一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料及其制备方法，属于不锈钢表面机械加工的研抛精加工技术领域。
技术背景
[0002]准晶特殊的准周期结构使其具有介于金属与化合物之间的力学性能，使得它具有传统合金材料所没有特殊性能，包括高硬度、低摩擦系数、低表面能(不粘性)、低热导率、低电导率、抗氧化、抗磨损、耐腐蚀等性质。由于其特殊的表面性能，准晶在热障涂层和抗磨减摩涂层有着重要的用途。在最近的研究中，我们发现，准晶作为磨料在抛光金属表面时，表现出与传统磨料不一样的研磨机制，即“碾抹”作用。这种特殊的作用机制，是通过准晶磨料粒子与抛光的金属表面碾压与摩擦，使得金属表面发生大量的塑性变形，活化了金属表面。研究发现，这种特殊的机制不仅使准晶磨料具有低磨损性，活化表面，同时可以达到国家标准的粗糙度。
[0003]不锈钢是重要的工业材料，具有优良的力学强度及良好的机械性能，且能自钝化而具有较好的耐腐蚀性。因此被广泛地用于现代家电、厨房用具、纺织工业、办公用品、汽车工业、仪器，甚至化工设备、建筑，船舶等恶劣环境。但其自身形成的钝化膜不是很完，尤其是在恶劣的环境中也是会被严重腐蚀，人们在追求不锈钢良好的机械耐腐蚀等性能要求的同时，开始对不锈钢的性能提出了装饰性、艺术性等发展需要。因为在应用不锈钢之前，往往需要进行严格地处理其表面，尤其是需要进行钝化处理。常规磨料使用的磨料有碳化硅，碳化硼，氧化铝，立方氮化硼，钻石粉等，均具有高切削能力，而对于不锈钢这类较软的基材，高硬度磨料带来的副作用是表面磨损与划伤。因此工业界需要一种新型的磨料，既能达到平整化的表面精修目的，同时不带来严重表面磨损。此外，不锈钢的耐蚀能力很大程度上取决于表面钝化膜的形成，而这与表面形变程度相关，已经有大量工作证实，表层塑性变形会导致随后迅速形成致密完整的钝化膜。因此，提出准晶材料作为一种新型的低磨耗、低摩擦的磨料，通过对金属表面研抛，可同时实现不锈钢低磨耗光整精加工和快速提升表面耐蚀能力。
【发明内容】
[0004]本发明目是提供一种提升不锈钢表面耐蚀能力的新型低磨耗磨料，该类磨料对不锈钢表面研抛，可同时实现低磨耗光整精加工和提升表面耐蚀能力。
[0005]本发明采用的技术方案是:一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料，所述磨料构成为准晶体和类似相，其成分包括Al-(Li，Cu, Fe, Co, Cr, V, Mn, Ru, Re, Os)，TiZrNi，(Zn/Cd)-Mg-(Y, Yb, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Sc)，Cd-(Ca, Y, Gd, Tb, Tm, Ho,Dy, Er, Yb),所述准晶体和类似相的含量大于50%。
[0006]所述的一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料的制备方法，包括下列步骤: 步骤一、配料，按照准晶不同体系的成分配比进行配料； 步骤二、熔炼，将步骤一的原料放在熔炉中反复熔炼，形成成分均匀的合金锭；步骤三、制备纯度大于50%准晶，将步骤二的合金锭进行恒温退火处理，通过X射线衍射测试技术确定准晶特征峰及其含量；
步骤四、制粉，将步骤三的准晶锭制成粒度分布较窄、颗粒形状规则的准晶粉末；步骤五、应用，将步骤四制备出的准晶磨料分散均匀地放入到磨料流介质载体中或放入到抛光膏里。
[0007]本发明的有益效果是:
1.这种可提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料，由准晶体和类似相构成，准晶含量大于50%，该类磨料对不锈钢表面进行研磨抛光处理，可同时实现不锈钢低磨耗光整精加工和快速提升表面耐蚀能力；
2.这种准晶磨料，具有高硬弹比、自锐性，对较软工件既有好的加工锐性，又能有效地避免工件表面产生大的划伤；
3.这种准晶磨料，表面能低，具有不粘性。不易粘附或嵌入到工件表面，可以免除复杂的清洗工序。
【附图说明】
[0008]图1是不锈钢表面抛光后粗糙度Ra与磨损量的比较。
[0009]图2是准晶磨料与其他三种传统磨料在空气中氧化36小时后电化学阻抗Nyquist对比图谱。
【具体实施方式】
[0010]实施例1 =Al62Cu25.5Fe12.5准晶磨料步骤一、配料
