磁流變非晶合金拋光裝置、拋光液及拋光方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁流變非晶合金拋光裝置，包括拋光槽、固定夾緊裝置、電機(jī)和磁場發(fā)生裝置，其中拋光槽內(nèi)裝載磁流變拋光液，固定夾緊裝置將待拋工件固定于拋光液中，使工件拋光面與拋光槽底部之間產(chǎn)生間隙；磁場發(fā)生裝置設(shè)于拋光槽外部，其產(chǎn)生的外加磁場使磁流變拋光液中的磁性顆粒發(fā)生流變效應(yīng)，從而使工件拋光面與拋光槽底部之間形成磁流變團(tuán)聚體；電機(jī)與拋光槽相連，可帶動(dòng)拋光槽旋轉(zhuǎn)或者作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明將磁流變拋光工藝引入非晶合金的拋光過程中，提供了適于使用的拋光裝置，不僅可以對非晶合金產(chǎn)品進(jìn)行有效拋光從而得到鏡面光澤的表面，同時(shí)拋光工藝簡單易行，適合大規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說明】
磁流變非晶合金拋光裝置、拋光液及拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種拋光裝置，具體涉及一種適用于非晶合金的拋光裝置、拋光方法以及該拋光裝置中使用的拋光液。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶合金是近年來金屬新材料研發(fā)中非常重要的研究領(lǐng)域之一，由于沒有晶態(tài)合金中原子規(guī)則排列，非晶合金不具有傳統(tǒng)晶體材料的晶界、位錯(cuò)和孿晶等缺陷，反而具有許多傳統(tǒng)材料無法比擬的性能，如獨(dú)特的電磁性能、機(jī)械性能、高強(qiáng)度、耐腐蝕性能等。由于非晶合金具有優(yōu)良的物理性能，許多體系的非晶合金廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械行業(yè)、消費(fèi)電子行業(yè)、軍工、航空航天等重要高科技領(lǐng)域中，發(fā)揮著重要而特殊的作用。
[0003]在非晶合金材料的實(shí)際應(yīng)用中，成型的非晶合金產(chǎn)品往往對表面粗糙度有一定的要求，如消費(fèi)電子中的表面構(gòu)件，往往需要平滑的表面，就需要將產(chǎn)品表面進(jìn)行拋光?，F(xiàn)有技術(shù)中，對非晶合金產(chǎn)品進(jìn)行拋光的方法主要為研磨拋光，即在被拋光表面和拋光盤之間加入拋光液，利用非晶合金產(chǎn)品與拋光盤之間的相對運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到表面拋光的目的。也有使用流體拋光的方法，即將工件與拋光盤一同浸入至流體拋光液中，當(dāng)拋光盤與工件具有高速相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在兩者之間產(chǎn)生一個(gè)很薄的流體潤滑膜，當(dāng)拋光粉隨著流體一起進(jìn)入到潤滑膜時(shí)，不斷撞擊工件表面，從而使工件表面材料以原子量級被去除。除了物理拋光方法以外，也還有使用化學(xué)拋光的方法，即配置化學(xué)拋光液，直接將待拋工件置于化學(xué)拋光液中，利用化學(xué)拋光液對待拋工件表面材料進(jìn)行去除。
[0004]在上述方法中，研磨拋光最為常用，效率也高，但是研磨拋光的質(zhì)量與拋光盤和操作工藝有莫大的關(guān)聯(lián)，由于拋光盤的損耗，往往導(dǎo)致同一批拋光產(chǎn)品表面粗糙度不一致;流體拋光的方法雖然可獲得高精度的表面，但是拋光效率極低，不適合大規(guī)?；a(chǎn);化學(xué)拋光則工藝繁復(fù)，不僅需要根據(jù)不同成分的非晶合金配置不同的化學(xué)拋光液，而且由于非晶合金的強(qiáng)耐蝕性，普通化學(xué)拋光液幾乎對其無拋光作用，從而導(dǎo)致需要配置腐蝕能力更強(qiáng)的拋光液，不僅使工藝更加復(fù)雜、成本進(jìn)一步提升，而且后續(xù)拋光廢液的處理、拋光后產(chǎn)品的清洗都會(huì)造成極大的環(huán)境負(fù)擔(dān)，不適合使用。
