一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具及制备方法

1.本发明涉及一种抛光工具，尤其是一种适用于玻璃、铝、铝合金等易于被镓浸蚀的金属、合金、金属化合物的抛光加工用的浸润式抛光加工工具，具体地说是一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具及制备方法，它通过低熔点的镓合金作为抛光工具浸蚀相来有效增强研磨或抛光加工效率和质量。


背景技术：

2.机械研磨、抛光是用微细磨粒对工件表面进行微切削加工。为了提高加工效果，通常会在抛光过程中使用含化学成分的加工液，加工液与工件的化学反应作用有助于研磨、抛光加工，可以加快研磨、抛光加工速率，降低表面粗糙度、减小表面损伤。采用工件、磨粒、抛光盘和加工液的不同组合，可达到不同的研磨、抛光加工效果。但是，使用加工液会产生废液、废渣等对环境有影响的产物。不产生或少产生对环境影响的高效研磨、抛光加工方式是业界关注点。
3.镓是在干燥空气中稳定的淡蓝色金属，纯镓在29.76℃时变为银白色液体。镓熔点很低，且易与其它合金形成熔点低的共熔化合物，共熔化合物的熔点可以通过改变合金元素的含量调控。镓能浸润玻璃，镓能浸润多种金属及其合金，镓元素可以显著降低金属的电位，在金属及其合金表面形成活性点，使金属及其合金活化，降低金属及其合金的硬度。镓的这种浸润特性用在加工领域可以改变工件材料的表面性能，提高加工效率。
4.针对研磨、抛光加工加工液排放问题，引入低熔点的镓合金作为工具的粘结相和浸蚀相，即通过低熔点合金对被加工材料产生浸蚀，浸蚀作用和磨粒切削作用的联合作用实现高效高质量加工。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有的抛光加工方法中必须使用加工液而易造成废液废渣影响环境的问题，发明一种无需加工液也能实现高精度研磨抛光的低熔点合金浸蚀增强型抛光工具及制备方法。
6.本发明的技术方案之一是：一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具，其特征在于：抛光工具由低熔点的镓合金、细磨粒、孔隙剂组成，其中低熔点的镓合金质量含量为20%～70%，细磨粒质量含量为10%～30%，孔隙剂质量含量为20%～50%，各组分之和为100%；所述的抛光工具在用于抛光加工时，工具中的低熔点合金对被加工材料产生浸蚀作用，浸蚀作用和磨粒切削的联合作用实现高效高质量加工；工具形状及尺寸根据被加工零件的加工要求制造；该抛光工具可用于玻璃、铝、铝合金等易于被镓浸蚀的金属、合金、金属化合物的抛光加工。
7.所述的镓合金是抛光工具的粘结相又是被加工材料的浸蚀相物质，所用的镓合金为熔点为30℃～250℃的含镓铟的系列镓合金，镓合金熔点通过改变合金中组成元素的含量调整，镓在合金中的质量含量》20%。
8.所述的细磨粒不能被抛光工具中镓合金浸蚀破坏的金刚石、立方氮化硼或碳化硅，其粒径在10nm ～10μm之间。
9.所述的孔隙剂为粒径2μm～50μm之间的不被抛光工具中镓合金浸蚀破坏的易溶性物质中的硫酸盐或硝酸盐，易溶性物质溶解后形成的孔洞为容屑空间。
10.本发明的技术方案之二是：一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将细磨粒、孔隙剂均匀混合，混合前后及混合过程中保持磨粒、孔隙剂、混合物干燥；步骤二，在不被镓合金浸蚀破坏或不发生化学反应的干锅中将镓合金加热融化；步骤三，将步骤一制备的细磨粒与孔隙剂的混合物加入融化的镓合金液体中搅拌均匀；步骤四，将步骤三制备的混合液体注入模具中冷却固化，固化成型脱模后获得工具。
11.本发明的低熔点合金浸蚀增强型抛光工具与与研具结合可用于玻璃、铝、铝合金等易于被镓浸蚀的金属、合金、金属化合物的研磨加工。
12.本发明的有益效果是：本发明的抛光工具可广泛应用于玻璃、铝、铝合金等易于被镓浸蚀的金属、合金、金属化合物等材料和零件的研磨、抛光加工。工具形状根据被加工零件要求确定，根据工具形状要求制造对应的成型模具型腔，通过在模具中成型制造可实现工具的批量生产。
具体实施方式
13.下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
14.实施例一。
15.一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具，由以下方法制备而成：步骤一，将10kg粒径在3μm～5μm之间金刚石(或立方氮化硼、碳化硅)细磨粒、50kg粒径在10μm～50μm之间的硫酸盐（硝酸盐）孔隙剂均匀混合，混合前后及混合过程中保持磨粒、孔隙剂、混合物干燥；步骤二，将30kg镓合金(如铟镓合金，其中镓的质量百分比为30%)在不被镓合金浸蚀破坏或不发生化学反应的干锅中加热融化；步骤三，将步骤一制备的细磨粒与孔隙剂的混合物加入融化的镓合金液体中搅拌均匀；步骤四，将步骤三制备的混合液体注入模具中冷却固化，固化成型脱模后获得工具。
