機械研磨金屬表面微納米孔的成型方法及研磨拋光機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬表面織構化處理方法及設備，尤其涉及一種機械研磨金屬表面微納米孔的成型方法及研磨拋光機。
【背景技術】
[0002]金屬表面微孔織構化可以使摩擦表面分布微孔，有助于改良摩擦副的潤滑狀態，微孔存儲潤滑劑，防止“干磨”;也可以增加金屬的比表面積，有助于提高表面吸附和表面化學或生物反應效果。在薄膜制備中，金屬表面微孔織構能夠提高膜基結合力，能夠釋放膜內殘余應力，提高薄膜的耐負荷能力，延長薄膜的使用壽命。對于異質材料的鏈接，如金屬與塑料，金屬表面微孔織構同樣可以達到界面的錨定效果，提高連接強度。因此，金屬表面微孔織構化技術在機械、電子、化學化工和生物工程等領域有廣泛的應用價值。
[0003]金屬表面微孔織構化的制備技術有多種，包括微細放電加工、微細超聲波加工、電子束加工、激光束加工和電解加工等。例如，申請號為“200910211982.8”、發明名稱為“微細電極放電加工成形裝置”的發明專利申請公開一種微細電極放電加工成形裝置，其包括有一基座裝置；導引裝置，設于該基座裝置上，該導引裝置包括有一導引座，該導引座上設有一導引件，該導引件包括有一加工表面，該加工表面上設有復數條線槽，該線槽容設有導線，用以對一待加工件進行微細放電加工；上述微細電極放電加工成形裝置可以達到提高放電加工效率，進而積極符合加工制造的經濟效益及提升加工制造的競爭力，且更可保持微細電極的加工精度及可簡易轉換應用于復雜形狀的電極放電加工作業，而具有極佳的產業實用性、利用性。申請號為“200610054017.0”、發明名稱為“可控變形電子束精整加工方法”的發明專利申請，公開一種可控變形電子束精整加工方法，由計算機控制系統，以及與該計算機控制系統連接的電子束發生裝置、電磁線圈、偏轉線圈和工作臺控制系統，計算和控制電子束發生裝置產生電子束的能量密度、照射次數和照射位置等工藝參數；計算機控制系統控制電子束發生裝置產生的電子束的偏轉量，根據工件的零件特征和加工要求確定電子束的照射位置、能量密度和照射次數；利用鉬光闌獲得所需的變形截面電子束，電子束截面形狀可控，照射能量分布均勻，零件的表面應力低；還具有生產效率高、加工精度高、自動化程度高等優點；而且，加工后的模具和工件表面粗糙度有較大程度的降低，材料表面光滑，耐磨和耐腐蝕性能優良。申請號為“201310555383.4”、發明名稱為“電解加工裝置及其加工方法”的發明專利申請，公開一種具貫穿孔結構金屬殼體的電解加工裝置及加工方法，該加工裝置由加工電極、工件夾具、電解液槽、支撐機構、Z軸進給機構、XY平面驅動機構、連接件以及進給控制系統組成。該加工電極包括第一加工電極以及與該第一加工電極滑動配合的第二加工電極。該Z軸進給機構包括由該連接件相連接的第一 Z軸進給機構和第二Z軸進給機構。該第一加工電極固定于連接在第一 Z軸進給機構的連接件上，第二加工電極固定于第二 Z軸進給機構的輸出軸。進給控制系統控制Z軸進給機構進而控制加工電極的進給和復位。本發明的加工裝置和加工方法能夠連續完成金屬素材的形腔和貫穿孔的電化學加工，有效地降低了成本和提高了加工效率。
[0004]然而，現有的微細放電加工、微細超聲波加工、電子束加工、激光束加工和電解加工等往往受到材料物性及其去除機制的限制，通常表現為設備系統復雜，加工成本高，效率低，甚至不能進行大面積微孔織構的制造；放電和電子束、激光束的加工還會在微孔邊沿形成熱影響區，即熱熔區，破壞金屬表面的質量；電解加工工藝復雜，還引起環境污染問題。另夕卜，現有的最先進的激光成孔技術的孔徑加工水平也在20 μ m以上，其他方法的加工孔徑至少都在幾十甚至幾百微米以上，無法將孔徑加工到更小，無法達到亞微米量級，即納米孔徑。

