中添加去离子水至烧杯100ml的刻度线，将烧杯放入超声分散器中震荡5分钟，取出烧杯并用保鲜膜对杯口进行密封，将其放置到涡旋混匀器上震荡5分钟，得到A型抛光液。
S2、制备B型抛光液。
S21、取一个烧杯放置在耐腐蚀水平桌台上，将70ml的去离子水、2g的氧化铝磨粒和2g粒径约20nm的球形二氧化硅依次放入到烧杯内，使用胶头滴管加入2ml磷酸，接着加入0.5-2g的硫酸亚铁粉末，使用玻璃棒搅拌数十秒后将烧杯放入超声分散器中震荡5分钟，取出烧杯并用保鲜膜对杯口进行密封，将其放置到涡旋混匀器上震荡5分钟，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S22。
S22、取2g的NaOH加入到50ml去离子水中，搅拌静置待用。
S23、用胶头滴管取5-20ml的浓度为30％的过氧化氢溶液，并将其缓慢滴加到S21得到的混合溶液中，用玻璃棒搅拌，将搅拌的混合溶液进行5min的超声分散；接着用胶头滴管将S22配置的NaOH溶液缓慢滴加到超声分散得到的混合溶液中，直至PH降至3，向烧杯中添加去离子水至100ml刻度线，得到B1型抛光液。
S24、取一个烧杯放置在耐腐蚀水平桌台上，将70ml的去离子水、磷酸、2g的氧化铝磨粒和2g粒径约20nm的球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着使用玻璃棒搅拌后将烧杯放入超声分散器中震荡5分钟，取出烧杯并用保鲜膜对杯口进行密封，将其放置到涡旋混匀器上震荡5分钟，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S25。
S25、使用药勺取1-6.4g的高锰酸钾粉末加入到S24得到的混合溶液中，并向烧杯中添加去离子水至100ml刻度线，用玻璃棒搅拌均匀，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到B2型抛光液。
S3、利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行粗抛。
S31、利用浸水状态下的玻璃盘2为磨粒提供游离环境，对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行化学机械抛光。
S32、将玻璃盘2平整粘接在磨床上，将S1得到的A型抛光液倒入向玻璃盘2滴加抛光液的蠕动泵容器中。
S33、打开平面抛磨机，设定玻璃盘2的转速(90-140rpm)和行星幅度，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘2上滴加抛光液1，最后通过夹具6将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7安放于玻璃盘2上，并向夹具6施加一定的抛光压力，对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行持续抛光。
S34、在S33的抛光期间每2h使用金相显微镜观测一次，直至利用100倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7观察不到明显缺陷时，则首先取下夹具6，然后依次关闭蠕动泵和平面抛磨机，得到粗抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7，此时得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的切削刃钝圆半径为100mm-200nm。
S4、利用B型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行精抛。
S41、为了完全避免精抛过程中纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的切削刃的晶粒脱落，选取具有惰性且硬度适中的氧化铝作为磨粒。
S42、将玻璃盘2平整粘接在磨床上，将S23得到的B1型抛光液或S25得到的B2型抛光液倒入向玻璃盘2滴加抛光液的蠕动泵中。
S43、打开平面抛磨机，设定玻璃盘2的转速(90-140rpm)和行星幅度，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘2上滴加抛光液1待到抛光盘浸湿后，最后小心将夹具6放置到抛光盘2上，并向夹具6施加一定的抛光压力，从而对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行抛光。
S44、在S43的抛光期间每2h使用金相显微镜观测一次，直至利用500倍光学显微镜对步骤S43得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7观察不到明显缺陷时，则首先取下夹具6，然后停止平面抛磨机中主轴4的旋转，然后依次关闭蠕动泵和平面抛磨机。此时得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的钝圆半径在50nm左右。
利用本发明得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀与利用传统机械研磨得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的金相显微镜对比图，如图3a-图3d所示，图3a为使用传统机械研磨得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的金相显微镜图像，其中，左侧图为200倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的前刀面光学图像，右侧图为500倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的后刀面光学图像；图3b为本发明使用A液的粗抛工序结束后得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的金相显微镜图像，其中，左侧图为200倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的前刀面光学图像，右侧图为500倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的后刀面光学图像；图3c为本发明使用B1液(特制芬顿抛光液)的精抛工序结束后得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的金相显微镜图像，其中，左侧图为200倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的前刀面光学图像，右侧图为500倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的后刀面光学图像；图3d为本发明使用B2液(特制高锰酸钾抛光液)的精抛工序结束后得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的金相显微镜图像，其中，左侧图为200倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的前刀面光学图像，右侧图为500倍镜下的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的后刀面光学图像。
从图3a以看出，传统机械研磨得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7在金相显微镜下就可以观察到明显崩刃；从图3b可以看出，经过本发明粗抛工艺抛光后，纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的切削刃质量已经明显改善，从图3b的右侧图可以看出纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的崩刃变得十分细微，从图3b的左侧图可以看出，粗抛工艺对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的前刀面造成了较深的划痕，因此需要继续对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7进行精抛；从图3c以及3d图可以看出，无论是使用本发明的B1型抛光液或者是B2型抛光液进行精抛加工，抛光后得到的成品纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7在金相显微镜下，无论是前刀面还是后刀面，均观察不到缺陷的存在。以上数据说明了本发明有效的提高了纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的质量。
