机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法及研磨抛光机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属表面织构化处理方法及设备，尤其涉及一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法及研磨抛光机。
【背景技术】
[0002]金属表面微孔织构化可以使摩擦表面分布微孔，有助于改良摩擦副的润滑状态，微孔存储润滑剂，防止“干磨”;也可以增加金属的比表面积，有助于提高表面吸附和表面化学或生物反应效果。在薄膜制备中，金属表面微孔织构能够提高膜基结合力，能够释放膜内残余应力，提高薄膜的耐负荷能力，延长薄膜的使用寿命。对于异质材料的链接，如金属与塑料，金属表面微孔织构同样可以达到界面的锚定效果，提高连接强度。因此，金属表面微孔织构化技术在机械、电子、化学化工和生物工程等领域有广泛的应用价值。
[0003]金属表面微孔织构化的制备技术有多种，包括微细放电加工、微细超声波加工、电子束加工、激光束加工和电解加工等。例如，申请号为“200910211982.8”、发明名称为“微细电极放电加工成形装置”的发明专利申请公开一种微细电极放电加工成形装置，其包括有一基座装置；导引装置，设于该基座装置上，该导引装置包括有一导引座，该导引座上设有一导引件，该导引件包括有一加工表面，该加工表面上设有复数条线槽，该线槽容设有导线，用以对一待加工件进行微细放电加工；上述微细电极放电加工成形装置可以达到提高放电加工效率，进而积极符合加工制造的经济效益及提升加工制造的竞争力，且更可保持微细电极的加工精度及可简易转换应用于复杂形状的电极放电加工作业，而具有极佳的产业实用性、利用性。申请号为“200610054017.0”、发明名称为“可控变形电子束精整加工方法”的发明专利申请，公开一种可控变形电子束精整加工方法，由计算机控制系统，以及与该计算机控制系统连接的电子束发生装置、电磁线圈、偏转线圈和工作台控制系统，计算和控制电子束发生装置产生电子束的能量密度、照射次数和照射位置等工艺参数；计算机控制系统控制电子束发生装置产生的电子束的偏转量，根据工件的零件特征和加工要求确定电子束的照射位置、能量密度和照射次数；利用钼光阑获得所需的变形截面电子束，电子束截面形状可控，照射能量分布均匀，零件的表面应力低；还具有生产效率高、加工精度高、自动化程度高等优点；而且，加工后的模具和工件表面粗糙度有较大程度的降低，材料表面光滑，耐磨和耐腐蚀性能优良。申请号为“201310555383.4”、发明名称为“电解加工装置及其加工方法”的发明专利申请，公开一种具贯穿孔结构金属壳体的电解加工装置及加工方法，该加工装置由加工电极、工件夹具、电解液槽、支撑机构、Z轴进给机构、XY平面驱动机构、连接件以及进给控制系统组成。该加工电极包括第一加工电极以及与该第一加工电极滑动配合的第二加工电极。该Z轴进给机构包括由该连接件相连接的第一 Z轴进给机构和第二Z轴进给机构。该第一加工电极固定于连接在第一 Z轴进给机构的连接件上，第二加工电极固定于第二 Z轴进给机构的输出轴。进给控制系统控制Z轴进给机构进而控制加工电极的进给和复位。本发明的加工装置和加工方法能够连续完成金属素材的形腔和贯穿孔的电化学加工，有效地降低了成本和提高了加工效率。
