專利名稱：金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法
技術領域：
本發明屬于超硬材料拋光技術領域，涉及到一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法。
背景技術：
隨著超精密切削加工技術的應用與推廣，超精密切削的加工精度逐漸向納米尺度及其極限精度發展。在超精密切削加工中，為了使加工零件獲得納米、亞納米特征的加工精度，除了需要超精密機床、高分辨率的檢測儀器和超穩定的加工環境外，高精度、低損傷的金剛石刀具是必須具備的條件，尤其是圓弧刃金剛石刀具。例如，在光學反射鏡和光學模具超精密加工中，不僅要求金剛石刀具切削刃圓鈍圓半徑小于lOOnm，而且要求刀尖圓弧輪廓精度小于50nm，刀具表面粗糙度Ra小于lOnm，刀具亞表面損傷小于2nm。可見金剛石切削刀具的刃磨技術嚴重制約了其在超精密加工中的應用。目前最常使用的金剛石刀具刃磨方法是機械刃磨方法。機械刃磨法一般采用直徑為300 400mm的鑄鐵研磨盤，在盤面涂敷含1 50 μ m金剛石磨粒的研磨膏后，對其進行預研使金剛石磨粒嵌入鑄鐵研磨盤面的微孔，然后以常用轉速3000r/min對金剛石刀具進行刃磨。或者采用粒度為0. 5 IOum金剛石砂輪以磨削的方式機械去除金剛石以達到刃磨金剛石刀具的目的。雖然該方法可以使金剛石表面粗糙度達到納米級，但刃磨時間較長。 并且，由于該方法對刀具刀口具有不連續的沖擊，要使切削刃鈍圓半徑低于70 SOnm比較困難。另外刃磨過程中接觸壓力較大，金剛石刀具存在一定的亞表面損傷。這些亞表面損傷會降低刀具表層金剛石原子的穩定性，使刀具的耐磨性下降。隨著刀具表面的磨損，刀刃表面粗糙度增大，進而又加劇刀具的磨損。最終加劇降低刀具的壽命和工件的表面質量。因此，本發明針對機械刃磨方法存在無法實現納米級鈍圓半徑、表面粗糙度高、亞表面損傷大、刃磨時間長等問題，提出采用化學機械耦合拋光的方法刃磨金剛石刀具。該方法以碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷盤為拋光盤，并滴加相應的拋光液，降低機械去除所帶來的損傷，優先去除金剛石刀具表面具有損傷的材料，逐漸消除刀具表面的亞表面損傷。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法，解決目前機械刃磨金剛石切削刀具所存在的刀具表面粗糙度高、亞表面損傷大、 刃磨時間長、無法實現納米級鈍圓半徑等問題。為了實現上述目的，本發明的技術方案是—種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液，其特征在于，它包括磨料、氧化劑、催化劑、分散劑、穩定劑、PH調節劑和去離子水，各原料所占質量百分比為磨料4 13. 5%;氧化劑4.5 16%;穩定劑0.65 1. 8% ；
分散劑6.5 19. 5% ；催化劑0.2 2%;去離子水50 80%;PH調節劑0. 65 2% ；各原料質量百分比之和為100% ；所述的磨料是粒徑為30nm-2 μ m的碳化硼磨料；所述的氧化劑是純度為70 95%的高鐵酸鉀；所述的催化劑為具有催化氧化功能的金屬氧化物粉末，如一氧化鎳、三氧化二鉻、 氧化鈰、氧化銅；所述的分散劑為15-lOOnm的水溶硅溶膠；所述的穩定劑為硅酸鈉；所述的PH調節劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀。上述拋光液的制備方法，包括如下步驟1)選取磨料、氧化劑、穩定劑、分散劑、催化劑、PH調節劑和去離子水原料備用，各原料所占質量百分比為磨料4 13. 5% ；氧化劑4. 5 16% ；穩定劑0. 65 1. 8% ； 分散劑6. 5 19. 5% ；催化劑0. 2 2% ；PH調節劑0. 65 2% ；去離子水50 80% ； 各原料質量百分比之和為100% ；2)按上述質量百分比將PH調節劑加入到去離子水中，充分攪拌并冷卻，配置成強堿溶液；3)按上述質量百分比將穩定劑和分散劑加入到強堿溶液中，充分攪拌，制備成混合溶液；4)按上述質量百分比將磨料加入到混合溶液中，超聲波攪拌10 30min，使得磨料在去離子水中充分分散，配制成懸浮液，靜置Ih使懸浮液充分穩定；5)在懸浮液中按上述質量百分比加入氧化劑和催化劑，輕微攪拌使氧化劑緩慢溶解完全，配制成拋光液。所述拋光液的使用方法是采用碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷拋光盤以50 500r/ min的轉速與金剛石刀具對磨，在接觸面附近滴加所述拋光液，以達到化學機械耦合刃磨的目的。本發明的效果和益處是本發明采用綠色強氧化劑高鐵酸鉀為主要成分并添加碳化硼磨料配制拋光液，可在低溫或室溫條件下對金剛石切削刀具刃磨。由于采用均質的碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷作為拋光盤，避免了對金剛石刀尖的沖擊，便于實現納米級鈍圓半徑。拋光液中碳化硼磨料硬度小于金剛石，高鐵酸鉀具有很強的化學活性，即可避免硬質顆粒給金剛石刀具表面帶來的損傷，也加快了刀具刃磨速度，實現金剛石刀具納米級低損傷刃磨。此外，通過采用分散劑、穩定劑和PH調節劑等添加劑，提高拋光液的分散穩定性和化學穩定性。