按照Al62Cu25.5Fe12J^原子百分比进行配料；
步骤二、熔炼
将步骤一的原料放在水冷铜模非自耗电弧反复熔炼，制备出成分均匀的合金锭； 步骤三、制备纯度大于50%准晶
将步骤二的合金锭在800°C下真空退火8小时，空冷后得到高纯二十面体准晶单相合金，通过X射线衍射测试技术确定准晶特征峰及其准晶相含量大于75% ;
步骤四、制粉
将步骤三的高纯度准晶锭放到行星式球磨机中，在氩气保护下，设定速度为200r/min，球磨5小时，然后用700目筛网过筛，得到50%粉末颗粒约为20微米。
[0011]步骤五、应用
将步骤四制备出的准晶磨料放入到专门的金相抛光膏里，粉末添加质量比为10%，利用Buehler-TriDent?自动研磨机，在压力为10N，转速为350rpm条件下，对304不锈钢表面进行抛光处理，抛光时间为9min。
[0012]步骤六、准晶磨料低磨耗表征
对抛光后的不锈钢表面，进行了粗糙度测量和磨损量的统计。结果表明，在相同条件下，准晶磨料对比传统磨料如金刚石，Al2O3, 3102等表现出明显的优势。经准晶短时间研磨的304不锈钢表面粗糙度Ra达到7 nm，而金刚石为14nm，Al2O3为llnm，S12S 32nm。而此时，这三种传统的磨损量分别是准晶的28、24、16倍，如图1所示。
[0013]步骤七、准晶磨料可提升不锈钢耐蚀性表征
在室温下，用科思特电化学工作站，测试频率为10kHz-0.01Hz，在3.5wt%NaCl溶液中对研抛后304不锈钢表面进行电化学阻抗(EIS)测试，钝化膜阻抗弧半圆RC越大，表明其钝化膜最完整，耐蚀能力越强。结果如图2所示，经准晶研磨后的304不锈钢表面在空气中氧化36小时后，生成的钝化膜半圆RC比其他三种传统磨料半径显著大。说明准晶在研抛不锈钢表面后，对不锈钢表面活化能力强，可使其表面迅速生成完整稳定的氧化膜。
【主权项】
1.一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料，其特征是:所述磨料构成为准晶体和类似相，其成分包括 Al-(Li，Cu, Fe, Co, Cr, V, Mn, Ru, Re, Os)，TiZrNi，(Zn/Cd) -Mg- (Y, Yb, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Sc)，Cd- (Ca, Y, Gd, Tb, Tm, Ho, Dy, Er, Yb)，所述准晶体和类似相的含量大于50%。2.根据权利要求1所述的一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料的制备方法，其特征是:包括下列步骤: 步骤一、配料，按照准晶不同体系的成分配比进行配料； 步骤二、熔炼，将步骤一的原料放在熔炉中反复熔炼，形成成分均匀的合金锭；步骤三、制备纯度大于50%准晶，将步骤二的合金锭进行恒温退火处理，通过X射线衍射测试技术确定准晶特征峰及其含量； 步骤四、制粉，将步骤三的准晶锭制成粒度分布较窄、颗粒形状规则的准晶粉末；步骤五、应用，将步骤四制备出的准晶磨料分散均匀地放入到磨料流介质载体中或放入到抛光膏等精加工研抛载体中。
【专利摘要】一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料及其制备方法，属于不锈钢表面机械加工的研抛精加工技术领域。这种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料构成为准晶体和类似相，其成分包括Al-(Li,Cu,Fe,Co,Cr,V,Mn,Ru,Re,Os)，TiZrNi，(Zn/Cd)-Mg-(Y,Yb,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Sc)，Cd-(Ca,Y,Gd,Tb,Tm,Ho,Dy,Er,Yb),准晶体和类似相的含量大于50%。该类磨料对不锈钢表面进行研磨抛光处理，可同时实现不锈钢低磨耗光整精加工和快速提升表面耐蚀能力。<b />
【IPC分类】C09K3/14
【公开号】CN105154004
【申请号】CN201510481330
【发明人】陈永君, 董闯, 羌建兵
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月8日