[0005]磁流變技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)九十年代就開始應(yīng)用，其利用磁流變液體在磁場中的流變性針對非球面進(jìn)行拋光。在外加磁場的作用下，磁流變液體的粘度會(huì)隨著磁場的增強(qiáng)而增強(qiáng)，形成類似固體的結(jié)構(gòu)，從而具有較高的屈服強(qiáng)度。在磁流變拋光技術(shù)中，磁流變拋光液中添加拋光粉，利用磁流變液固化現(xiàn)象對工件表面進(jìn)行拋光。磁流變拋光技術(shù)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用于光學(xué)材料拋光工藝中，該工藝對非球面鏡具有優(yōu)異的拋光效果，由于在拋光過程中會(huì)應(yīng)用到強(qiáng)磁場和磁敏顆粒，所以磁流變拋光技術(shù)幾乎不用于金屬拋光，以免拋光后金屬帶磁性無法進(jìn)行后續(xù)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明將磁流變拋光工藝引入非晶合金的拋光過程中，提供了適于使用的拋光裝置，不僅可以對非晶合金產(chǎn)品進(jìn)行有效拋光從而得到鏡面光澤的表面，同時(shí)拋光工藝簡單易行，適合大規(guī)?；a(chǎn)。進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了配套磁流變拋光裝置用的拋光液和拋光方法，使整體磁流變拋光工藝效率高且綠色環(huán)保無污染。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明中的磁流變非晶合金拋光裝置，包括拋光槽、固定夾緊裝置、電機(jī)和磁場發(fā)生裝置，其中拋光槽內(nèi)裝載磁流變拋光液，固定夾緊裝置將待拋工件固定于拋光液中，使工件拋光面與拋光槽底部之間產(chǎn)生間隙；磁場發(fā)生裝置設(shè)于拋光槽外部，其產(chǎn)生的外加磁場使磁流變拋光液中的磁性顆粒發(fā)生流變效應(yīng)，從而使工件拋光面與拋光槽底部之間形成磁流變團(tuán)聚體;電機(jī)與拋光槽相連，可帶動(dòng)拋光槽旋轉(zhuǎn)或者作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0008]為調(diào)節(jié)待拋工件的位置，還設(shè)有位置調(diào)節(jié)裝置，該位置調(diào)節(jié)裝置與固定夾緊裝置相連，可調(diào)整工件在拋光液中的位置。進(jìn)一步地，該位置調(diào)節(jié)裝置包括連接頭與位置調(diào)節(jié)桿。
[0009]拋光裝置中的拋光槽可直接使用凹槽容器，也可使用環(huán)帶狀凹槽容器，結(jié)構(gòu)雖不同，但是拋光效果無顯著差別，環(huán)帶狀凹槽容器更節(jié)省拋光液。
[0010]本發(fā)明中還提供一種適合上述述磁流變非晶合金拋光裝置使用的拋光液，所述拋光液包括質(zhì)量百分比為52-64%的水、28-40%的羰基鐵粉或氧化鐵粉、5-10%的拋光顆粒、1-2%的穩(wěn)定劑、1-2%其他添加劑。
[0011]本發(fā)明中選用水作為基載液。傳統(tǒng)的磁流變拋光液的基載液還可選用硅油、煤油、礦物油等其他有機(jī)類載體，油基磁流變拋光液具有很好的穩(wěn)定性、抗沉降性、磁性顆粒不易發(fā)生變質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，但是在油基拋光液中拋光后，工件需要額外清洗。在相同的磁場強(qiáng)度下，水基磁流變液的屈服應(yīng)力要遠(yuǎn)大于相同濃度分散相的油基磁流變拋光液，而且水比起油基液體更為廉價(jià)和環(huán)保。本發(fā)明中，通過添加穩(wěn)定劑和其他添加劑提升水基磁流變拋光液的抗沉淀性和穩(wěn)定性，正好彌補(bǔ)水基拋光液的不足之處。
[0012]本發(fā)明中選用的磁敏顆粒為羰基鐵粉或者氧化鐵粉。本發(fā)明中選用的拋光顆粒為氧化鋁顆粒、碳化硅顆粒、莫來石顆粒中的一種，拋光顆粒粒徑為0.5_8μπι。本發(fā)明不使用常見的氧化鈰拋光顆粒，因?yàn)檠趸嬵w粒帶有顏色，拋光過程中容易將工件表面染色且不易去除。本發(fā)明中使用的氧化鋁、碳化硅和莫來石顆粒拋光性能好，拋光顆粒粒徑為4_8μπι時(shí)可得到鏡面光，拋光顆粒2_4μπι時(shí)可得到高亮鏡面光，拋光顆粒粒徑為0.5_2μπι時(shí)得到更為細(xì)膩的鏡面表面。
[0013]本發(fā)明中使用的穩(wěn)定劑為乙二醇、二乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸鈉、五水偏磷酸鈉中的一種或多種。使用的其他添加劑為辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、月桂醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷醇酰胺中的一種或多種。