利用本发明得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀与利用传统机械研磨得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的SEM(扫描电子显微镜)对比图，如图4所示，图4a为使用机械研磨方法制得的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的SEM图像；图4b为使用B1液(特制芬顿抛光液)精抛后制得的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的SEM图像；图4c为使用B2液(特制高锰酸钾抛光液)精抛后制得的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的SEM图像。从图4a可以看出，传统机械研磨得到的刀具切削刃存在密集的晶粒脱落，微观下的切削刃并不锋利；从图4b以及图4c可以看出，无论是使用B1型抛光液还是使用B2型抛光液，抛光得到的成品纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的切削刃即使在扫描电镜下观察，依然十分锋利，没有观察到明显崩刃现象。以上数据说明了本发明有效提升纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的切削刃锋利度。
利用本发明得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀与利用传统机械研磨得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的AFM(原子力显微镜)图像及钝圆半径数据，如图5所示，图5a为传统机械研磨制得的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的AFM图像以及钝圆半径数据，可以看出纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的钝圆半径数值为116nm；图5b为使用B1型抛光液精抛制得的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的AFM图像以及钝圆半径数据，可以看出其纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的钝圆半径数值为48nm。图5表明本发明可以有效减小纳米多晶金刚石圆弧刃车刀7的切削刃钝圆半径。
以上对比均证明了本发明的优越性和实用性。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
S1、制备A型抛光液：
S11、将去离子水、磷酸、金刚石磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S12；
S12、将高锰酸钾加入到S11得到的混合溶液内，并用玻璃棒搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到A型抛光液；
S2、制备B型抛光液：
S21、将去离子水、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，使用胶头滴管加入一定量的磷酸，接着加入一定量的硫酸亚铁粉末，利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S22；
S22、取一定量的NaOH加入到去离子水中，搅拌静置待用；
S23、用胶头滴管取一定量的浓度为30％的过氧化氢溶液，并将其滴加到S21得到的混合溶液中进行搅拌，将搅拌的混合溶液进行5min的超声分散；接着用胶头滴管将S22配置的NaOH溶液缓慢滴加到超声分散得到的混合溶液中，直至PH降至3，得到B1型抛光液；
S24、将去离子水、磷酸、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10-20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S25；
S25、将高锰酸钾加入到S24得到的混合溶液内进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到B2型抛光液；
S3、利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行粗抛：
S31、利用浸水状态下的玻璃盘为磨粒提供游离环境，对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行化学机械抛光；
S32、将玻璃盘平整粘接在磨床上，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀安放于玻璃细盘上；
S33、设定玻璃盘的转速，并向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘上滴加抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光，得到切削刃钝圆半径为100mm-200nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；
S34、利用100倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行检查，得到粗抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；
S4、利用B型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行精抛：
S41、为了减少精抛过程中纳米多晶金刚石圆弧刃车刀切削刃的晶粒脱落，选取具有惰性且硬度适中的氧化铝作为磨粒；
S42、将玻璃盘平整粘接在磨床上，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀安放于玻璃细盘上；
S43、设定玻璃盘的转速，并向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘上滴加抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光；
S44、利用500倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行检查，得到精抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀。
2.根据权利要求1所述的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，其特征在于，在S1和S2中，所述硫酸亚铁的添加量为1-5g/100ml，所述金刚石磨粒的直径为1-5μm，所述球形二氧化硅的直径为20nm。
3.根据权利要求1所述的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，其特征在于，在B1型抛光液中，所述氧化剂为浓度3％-10％的过氧化氢，所述磨粒为1-5微米的氧化铝，所述添加剂为直径为20nm的二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，其特征在于，在B2型抛光液中，所述氧化剂为酸性高锰酸钾溶液，所述磨粒为1-5微米的氧化铝，所述添加剂为直径为20nm的二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，其特征在于，A液、B1液和B2液所用酸性缓冲剂为磷酸，所用碱性调节剂为氢氧化钠。
6.一种根据权利要求1-5之一所述的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光装置，其特征在于，其包括玻璃盘、铸铁盘、主轴、负重块、夹具、纳米多晶金刚石圆弧刃车刀、抗腐蚀夹具、排废液通道和废液收集器，所述铸铁盘的下端和所述主轴的输出端固定连接，所述铸铁盘的上端和所述抗腐蚀夹具的第一安装端连接，所述抗腐蚀夹具的第二安装端和所述玻璃盘连接，所述抗腐蚀夹具上设有排废液通道，所述排废液通道和所述废液收集器连接，所述夹具位于所述玻璃盘的上端，所述夹具的安装端设有负重块，所述夹具的固定端和基座固定连接，所述夹具的工作端和所述纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的安装端固定连接。
7.根据权利要求6所述的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光装置，其特征在于，所述废液收集器对称设置在所述主轴的两侧，所述玻璃盘、所述铸铁盘和所述主轴的旋转中心在同一条直线上。
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