[0004]然而，现有的微细放电加工、微细超声波加工、电子束加工、激光束加工和电解加工等往往受到材料物性及其去除机制的限制，通常表现为设备系统复杂，加工成本高，效率低，甚至不能进行大面积微孔织构的制造；放电和电子束、激光束的加工还会在微孔边沿形成热影响区，即热熔区，破坏金属表面的质量；电解加工工艺复杂，还引起环境污染问题。另夕卜，现有的最先进的激光成孔技术的孔径加工水平也在20 μ m以上，其他方法的加工孔径至少都在几十甚至几百微米以上，无法将孔径加工到更小，无法达到亚微米量级，即纳米孔径。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法及研磨抛光机以解决上述技术问题。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种机械研磨金属表面微纳米孔的成型方法，包括:提供包含有研磨颗粒的研磨抛光液和表面形成有缺陷的金属工件；在所述研磨抛光液的作用下，对所述金属工件形成有所述缺陷的表面进行机械研磨处理，使所述研磨抛光液裹挟所述研磨颗粒不断在所述缺陷中作涡旋磨削运动，磨削所述缺陷的壁面产生磨肩，并不断将各缺陷中的研磨颗粒和所述磨肩冲刷出去，从而在所述金属工件的各缺陷处形成微纳米孔。
[0007]基于上述，所述缺陷为划痕、凹坑或沟槽。其中，所述缺陷为微纳米缺陷，其包括各种形式的沟槽和凹坑等，如十字交叉沟槽、凹坑或平行沟槽等。
[0008]基于上述，所述缺陷是通过机械刻画法、电蚀加工法、腐蚀法或喷砂处理法形成在所述金属工件的表面上的。
[0009]基于上述，对所述金属工件形成有所述缺陷的表面进行机械研磨处理的步骤包括将所述金属工件置于铺有抛光布的研磨盘上，将所述研磨抛光液倒入所述研磨盘中的所述抛光布上，使所述研磨抛光液浸没所述金属工件的表面；所述金属工件在所述研磨盘上进行公转和自转，同时对所述金属工件施加压力，使所述研磨抛光液不断裹挟所述研磨颗粒在所述金属工件上的各缺陷中作涡旋运动，研磨各自对应缺陷的壁面形成磨肩，而且不断将各缺陷中的研磨颗粒和所述磨肩冲刷出去，直至在各缺陷处形成预定孔径的微纳米孔；同时对所述金属工件表面进行抛光处理，其中，所述微纳米孔为半球形孔、底部半球形的圆柱孔或双生孔。本文中所谓“双生孔”是指微纳米孔中还能产生次生孔结构。所述微纳米孔的形状及直径受到研磨时间的影响，当研磨时间比较长时，如几十分钟后，微纳米孔的孔径变大，在孔中会观察到次生孔穴；当前期的微纳米孔的原孔孔径比较小时，不会观察到次生孔穴；一般孔径要到几十微米以上时，出现次生孔穴。当所述微纳米孔的孔径很小时，比如几微米时，无法观察孔内状况，无法判断是否有次生孔穴生成。
[0010]基于上述，在所述金属工件进行机械研磨处理的过程中，所述金属工件在所述研磨盘上进行公转和自转，使得所述金属工件与所述研磨抛光液作相对运动；同时，所述抛光布在所述金属工件的挤压下，使所述研磨抛光液在各缺陷处形成涡旋流，所述涡旋流中的研磨颗粒被限制在对应的缺陷中作涡旋磨削运动并产生所述磨肩，所述涡旋流中的研磨颗粒与所述磨肩在所述研磨抛光液的冲刷下从对应的缺陷中被带走；接着新的研磨颗粒被流动的研磨抛光液带入到所述对应的缺陷中，并继续作涡旋磨削运动，从而使得各缺陷中的研磨颗粒不断被置换且在原处产生磨削作用，形成具有所述预定孔径的微纳米孔；同时所述金属工件上相邻的所述缺陷之间的表面被所述研磨抛光液抛光。其中，所述金属工件的表面与所述研磨抛光液作相对运动是指:所述研磨抛光液在所述抛光布的带动下高速流过所述金属工件的表面，或所述金属工件的表面在带有所述研磨抛光液的所述抛光布表面高速运动。相对运动速度与所要求的金属工件的表面微孔密度分布和孔径大小有关。
[0011]基于上述，在所述金属工件进行机械研磨处理的过程中，所述金属工件在所述研磨盘上进行自转，使得所述研磨抛光液在360°范围内依次流过所述金属工件表面上的各缺陷，并受到所述抛光布的挤压，进入各缺陷中的研磨颗粒在对应的缺陷中在360°方向上依次作涡旋运动，并依次磨削对应缺陷的壁面，形成所述微纳米孔；同时，由于各缺陷中的研磨颗粒的排出，从各缺陷中排出的研磨颗粒研磨所述金属工件上相邻的缺陷之间的表面