[0014]使用本發(fā)明中述磁流變非晶合金拋光裝置的拋光方法如下:
步驟一，配制拋光液，將拋光液裝載于拋光槽中；
步驟二，利用固定夾緊裝置將待拋工件固定于拋光液中，根據(jù)拋光需求設(shè)定工件拋光面與拋光槽底部之間的間隙距離為0.3-1.8mm;
步驟三，開啟電機(jī)和磁場發(fā)生裝置，工件拋光面與拋光槽底部之間形成磁流變團(tuán)聚體、拋光槽旋轉(zhuǎn)或者作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
步驟四，根據(jù)拋光要求設(shè)定拋光時(shí)間，拋光結(jié)束后完畢拋光裝置，取出工件。
[0015]本發(fā)明的發(fā)明人在研制本發(fā)明中的拋光液過程中發(fā)現(xiàn)，初始拋光時(shí)，拋光粉均勻分布于磁流變拋光液中，隨著拋光工藝的進(jìn)行，部分水分由于吸收了拋光過程中產(chǎn)生的熱量而揮發(fā)，當(dāng)拋光液的水分散失量大于5%時(shí)，磁流變液體中拋光粉和磁敏顆粒的分布開始不均勻，且磁流變液體逐步變粘稠，當(dāng)拋光液的水分散失量超過10%，磁流變團(tuán)聚體中水分大幅下降，當(dāng)水分散失量超過15%以后，液體流變性大幅下降，最后拋光效果類似于磁粉干磨。為避免此類情況發(fā)生，同時(shí)維持高水平的拋光效果，本發(fā)明的使用過程中當(dāng)拋光液水分散失量大于5%時(shí)，停止拋光，補(bǔ)充加入水分后再重新使用拋光裝置。
[0016]非晶合金由于具有不同于晶態(tài)合金的微觀原子排列，鋯基、鋁基、鎂基、銅基、稀土基等非晶合金在磁場作用下不會(huì)被磁化，故這些體系的非晶合金可以使用本發(fā)明中的裝置。
[0017]本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明中的拋光裝置可對非晶合金產(chǎn)品表面進(jìn)行有效拋光，獲得高光鏡面效果；
2、本發(fā)明中的拋光裝置的拋光效率高、拋光工藝簡單易操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)中使用；
3、本發(fā)明中拋光裝置的拋光液綠色無毒環(huán)保，且價(jià)格低廉。
【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中磁流變拋光裝置示意圖；
圖2為本發(fā)明中磁流變非晶合金拋光裝置應(yīng)用于單工件拋光的示意圖；
圖3為本發(fā)明中磁流變非晶合金拋光裝置應(yīng)用于多個(gè)工件拋光的示意圖；
圖4為本發(fā)明中磁流變非晶合金拋光裝置中拋光槽為環(huán)帶狀凹槽的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0020]現(xiàn)有技術(shù)中的磁流變拋光工藝如附圖1所示，其原理為:工件106置于拋光槽101種，拋光槽中裝載拋光液102，磁流變液體通過拋光頭103上的噴孔104噴出，在磁性拋光頭103的作用下，噴出的磁流變液體發(fā)生磁流變效應(yīng)，即磁流變液體的磁性顆粒沿著磁場磁力線的方向形成磁性鏈?zhǔn)瑫r(shí)磁流變拋光液中的拋光粉顆粒也被裹入其中，在拋光頭周圍形成一個(gè)包含有拋光粉的具有一定硬度和剛度的粘塑性柔性團(tuán)聚體105，當(dāng)拋光頭在動(dòng)力主軸的高速帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁流變團(tuán)聚體105也隨之旋轉(zhuǎn)并對工件106產(chǎn)生柔性磨削的作用，從而達(dá)到拋光的目的。
[0021]本發(fā)明中的磁流變非晶合金拋光裝置應(yīng)用于單工件拋光的實(shí)施例示意圖如圖2所示，拋光槽201內(nèi)裝載磁流變拋光液202，固定夾緊裝置207將待拋工件203固定于拋光液中，使工件拋光面與拋光槽底部之間產(chǎn)生間隙。磁場發(fā)生裝置210設(shè)于拋光槽外部，在磁場發(fā)生裝置的作用下，磁流變拋光液202中的磁敏顆粒沿著磁場磁力線的方向形成磁性鏈?zhǔn)瑫r(shí)磁流變拋光液202中的拋光粉顆粒也被裹入其中，在工件拋光面與拋光槽底部之間形成磁流變團(tuán)聚體205，拋光槽201與電機(jī)206相連，在電機(jī)206的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)或者做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，磁流變團(tuán)聚體205也隨之旋轉(zhuǎn)并對工件203產(chǎn)生柔性磨削的作用，達(dá)到拋光的效果。