16.用本实施例制备的抛光头加工抛光单晶蓝宝石材料，表面粗糙度在10nm以下。
17.实施例二。
18.一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具，由以下方法制备而成：步骤一，将30kg粒径在2μm～3μm之间金刚石(或立方氮化硼、碳化硅)细磨粒、20kg粒径在20μm～50μm之间的硫酸盐（硝酸盐）孔隙剂均匀混合，混合前后及混合过程中保持磨粒、孔隙剂、混合物干燥；
步骤二，将50kg镓合金(如铟镓合金，其中镓的质量百分比为40%)在不被镓合金浸蚀破坏或不发生化学反应的干锅中加热融化；步骤三，将步骤一制备的细磨粒与孔隙剂的混合物加入融化的镓合金液体中搅拌均匀；步骤四，将步骤三制备的混合液体注入模具中冷却固化，固化成型脱模后获得工具。
19.用本实施例制备的抛光头加工抛光铝合金材料，表面粗糙度在8nm以下。
20.实施例三。
21.一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具，由以下方法制备而成：步骤一，将20kg粒径在100nm～200nm之间金刚石(或立方氮化硼、碳化硅)细磨粒、35kg粒径在10μm～20μm之间的硫酸钠孔隙剂均匀混合，混合前后及混合过程中保持磨粒、孔隙剂、混合物干燥；步骤二，将45kg镓合金(如铟镓合金，其中镓的质量百分比为50%)在不被镓合金浸蚀破坏或不发生化学反应的干锅中加热融化；步骤三，将步骤一制备的细磨粒与孔隙剂的混合物加入融化的镓合金液体中搅拌均匀；步骤四，将步骤三制备的混合液体注入模具中冷却固化，固化成型脱模后获得工具。
22.用本实施例制备的抛光头加工抛光单晶蓝宝石材料，表面粗糙度在2nm以下。
23.实施例四。
24.一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具，由以下方法制备而成：步骤一，将10kg粒径在100nm～500nm之间碳化硅细磨粒、20kg粒径在10μm～20μm之间的硝酸钠隙剂均匀混合，混合前后及混合过程中保持磨粒、孔隙剂、混合物干燥；步骤二，将70kg镓合金(如铟镓合金，其中镓的质量百分比为40%)在不被镓合金浸蚀破坏或不发生化学反应的干锅中加热融化；步骤三，将步骤一制备的细磨粒与孔隙剂的混合物加入融化的镓合金液体中搅拌均匀；步骤四，将步骤三制备的混合液体注入模具中冷却固化，固化成型脱模后获得工具。
25.用本实施例制备的抛光头加工抛光铝合金材料，表面粗糙度在5nm以下。
26.实施例五。
27.一种低熔点合金浸蚀增强型抛光工具，由以下方法制备而成：步骤一，将30kg粒径在3μm～5μm之间金刚石(或立方氮化硼、碳化硅)细磨粒、20kg粒径在20μm～50μm之间的硫酸盐（硝酸盐）孔隙剂均匀混合，混合前后及混合过程中保持磨粒、孔隙剂、混合物干燥；步骤二，将50kg镓合金(如铟镓合金，其中镓的质量百分比为35%)在不被镓合金浸蚀破坏或不发生化学反应的干锅中加热融化；步骤三，将步骤一制备的细磨粒与孔隙剂的混合物加入融化的镓合金液体中搅拌均匀；
步骤四，将步骤三制备的混合液体注入模具中冷却固化，固化成型脱模后获得工具。
28.用本实施例制备的抛光头加工抛光铝材料，表面粗糙度在10nm以下。
29.实施例六。
30.低熔点合金浸蚀增强型抛光工具中的合金采用镓铟合金，镓铟合金质量含量比为：镓:铟=4:1，抛光工具中镓铟合金质量含量为60%。细磨粒为粒径1μm～2μm的金刚石磨粒，工具中金刚石磨粒的质量含量为10%。孔隙剂为粒径10μm～20μm硫酸钠颗粒，工具中硫酸钠颗粒质量含量为30%。
31.抛光工具通过以下步骤制备而成：步骤一，将干燥的质量含量比为1:3的金刚石细磨粒和硫酸钠孔隙剂在混粉机中均匀混合，得到的混合物密封存放；步骤二，称取镓合金质量，将其在镍干锅中加热到80℃以上使得镓合金融化；步骤三，称取步骤一制备混合物质量，按与步骤二中镓合金质量以2:3的质量比将金刚石细磨粒和硫酸钠孔隙剂化合物加入到融化的镓合金液体中，并搅拌均匀；步骤四，将步骤三制备的混合液体注入型腔尺寸为φ100mm
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3 mm的模具中冷却固化，固化成型脱模后获得直径100mm厚度3mm抛光盘工具。
32.用该低熔点镓合金抛光盘工具抛光单晶蓝宝石材料，表面粗糙度在5nm以下。
33.本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。