【發明內容】

[0005]有鑒于此，確有必要提供一種機械研磨金屬表面微納米孔的成型方法及研磨拋光機以解決上述技術問題。
[0006]為了解決上述問題，本發明提供一種機械研磨金屬表面微納米孔的成型方法，包括:提供包含有研磨顆粒的研磨拋光液和表面形成有缺陷的金屬工件；在所述研磨拋光液的作用下，對所述金屬工件形成有所述缺陷的表面進行機械研磨處理，使所述研磨拋光液裹挾所述研磨顆粒不斷在所述缺陷中作渦旋磨削運動，磨削所述缺陷的壁面產生磨肩，并不斷將各缺陷中的研磨顆粒和所述磨肩沖刷出去，從而在所述金屬工件的各缺陷處形成微納米孔。
[0007]基于上述，所述缺陷為劃痕、凹坑或溝槽。其中，所述缺陷為微納米缺陷，其包括各種形式的溝槽和凹坑等，如十字交叉溝槽、凹坑或平行溝槽等。
[0008]基于上述，所述缺陷是通過機械刻畫法、電蝕加工法、腐蝕法或噴砂處理法形成在所述金屬工件的表面上的。
[0009]基于上述，對所述金屬工件形成有所述缺陷的表面進行機械研磨處理的步驟包括將所述金屬工件置于鋪有拋光布的研磨盤上，將所述研磨拋光液倒入所述研磨盤中的所述拋光布上，使所述研磨拋光液浸沒所述金屬工件的表面；所述金屬工件在所述研磨盤上進行公轉和自轉，同時對所述金屬工件施加壓力，使所述研磨拋光液不斷裹挾所述研磨顆粒在所述金屬工件上的各缺陷中作渦旋運動，研磨各自對應缺陷的壁面形成磨肩，而且不斷將各缺陷中的研磨顆粒和所述磨肩沖刷出去，直至在各缺陷處形成預定孔徑的微納米孔；同時對所述金屬工件表面進行拋光處理，其中，所述微納米孔為半球形孔、底部半球形的圓柱孔或雙生孔。本文中所謂“雙生孔”是指微納米孔中還能產生次生孔結構。所述微納米孔的形狀及直徑受到研磨時間的影響，當研磨時間比較長時，如幾十分鐘后，微納米孔的孔徑變大，在孔中會觀察到次生孔穴；當前期的微納米孔的原孔孔徑比較小時，不會觀察到次生孔穴；一般孔徑要到幾十微米以上時，出現次生孔穴。當所述微納米孔的孔徑很小時，比如幾微米時，無法觀察孔內狀況，無法判斷是否有次生孔穴生成。
[0010]基于上述，在所述金屬工件進行機械研磨處理的過程中，所述金屬工件在所述研磨盤上進行公轉和自轉，使得所述金屬工件與所述研磨拋光液作相對運動；同時，所述拋光布在所述金屬工件的擠壓下，使所述研磨拋光液在各缺陷處形成渦旋流，所述渦旋流中的研磨顆粒被限制在對應的缺陷中作渦旋磨削運動并產生所述磨肩，所述渦旋流中的研磨顆粒與所述磨肩在所述研磨拋光液的沖刷下從對應的缺陷中被帶走；接著新的研磨顆粒被流動的研磨拋光液帶入到所述對應的缺陷中，并繼續作渦旋磨削運動，從而使得各缺陷中的研磨顆粒不斷被置換且在原處產生磨削作用，形成具有所述預定孔徑的微納米孔；同時所述金屬工件上相鄰的所述缺陷之間的表面被所述研磨拋光液拋光。其中，所述金屬工件的表面與所述研磨拋光液作相對運動是指:所述研磨拋光液在所述拋光布的帶動下高速流過所述金屬工件的表面，或所述金屬工件的表面在帶有所述研磨拋光液的所述拋光布表面高速運動。相對運動速度與所要求的金屬工件的表面微孔密度分布和孔徑大小有關。
[0011]基于上述，在所述金屬工件進行機械研磨處理的過程中，所述金屬工件在所述研磨盤上進行自轉，使得所述研磨拋光液在360°范圍內依次流過所述金屬工件表面上的各缺陷，并受到所述拋光布的擠壓，進入各缺陷中的研磨顆粒在對應的缺陷中在360°方向上依次作渦旋運動，并依次磨削對應缺陷的壁面，形成所述微納米孔；同時，由于各缺陷中的研磨顆粒的排出，從各缺陷中排出的研磨顆粒研磨所述金屬工件上相鄰的缺陷之間的表面