連接頭208與位置調(diào)節(jié)桿209組成位置調(diào)節(jié)裝置，其中連接頭208與固定夾緊裝置上的連桿204相連，連接頭208可在位置調(diào)節(jié)桿209上滑動(dòng)調(diào)節(jié)位置，從而調(diào)節(jié)工件的位置。本實(shí)施例中的固定夾緊裝置和位置調(diào)節(jié)裝置皆可利用現(xiàn)有技術(shù)中的夾緊裝置和調(diào)節(jié)裝置，如利用卡扣、過盈配合的方式對工件進(jìn)行夾緊，利用絲桿、滑桿等裝置進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，本實(shí)施例中不限結(jié)構(gòu)件的使用。本發(fā)明中磁場發(fā)生裝置的使用與現(xiàn)有技術(shù)中磁流變系統(tǒng)的使用類似，可參照現(xiàn)有技術(shù)中磁場的大小和控制方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，因磁場控制非本發(fā)明中的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，故在此不加贅述。
[0022]本發(fā)明中的磁流變非晶合金拋光裝置應(yīng)用于多工件拋光的實(shí)施例示意圖如圖3所示，其作用原理與單工件拋光一致，以右側(cè)裝置為例:拋光槽301內(nèi)裝載磁流變拋光液302，工件303由固定夾緊裝置307固定于拋光液中，夾緊裝置上的連桿304與位置調(diào)節(jié)裝置上的連接頭308相連，磁場發(fā)生裝置310設(shè)于拋光槽外部，在磁場作用下形成磁流變團(tuán)聚體305，拋光槽301在電機(jī)306帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)或者做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，磁流變團(tuán)聚體305也隨之旋轉(zhuǎn)并對工件303產(chǎn)生柔性磨削的作用，達(dá)到拋光的效果。本實(shí)施例中，位置調(diào)節(jié)裝置上的連接頭可設(shè)為2個(gè)或者多個(gè)，位置調(diào)節(jié)桿309也可設(shè)為多個(gè)，以達(dá)到一個(gè)拋光槽內(nèi)進(jìn)行多工件拋光的目的。
[0023]本發(fā)明中的磁流變非晶合金拋光裝置中拋光槽為環(huán)帶狀凹槽示意圖如圖4所示，拋光槽401為環(huán)帶狀凹槽，拋光槽401與電機(jī)406相連，在電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，磁場發(fā)生裝置410設(shè)于拋光槽外部。工件403由固定夾緊裝置407固定于拋光液402中，夾緊裝置上的連桿404與位置調(diào)節(jié)裝置上的連接頭408相連，連接頭408可在位置調(diào)節(jié)桿409上滑動(dòng)調(diào)節(jié)位置，從而調(diào)節(jié)工件的位置。在磁場作用下形成磁流變團(tuán)聚體405，拋光槽401在電機(jī)406帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，磁流變團(tuán)聚體405也隨之旋轉(zhuǎn)并對工件403產(chǎn)生柔性磨削的作用，達(dá)到拋光的效果。本實(shí)施例中，也可沿著環(huán)帶狀拋光槽設(shè)置多個(gè)工件進(jìn)行拋光。
[0024]應(yīng)用實(shí)施例中的單工件拋光裝置進(jìn)行非晶合金的拋光，選用鋯基非晶合金作為待拋光工件的材料。本實(shí)施例中拋光方法如下:
步驟一，配制拋光液置于拋光槽中，本實(shí)施例中選用質(zhì)量百分比為56%的水、32%羰基鐵粉、8%碳化硅顆粒、2%乙二醇、2%脂肪酸聚氧乙烯酯，將上述材料混合均勻后作為拋光液，其中拋光顆粒粒徑選用4μπι。
[0025]步驟二，利用固定夾緊裝置將待拋工件固定于拋光液中，根據(jù)拋光需求設(shè)定工件拋光面與拋光槽底部之間的間隙距離為0.3-1.8mm;
步驟三，開啟電機(jī)和磁場發(fā)生裝置，工件拋光面與拋光槽底部之間形成磁流變團(tuán)聚體、拋光槽旋轉(zhuǎn)或者作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
