CN110183971A - 一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液与抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液与抛光方法，该绿色环保混合化学机械抛光液包括氧化剂、pH调节剂、添加剂、去离子水和混合磨料。抛光液是以过氧化氢、磷酸等为主要成分，不含硝酸、硫酸等强腐蚀性物质，混合磨料的主要成分为自制的多边形陶瓷磨粒。所述抛光方法为整体叶轮在配制的绿色环保混合化学机械抛光液中做旋转运动，通过抛光液的化学与物理耦合作用，可极大的消除其表面各部位的刀痕纹路，改善表面光洁度，所述抛光液绿色环保。

Description

一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液与抛光方法

技术领域

本发明涉及一种叶轮的加工方法与超硬材料的抛光液，具体涉及一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液与抛光方法。

背景技术

整体叶轮是航空发动机的关键零件，常在高温、高压、腐蚀气体等恶劣环境条件下工作，这对整体叶轮的材料及其加工质量提出了很高的要求。用于制造叶轮的常用材料有钛合金、镍基合金、FV520B等，这些材料硬度高、耐腐蚀。叶轮常用精加工方法有数控电解、磨料流、五轴精铣、手工抛等，这加工方法的共同缺点是：加工成本高、加工影响因素多、加工精度难以保证、加工周期较长。

本发明提出了一种整体叶轮的化学机械抛光方法，该方法只需要整体叶轮在抛光液中运动即可。但整体叶轮具有尺寸大、型面复杂等特点，传统的化学机械抛光方式不适合。此外，整体叶轮常用材料具有耐腐蚀性，即一般的化学抛光液对其不起作用，而针对该类材料的腐蚀通常需要使用硝酸、硫酸等强酸，但使用这些强酸对环境和操作者均匀较大的危害，为此，本发明提供了一种不含强酸的绿色环保化学抛光液。

发明内容

为实现整体叶轮的高精高效自动抛光，并解决当前普通抛光液难以抛光FV520B等超硬材料叶轮，或抛光液含强酸等危害成分的问题，本发明提供了一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液与抛光方法。

本发明的技术方案如下：

一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液，该绿色环保混合化学机械抛光液包括氧化剂、pH调节剂、添加剂、去离子水和混合磨料；

所述氧化剂为30wt％过氧化氢溶液和/或20wt％过氧乙酸溶液，其在抛光液中含量为250～400ml/L；

所述pH调节剂为谷氨酸晶体和/或85wt％磷酸溶液，调控抛光液的pH为1.5～3.1；

所述添加剂包括三聚磷酸钠晶体，其在抛光液中含量为5～9g/L，还包括月桂酰基谷氨酸晶体，其在抛光液中含量为5～10g/L；

所述磨料包括多边形陶瓷磨粒和碳化硅磨粒，其中碳化硅磨粒粒径为150μm，其在抛光液中的含量为0.45～1.5g/ml；多边形陶瓷磨粒粒径大小为1000～2500μm，其在抛光液中的含量为1.1～3.0g/ml。

一种用绿色环保混合化学机械抛光液的整体叶轮的抛光方法，整体叶轮在绿色环保混合化学机械抛光液中绕自身轴线做旋转运动，通过绿色环保混合化学机械抛光液的化学与物理耦合作用，将其表面各部位的刀痕纹路去除；具体步骤如下：

(1)低速启动整体叶轮，使旋转速度控制在7～15rpm，时间为5～10min；

(2)绿色环保混合化学机械抛光液将整体叶轮完全浸没，然后调节整体叶轮转速，使其高速旋转抛光，旋转速度为110～180rpm，抛光时间为50～80min；抛光结束后，停止整体叶轮运动，并将其取出，用清水冲洗，擦干；检测。

本发明的有益效果：提供了一种整体叶轮的高精高效自动抛光方法，该抛光方法可满足各种尺寸规格的整体叶轮抛光，抛光方式简单，控制容易；此外研制了一种绿色环保混合化学机械抛光液，抛光液不含强酸等危害成分，磨料主要成分为多边形陶瓷磨粒，其切削性能好，去除率高，自修复性能好，成本低。

附图说明

图1为整体叶轮的抛光加工示意图；

图2为整体叶轮叶片上某点处的粗糙度测量曲线；

图中：1盖板；2容器；3整体叶轮；4抛光液；W整体叶轮转速。

具体实施方案

以FV520B材料整体叶轮为例，参照附图，对本发明一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液与抛光方法进行详细说明。

一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液与抛光方法，具体操作步骤如下：

1.使整体叶轮3低速旋转，旋转速度W为9.3rpm，时间6min；

2.向容器2中加入一定量的去离子水；

3.继续向容器2中分别添加：质量分数30wt％的过氧化氢溶液，使之在抛光液中含量为340ml/L；三聚磷酸钠晶体，使之在抛光液中含量为7.3g/L；月桂酰基谷氨酸晶体，使之在抛光液中含量为7.3g/L；

4.缓慢的添加谷氨酸晶体粉末，使抛光液溶液pH为2.3；

5.将粒径为2000μm的多边形陶瓷磨粒，缓慢的添加到容器2中，在抛光液中含量为2.3g/ml；继续添加粒径为150μm的碳化硅，在抛光液中含量为0.5g/ml，形成绿色环保混合化学机械抛光液4，且因保证该抛光液4能够将整体叶轮3完全浸没；

6.用盖板1将容器2密封；

7.提高整体叶轮3的转速W，调整为162rpm。

8.抛光75min后，取出整体叶轮3，用清水冲洗5min，吹干。

9.在选取整体叶轮3叶片上不同的4个点，进行粗糙度测量，该实例中表面粗糙度测量结果为Ra0.8～1.2μm，图2为叶片某点处的粗糙度测量曲线，Ra为0.820μm。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.一种整体叶轮的绿色环保混合化学机械抛光液，其特征在于：该绿色环保混合化学机械抛光液包括氧化剂、pH调节剂、添加剂、去离子水和混合磨料；

所述氧化剂为30wt％过氧化氢溶液和/或20wt％过氧乙酸溶液，其在抛光液中含量为250～400ml/L；

所述pH调节剂为谷氨酸晶体和/或85wt％磷酸溶液，调控抛光液的pH为1.5～3.1；

所述添加剂包括三聚磷酸钠晶体，其在抛光液中含量为5～9g/L，还包括月桂酰基谷氨酸晶体，其在抛光液中含量为5～10g/L；

所述磨料包括多边形陶瓷磨粒和碳化硅磨粒，其中碳化硅磨粒粒径为150μm，其在抛光液中的含量为0.45～1.5g/ml；多边形陶瓷磨粒粒径大小为1000～2500μm，其在抛光液中的含量为1.1～3.0g/ml。

2.一种用绿色环保混合化学机械抛光液的整体叶轮的抛光方法，其特征在于：整体叶轮在绿色环保混合化学机械抛光液中绕自身轴线做旋转运动，通过绿色环保混合化学机械抛光液的化学与物理耦合作用，将其表面各部位的刀痕纹路去除；具体步骤如下：

(1)低速启动整体叶轮，使旋转速度控制在7～15rpm，时间为5～10min；

(2)绿色环保混合化学机械抛光液将整体叶轮完全浸没，然后调节整体叶轮转速，使其高速旋转抛光，旋转速度为110～180rpm，抛光时间为50～80min；抛光结束后，停止整体叶轮运动，并将其取出，用清水冲洗，擦干；检测。