阅读说明：本技术 一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法 (Preparation method of super-smooth surface of FeCrAl material ) 是由 郭江 潘博 俞学雯 高菲 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法,属于精密/超精密加工技术领域。首先,将FeCrAl工件粘粘在圆形载盘上,将研磨垫粘在研磨盘上,再将圆形载盘置于研磨盘上,通过研磨工艺,磨平工件。其次,将其置于粘接有抛光垫的抛光盘上进行粗抛,通过在载盘上添加配重的方式来设置工件的抛光压力,达到去除划痕的目的。最后,将抛光垫更换后进行精抛,达到抑制工件表面的晶间高差的作用。本发明的工艺方法简单,加工得到的工件加工质量高。通过对FeCrAl合金的研磨与抛光,表面粗糙度达到1nm以下,研磨抛光总时间较短,可高效实现FeCrAl合金的超光滑表面加工。(The invention provides a method for preparing an ultra-smooth surface of a FeCrAl material, and belongs to the technical field of precision/ultra-precision machining. Firstly, an FeCrAl workpiece is stuck on a circular carrier disc, a grinding pad is stuck on a grinding disc, the circular carrier disc is placed on the grinding disc, and the workpiece is ground through a grinding process. And secondly, the polishing disc is placed on a polishing disc adhered with a polishing pad for rough polishing, and the polishing pressure of the workpiece is set by adding a balance weight on the carrying disc, so that the aim of removing scratches is fulfilled. And finally, replacing the polishing pad and then performing fine polishing to achieve the effect of inhibiting the inter-crystal height difference on the surface of the workpiece. The process method is simple, and the processed workpiece has high processing quality. By grinding and polishing the FeCrAl alloy, the surface roughness reaches below 1nm, the total grinding and polishing time is short, and the ultra-smooth surface processing of the FeCrAl alloy can be efficiently realized.)

一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法

技术领域

本发明属于精密/超精密加工技术领域，涉及一种合金研磨和抛光的超精密加工方法，特别涉及一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法。

背景技术

FeCrAl合金作为一种耐高温耐腐蚀材料，广泛用于金属涂层和核电应用等领域。由于其固有的耐腐蚀性、抗应力腐蚀开裂性、抗辐射膨胀性和抗高温氧化性，可以作为耐事故燃料包壳、快速裂变反应堆的结构组件，以及聚变反应堆的第一壁和覆盖结构。在作为核级包壳材料使用时，该材料表面致密氧化层防治内部材料进一步氧化，具有极强的抗氧化性。

现有技术大多停留在FeCrAl制备及粗加工上，如专利CN109811116A提出一种耐事故包壳用FeCrAl基合金纳米材料的制备方法。专利CN108393745A提出一种FeCrAl型材打磨方法。其中，专利CN108393745A提供一种FeCrAl三元合金锭型材打磨方法，通过使用角磨机和直柄打磨机以及砂纸对型材表面进行打磨。其他相关研究主要是通过改变Al、Cr的含量，以增强整体材料的抗氧化性及其他性能。但是目前没有对于FeCrAl合金材料超精密加工的研究，对于未来该材料将应用的领域，其表面质量对于材料性能的影响的研究必不可少。

因此作为对现有技术的补充，本发明提出一种可以得到高质量超光滑表面FeCrAl合金的制备方法，能够为该材料未来在相关领域应用作为技术积累。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，能够快速有效地使得FeCrAl合金在微观上的表面粗糙度达到1nm以下的镜面水平.