步驟四，根據(jù)拋光要求設(shè)定拋光時(shí)間，拋光結(jié)束后完畢拋光裝置，取出工件。
[0026]選用不同的拋光面與拋光槽之間的間隙距離與拋光結(jié)果密切相關(guān)，間隙選擇偏小易導(dǎo)致磨削力大，間隙選擇偏大則易導(dǎo)致磨削力小，實(shí)施例中發(fā)現(xiàn)間隙選擇為0.5-1.2mm最佳，拋光15min即可將鋯基非晶合金表面拋光至鏡面光澤。拋光時(shí)間不宜超過30min，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，拋光超過30min后效果不甚明顯，幾乎是在做無用功。同時(shí)，可通過觀察拋光槽內(nèi)拋光液液體高度來監(jiān)控水分散失量，一旦拋光液水分散失量大于5%時(shí)，停止拋光，補(bǔ)充加入水分后再重新使用拋光裝置。
[0027]最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，如本發(fā)明中的非晶合金連鑄系統(tǒng)還可應(yīng)用于鎳基、鎂基、銅基等不同體系的非晶合金的生產(chǎn)。盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁流變非晶合金拋光裝置，包括拋光槽、固定夾緊裝置、電機(jī)和磁場發(fā)生裝置，其特征在于:拋光槽內(nèi)裝載磁流變拋光液，固定夾緊裝置將待拋工件固定于拋光液中，使工件拋光面與拋光槽底部之間產(chǎn)生間隙；磁場發(fā)生裝置設(shè)于拋光槽外部，其產(chǎn)生的外加磁場使磁流變拋光液中的磁性顆粒發(fā)生流變效應(yīng)，從而使工件拋光面與拋光槽底部之間形成磁流變團(tuán)聚體;電機(jī)與拋光槽相連，可帶動(dòng)拋光槽旋轉(zhuǎn)或者作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2.如權(quán)利要求1所述磁流變非晶合金拋光裝置，其特征在于:還包括位置調(diào)節(jié)裝置，所述位置調(diào)節(jié)裝置與固定夾緊裝置相連，可調(diào)整工件在拋光液中的位置。3.如權(quán)利要求2所述磁流變非晶合金拋光裝置，其特征在于:所述位置調(diào)節(jié)裝置包括連接頭與位置調(diào)節(jié)桿。4.如權(quán)利要求1所述磁流變非晶合金拋光裝置，其特征在于:所述拋光槽為環(huán)帶狀凹槽。5.—種適用于權(quán)利要求1-4任一所述磁流變非晶合金拋光裝置的拋光液，其特征在于:所述拋光液包括質(zhì)量百分比為52-64%的水、28-40%的羰基鐵粉或氧化鐵粉、5-10%的拋光顆粒、1-2%的穩(wěn)定劑、1-2%其他添加劑。6.如權(quán)利要求5所述拋光液，其特征在于:所述拋光顆粒為氧化鋁顆粒、碳化硅顆粒、莫來石顆粒中的一種，拋光顆粒粒徑為0.5-8μηι。7.如權(quán)利要求5所述拋光液，其特征在于:所述穩(wěn)定劑為乙二醇、二乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸鈉、五水偏磷酸鈉中的一種或多種。8.如權(quán)利要求5所述拋光液，其特征在于:所述替他添加劑為辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、月桂醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷醇酰胺中的一種或多種。9.一種使用權(quán)利要求1-4任一所述磁流變非晶合金拋光裝置的拋光方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一，配制拋光液，將拋光液裝載于拋光槽中； 步驟二，利用固定夾緊裝置將待拋工件固定于拋光液中，根據(jù)拋光需求設(shè)定工件拋光面與拋光槽底部之間的間隙距離為0.3-1.8mm; 步驟三，開啟電機(jī)和磁場發(fā)生裝置，工件拋光面與拋光槽底部之間形成磁流變團(tuán)聚體、拋光槽旋轉(zhuǎn)或者作往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 步驟四，根據(jù)拋光要求設(shè)定拋光時(shí)間，拋光結(jié)束后完畢拋光裝置，取出工件。10.如權(quán)利要求9所述磁流變非晶合金拋光方法，其特征在于:當(dāng)拋光液水分散失量大于5%時(shí)，停止拋光，補(bǔ)充加入水分后再重新使用拋光裝置。
【文檔編號】C09G1/02GK105904332SQ201610225851
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】宋佳
【申請人】宋佳