[发明专利]用于加工超光滑低损伤轴承钢表面的抛光液及其应用

说明书

本发明公开了一种用于加工超光滑低损伤轴承钢表面的抛光液及其应用，抛光液包括以下组分：0.01～40wt％的研磨颗粒、0.01～10wt％的金属氧化剂、0.01～10wt％的金属络合剂、0.01～2wt％的复配金属缓蚀剂，其余组分为去离子水，以及少量pH值调节剂；所述pH值调节剂用于调节抛光液的pH值为2～10。与现有技术相比，本发明的抛光液将氮唑类化合物和噻唑类化合物组合作为复配金属缓蚀剂，通过多种金属缓蚀剂的协同作用，在添加更少量的条件下，提高轴承钢表面粗糙峰凹陷处材料去除的机械作用阈值，使轴承钢获得亚纳米级表面粗糙度和趋近于零的亚表面损伤。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，特别涉及一种用于加工超光滑低损伤轴承钢表面的抛光液及其应用。

背景技术

轴承钢(如GCr15轴承钢)由于具有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限，被广泛应用于航空航天、轨道交通、机械制造等领域的高端装备及机械基础件制造。以滚动轴承为例，轴承核心元件的表面质量和亚表面损伤情况是影响其服役性能和寿命的关键因素。在某些极端的摩擦学工况下，由于速度、压力、温度和环境气氛的剧烈变化，极有可能出现润滑膜厚急剧降低的苛刻润滑工况，如果此时轴承钢的表面粗糙度过大，润滑膜厚小于摩擦副表面的粗糙峰高度，则会导致粗糙峰之间发生直接接触，引起轴承工作表面磨损，降低轴承的服役性能和寿命。因此，在现有精度基础上，进一步降低轴承钢的表面粗糙度，使膜厚比(最小油膜厚度和复合表面粗糙度的比值)提高至4以上，避免摩擦副表面粗糙峰之间的直接接触，实现全膜流体润滑，同时减少微裂纹等损伤，可以有效提高滚动轴承在苛刻润滑工况下的服役性能和寿命。

目前，轴承钢材质精密零部件制造过程中，通常采用传统的磨削和研磨技术来加工其工作表面，以滚动轴承为例，通常采用无心外圆磨削、无心外圆超精研和定心往复超精研来加工其核心元件内外套圈和滚动体。然而，上述加工技术受纯机械去除原理限制，去除时接触压力需要达到材料的塑性屈服极限，最小去除厚度受限，表面质量难以进一步提高，且在热力耦合作用下不可避免地产生各种形式的损伤，难以满足苛刻润滑工况对超精密低损伤轴承钢表面的需求。

为此，江亮等早前提出采用化学机械抛光技术来实现超光滑轴承钢表面，提供了一种用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用(专利ZL201410490804.4)，该专利申请公开了一种用于加工超光滑轴承钢表面的抛光液及其应用，其中金属缓蚀剂为0.006～0.12wt％的苯并三氮唑，通过使用如下抛光液配方：4.0wt％胶体二氧化硅，0.75wt％的氨基乙酸，1.0wt％过氧化氢，0.12wt％苯并三氮唑，余量为水，采用硝酸和氢氧化钾调节pH值至4.0，轴承钢的平均表面粗糙度降至1.8nm，表面变得超光滑且平整。然而，该发明仍然存在如下问题：

1、单一金属缓蚀剂无法充分保护轴承钢表面，难以进一步降低表面粗糙度至亚纳米级。轴承钢是一种典型的合金材料，硬度高，化学组分和金相组织复杂，例如，铁元素的化学性质比较活泼，容易被腐蚀溶解；铬元素容易被氧化，在表面生成一层钝化膜。从原理上讲，仅仅添加单一金属缓蚀剂，可能无法对轴承钢所有的化学组分和金相组织形成充分且均匀一致的保护膜，在抛光过程中，部分表面粗糙峰凹陷处会出现过度腐蚀以及由过度腐蚀诱导产生的磨损，因此难以进一步降低表面粗糙度至亚纳米级，难以进一步满足苛刻润滑工况对超精密低损伤轴承钢表面的需求。

2、单一金属缓蚀剂难以在添加较少量的条件下，降低表面粗糙度至亚纳米级。从原理上讲，单一金属缓蚀剂的保护作用单一，需要添加更多量来实现更强的保护能力，因此导致加工成本较高，经济性和环保性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有抛光液中仅添加单一金属缓蚀剂，无法充分保护轴承钢表面，难以进一步降低表面粗糙度至亚纳米级，且添加量较多，经济性和环保性较差的不足，提供一种用于加工超光滑低损伤轴承钢表面的抛光液，通过多种金属缓蚀剂的协同作用，在添加更少量的条件下，使轴承钢获得亚纳米级表面粗糙度和趋近于零的亚表面损伤，提高轴承钢材质精密零部件在苛刻润滑工况下的服役性能和寿命，并提供该抛光液的应用方法。