圖1是采用機械刃磨的方法得到的刀具表面質量。圖2是采用本發明的拋光液刃磨金剛石刀具得到的刀具表面質量。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細說明本發明具體實施例。實施例一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法。它包括如下步驟1)按各原料所占質量百分比為磨料9. 2%、氧化劑9. 4%、穩定劑1. 6%;分散劑15. 5% ；催化劑；PH調節劑1. 3% ；去離子水62% ；選取磨料、氧化劑、穩定劑、分散劑、催化劑、PH調節劑和去離子水原料備用；所述的磨料為碳化硼，純度為98%，粒度為Ιμπι;所述的氧化劑為高鐵酸鉀；所述的穩定劑為硅酸鈉；所述的分散劑為30%的硅溶膠；所述的催化劑為三氧化二鉻；所述的 PH值調節劑為氫氧化鈉。2)按上述質量百分比將PH調節劑加入到去離子水中，充分攪拌并冷卻，配置成強堿溶液；3)按上述質量百分比將穩定劑和分散劑加入到強堿溶液中，充分攪拌，制備成混合溶液；4)按上述質量百分比將磨料加入到混合溶液中，超聲波攪拌10 30min，使得磨料在去離子水中充分分散，配制成懸浮液，靜置Ih使懸浮液充分穩定；5)在懸浮液中按上述質量百分比加入氧化劑和催化劑，輕微攪拌使氧化劑緩慢溶解完全，配制成拋光液。在室溫條件下，采用按實施例制備的拋光液，在精密研磨拋光機上進行了刃磨試驗。拋光盤采用碳化硼陶瓷盤，拋光盤轉速為60r/min。拋光池后金剛石刀具表面形貌如圖2所示。機械拋光后金剛石刀具前刀面如圖1所示。可見機械刃磨后金剛石刀具表面殘留有許多劃痕，而采用實施例制備的拋光液刃磨后，刀具表面十分光滑。
權利要求
1.一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液，其特征在于，它包括磨料、氧化劑、催化劑、分散劑、穩定劑、PH調節劑和去離子水，各原料所占質量百分比為磨料4 13. 5% ；氧化劑4. 5 16% ；穩定劑0. 65 1. 8% ；分散劑6. 5 19. 5% ；催化劑0. 2 2% ；去離子水50 80% ；PH調節劑:0· 65 2% ；各原料質量百分比之和為100% ；所述的磨料是粒徑為30nm-2 μ m的碳化硼磨料；所述的氧化劑是純度為70 95%的高鐵酸鉀；所述的催化劑為具有催化氧化功能的金屬氧化物粉末，具有催化氧化功能的金屬氧化物是一氧化鎳、三氧化二鉻、氧化鈰、氧化銅；所述的分散劑是粒徑為15-lOOnm的水溶硅溶膠；所述的穩定劑為硅酸鈉；所述的PH調節劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀。
2.權利要求1所述拋光液的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)按權利要求1所述的比例配料；2)將PH調節劑加入到去離子水中，充分攪拌并冷卻，配置成強堿溶液；3)將穩定劑和分散劑加入到強堿溶液中，充分攪拌，制備成混合溶液；4)將磨料加入到混合溶液中，超聲波攪拌10 30min，使得磨料在去離子水中充分分散，配制成懸浮液，靜置Ih使懸浮液充分穩定；5)在懸浮液中加入氧化劑和催化劑，攪拌使氧化劑緩慢溶解完全，配制成拋光液。
3.應用權利要求2所述拋光液的方法，其特征是采用碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷拋光盤以50 500r/min的轉速與金剛石刀具對磨，在接觸面附近滴加拋光液。
全文摘要
本發明屬于超硬材料拋光技術領域，公開了一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法。其特征是采用綠色強氧化劑高鐵酸鉀作為主要成分，加入適量的碳化硼磨料配制拋光液。在常溫條件下，陶瓷拋光盤和碳化硼磨料的機械作用使金剛石切削刀具表面產生損傷，借助高鐵酸鉀的強氧化作用實現刀具表面材料的微量去除。此外，還通過添加一氧化鎳等催化劑以提高材料去除，添加穩定劑和分散劑以改善拋光液性能。本發明的效果和益處是所制備的拋光液刃磨金剛石刀具，可實現刀具100納米以下的鈍圓半徑、納米和亞納米級的表面粗糙度和超低損傷的表面質量，有助于提高刀具壽命和工件加工質量。
文檔編號B24B3/00GK102516874SQ20111035255
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者康仁科, 李強, 苑澤偉, 金洙吉 申請人:大連理工大學