[发明专利]一种基于纳米镍粉的金刚石晶体表面机械化学抛光方法

摘要

一种基于纳米镍粉的金刚石晶体表面机械化学抛光方法，属于金刚石刀具制造技术领域。本发明从金刚石晶体与过渡族金属元素在摩擦高温催化作用下发生化学反应入手，结合前期积累的金刚石晶体机械刃磨抛光加工经验，采用涂覆纳米镍粉的抛光垫加工金刚石晶体平面。通过金刚石晶体平面的抛光工艺实验，详细分析了抛光垫往复运动频率和往复运动行程、机床主轴转速、抛光压力、金刚石晶体对抛光垫挤压深度、抛光时间、重复涂粉时间间隔等工艺参数对金刚石晶体平面抛光效果的影响规律，包括表面粗糙度Ra和表面粗糙度Rz，并建立优化的金刚石晶体表面抛光工艺，实现表面粗糙度Ra 0.6nm或Rz 3.6nm，为高精度金刚石刀具的机械化学抛光加工工艺技术迈出了探究性的一步。

主权项

1.一种基于纳米镍粉的金刚石晶体表面机械化学抛光方法，其特征在于：所述的方法步骤如下：步骤一：选择天然金刚石晶体平面作为抛光试样，选择热膨胀系数较小的殷钢制作夹具，根据所述的金刚石晶体颗粒大小准备好殷钢夹具；步骤二：使用氧化铜粉末与磷酸混合后热烧结方法实现金刚石晶体与殷钢夹具的稳固连接，然后把殷钢夹具安装到金刚石刀具研磨机的分度夹具上，使殷钢夹具垂直于青铜金刚石砂轮盘；步骤三：选定金刚石晶体的易磨晶向，设置金刚石晶体易磨方向与青铜金刚石砂轮盘线速度方向平行，并在殷钢夹具和分度夹具上同时作定位标记，然后用青铜金刚石砂轮盘对金刚石晶体表面进行粗磨加工，粗加工的金刚石晶体表面粗糙度达到Ra 3nm；步骤四：将青铜金刚石砂轮盘从金刚石刀具研磨机的主轴上拆下，用酒精把青铜金刚石砂轮盘表面擦拭干净，然后在青铜金刚石砂轮盘表面贴上聚氨酯抛光垫，并在聚氨酯抛光垫表面涂上50nm镍粉，之后将殷钢夹具按定位标记重新安装到分度夹具上，同时将粘有聚氨酯抛光垫的青铜金刚石砂轮盘重新装到金刚石刀具研磨机的主轴上；步骤五：恒温控制金刚石刀具研磨机周围环境条件为23℃，恒温精度±0.5℃，在金刚石刀具研磨机的主轴冷却水循环系统正常工作情况下，空载静置金刚石刀具研磨机，使其性能达到稳定状态；步骤六：用涂有50nm镍粉的聚氨酯抛光垫对金刚石晶体表面进行抛光，设置抛光工艺参数为：聚氨酯抛光垫附加往复运动，往复运动频率为0.17Hz，往复运动行程为10mm，金刚石刀具研磨机的主轴转速为3600r/min，抛光压力为14.7N，金刚石晶体对聚氨酯抛光垫挤压深度为30μm，抛光时间为60min，重新涂覆50nm镍粉的时间间隔为20min；步骤七：从分度夹具拆下殷钢夹具，采用光学显微镜离线检测金刚石晶体表面，若1400×光学放大倍率下金刚石晶体表面无肉眼可见缺陷，则采用原子力显微镜继续检测金刚石晶体表面形貌以得到金刚石晶体表面粗糙度，测得粗糙度应优于Ra 0.6nm或Rz 3.6nm，则进入步骤八；若不符合要求视为不合格，应重新按步骤六进行抛光加工；若1400×光学放大倍率下金刚石晶体表面有肉眼可见缺陷，亦视为不合格，应重新按步骤六进行抛光加工；步骤八：金刚石晶体表面完成化学抛光后，将其从殷钢夹具上取下，然后进行表面清洁处理，并装盒保护；所述的氧化铜粉末与磷酸混合后热烧结方法的具体步骤是：将5‑10克氧化铜粉末平铺在玻璃皿上，取与氧化铜粉末等体积的磷酸滴加在氧化铜粉末上，将二者混合搅拌成膏状，然后取10‑15克磷酸‑氧化铜膏涂在殷钢夹具表面，再将金刚石晶体大平面朝下放到涂有磷酸‑氧化铜膏的殷钢夹具上，用热风枪对粘结部位加温，温度为100～250℃，加热时间持续2‑3min至磷酸‑氧化铜膏凝固变硬后完毕，金刚石晶体即固定在殷钢夹具上。