一种用于TC4钛合金的原子级抛光液及其制备方法与抛光工艺

本发明涉及新型航空钛合金材料制备，尤其涉及一种用于tc4钛合金的原子级抛光液及其制备方法与抛光工艺。

背景技术：

1、tc4钛合金是一种典型的α+β型钛合金，因其具有比强度高、耐腐蚀性好、生物相容性优异以及高温性能稳定等优点，被广泛应用于航空航天、生物医疗、精密模具、光学制造等领域。随着半导体、精密光学、生物医疗和高端装备制造等领域的快速发展，对钛合金表面原子级平坦化的需求日益增加。例如，在半导体和微纳器件中，原子级平坦表面有利于提高薄膜沉积均匀性、降低界面缺陷密度并改善键合质量；在精密光学器件中，原子级平坦表面能够有效降低光散射和波前畸变；在医疗植入和高端摩擦副中，超光滑表面则有助于提高耐磨性、降低细菌黏附并延长服役寿命。

2、然而，现有的加工技术在面对这些高端需求时暴露出了诸多核心问题：传统抛光技术多停留在微米级，无法满足半导体与微纳器件对原子级平坦化的严苛标准；现有工艺极易留下微观粗糙度与损伤层，不仅加剧光学散射，还会增加医疗植入感染风险并缩短器件寿命。

3、因此，在传统加工的基础上进一步提高钛合金的抛光性能，获得高质量原子级平坦的新型航空钛合金材料，已成为推动其在更高端、更精密领域应用的重要基础。

技术实现思路

1、本发明提供一种方法，以克服上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、本发明一方面提供一种用于tc4钛合金的原子级抛光液，按质量百分比计，包括如下组分：稀土磨粒5.0~8.0 wt.%、氧化剂1.0~4.0 wt.%、络合剂0.5~3.0 wt.%、分散剂0.3~1.0 wt.%、ph调节剂0.1~1.0 wt.%、余量为去离子水。

4、进一步地，所述稀土磨粒为氧化铈、氧化镧、氧化镨中的任意一种。

5、进一步地，所述氧化剂为过氧化氢、次氯酸钠、高锰酸钾中的任意一种。

6、进一步地，所述络合剂为酒石酸、植酸、山梨酸中的任意一种。

7、进一步地，所述抛光液的ph为5~6。

8、本发明另一方面还提供一种基于所述原子级抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9、s1：按质量比1:3~5将稀土磨粒加入去离子水中超声搅拌，得到磨粒悬浮液a；

10、s2：按质量比1:2~3将分散剂加入去离子水中超声搅拌，得到分散剂溶液b；

11、s3：按质量比1:2~3将络合剂加入去离子水中超声搅拌，得到络合剂溶液c；

12、s4：将所述分散剂溶液b和络合剂溶液c依次加入所述磨粒悬浮液a中，超声搅拌，得到混合液d；

13、s5：将氧化剂按质量比1:3~5溶解于去离子水中，得到氧化剂溶液e，并将所述氧化剂溶液e缓慢加入所述混合液d中，超声搅拌，得到混合液f；

14、s6：将ph调节剂加入所述混合液f中，超声搅拌，将体系ph调节至5~6，得到预混液g；

15、s7：在预混液g中补加去离子水至设定总量，超声搅拌，得到所述的用于tc4钛合金的原子级抛光液。

16、进一步地，所述s1-s7中的超声搅拌时间为30~60 min，超声频率为20~60 khz，搅拌速度为200~600 rpm。

17、本发明再一方面还提供一种tc4钛合金的抛光工艺，使用所述的原子级抛光液对tc4钛合金工件进行表面抛光处理。

18、进一步地，所述抛光工艺的抛光压力为20~30 kpa，抛光盘转速为50~80 rpm，抛光液流量为10~20 ml/min，抛光时间为30~60 min。

19、进一步地，抛光后tc4钛合金表面粗糙度sa小于0.2 nm，材料去除率大于280 nm/min。

20、本发明的有益效果是：

21、（1）本发明提供的用于tc4钛合金的原子级抛光液，通过氧化剂、络合剂、稀土磨粒、分散剂及ph调节剂的协同作用，能够在工件表面形成均匀且易去除的反应层，从而有效提高tc4钛合金表面的可抛性，实现钛合金表面的原子级粗糙度。

22、（2）本发明所述抛光液的制备方法简单，各组分分别溶解分散后再进行混合即可，工艺流程清晰，操作条件温和，易于实现稳定配制和重复制备，具有较好的可操作性和工业应用可行性。

23、（3）本发明所述抛光液优选采用环境友好型组分，制备过程以水为分散介质，避免使用大量有机溶剂，具有污染小、环境负担低和安全性较好的优点，符合绿色制造和清洁生产的发展需求。

1. 一种用于tc4钛合金的原子级抛光液，其特征在于，按质量百分比计，包括如下组分：稀土磨粒5.0~8.0 wt.%、氧化剂1.0~4.0 wt.%、络合剂0.5~3.0 wt.%、分散剂0.3~1.0wt.%、ph调节剂0.1~1.0 wt.%、余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种用于tc4钛合金的原子级抛光液，其特征在于，所述稀土磨粒为氧化铈、氧化镧、氧化镨中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于tc4钛合金的原子级抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、次氯酸钠、高锰酸钾中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于tc4钛合金的原子级抛光液，其特征在于，所述络合剂为酒石酸、植酸、山梨酸中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于tc4钛合金的原子级抛光液，其特征在于，所述抛光液的ph为5~6。

6.一种基于如权利要求1所述的一种用于tc4钛合金的原子级抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7. 根据权利要求6所述的一种用于tc4钛合金的原子级抛光液的制备方法，其特征在于，所述s1-s7中的超声搅拌时间为30~60 min，超声频率为20~60 khz，搅拌速度为200~600rpm。

8.一种tc4钛合金的抛光工艺，其特征在于，使用权利要求1所述的原子级抛光液对tc4钛合金工件进行表面抛光处理。

9. 根据权利要求8所述的一种tc4钛合金的抛光工艺，其特征在于，所述抛光工艺的抛光压力为20~30 kpa，抛光盘转速为50~80 rpm，抛光液流量为10~20 ml/min，抛光时间为30~60 min。

10. 根据权利要求8所述的一种tc4钛合金的抛光工艺，其特征在于，抛光后tc4钛合金表面粗糙度sa小于0.2 nm，材料去除率大于280 nm/min。