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，将FeCrAl工件通过石蜡粘在圆形载盘上，再将其置于粘接有研磨/抛光垫的工作台上，通过研磨来磨平工件；配置抛光液，进行抛光以达到去除划痕和抑制晶间高差的作用。所述超光滑表面制备方法包括如下步骤：

第一步，研磨

将切割好的FeCrAl工件通过石蜡间隔均匀地粘在圆形载盘上，将研磨垫粘在研磨盘上，将粘有FeCrAl工件的圆形载盘置于研磨垫上，通过蠕动泵输送研磨液滴落在研磨垫上，研磨盘转速设定为50-100rpm，通过在圆形载盘上添加配重的方式来设置工件的研磨压力为40-80kPa，研磨时间为50-70min。在研磨完成后取出载盘，用清水冲洗工件表面，并用气枪吹干。

所述研磨液为去离子水。

所述研磨垫选取为金刚石固结磨料研磨垫，固结磨料相比于游离磨料具有：去除率高、磨粒利用率高、环境友好等优点。

工件通过石蜡粘结在载盘上，可能会存在粘接导致的工件高度不平的问题，通过研磨这一步骤可将工件磨平，还可以去除工件表面损伤层，可初步降低粗糙度至50-80nm，可为下一步的抛光做好准备。

第二步，配置抛光液

所配置的抛光液包括溶剂、溶质两部分，溶质在去离子水中通过超声混合均匀得到抛光液。溶剂为去离子水，溶质各组份以及其质量分数如下：5-15wt％20nm-100nm硅溶胶，0.01～0.05wt％氧化石墨烯，pH调节剂，通过pH调节剂调节抛光液的pH至中性。

所述氧化石墨烯在水中具有优越的分散性，氧化石墨烯可作为界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量，提高材料的去除率，并提高表面质量。

第三步，粗抛

将抛光垫粘在抛光盘上，将第二步配置好的抛光液通过蠕动泵输送至抛光垫的上方，工作台转速设定为40-70rpm，通过在载盘上添加配重的方式来设置工件的抛光压力为20-40kPa，抛光时间为20-40min。抛光结束后，用清水冲洗工件，气枪吹干，再用无水乙醇擦拭。

所述的抛光垫选用阻尼垫。

通过粗抛，可将工件由于第二步研磨而产生的划痕去除，达到表面无明显划痕的效果，可将FeCrAl工件表面粗糙度降至6-10nm，但是晶间高差明显，晶间高差会影响表面粗糙度。

第四步，精抛

将第三步中的抛光垫由阻尼垫更换为IC1000垫，抛光液选用第二步配置好的抛光液，抛光盘转速设定为40-60rpm，抛光压力为20-40kPa，抛光时间为10-20min。抛光结束后，超声波振动清洗工件，无水乙醇擦拭。

通过精抛可抑制工件表面的晶间高差，使工件表面达到粗糙度小于1nm的镜面水平，实现FeCrAl材料的超光滑表面制备。

本发明的有益效果是：本发明的工艺方法简单，加工得到的工件加工质量高。通过对FeCrAl合金的研磨与抛光，表面粗糙度达到1nm以下，研磨抛光总时间较短，可高效实现FeCrAl合金的超光滑表面加工。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例的显微照片，其中，图(a)为研磨前的显微照片，图(b)为研磨后的显微照片，图(c)为粗抛后的显微照片，图(d)为精抛后的显微照片。

图3为本发明实施例中测得的粗糙度图，其中，图(a)为研磨前粗糙度图，图(b)为研磨后粗糙度图，图(c)为粗抛后粗糙度图，图(d)为精抛后粗糙度图。

具体实施方式

下面结合具体实施方例对本发明进行进一步的说明。

一种FeCrAl材料的超光滑表面制备方法，包括以下步骤：

第一步，研磨

将FeCrAl合金加工样件尺寸为15×15mm，通过石蜡将工件均匀粘在Φ100mm的圆形载盘上。测得FeCrAl工件表面粗糙度为Sa 320.45nm。

将金刚石固结磨料研磨垫粘在研磨盘上，蠕动泵输送去离子水滴落在研磨垫上，其中，研磨液为去离子水；将粘有FeCrAl合金工件的载盘置于研磨垫上，在载盘上添加配重来施加压力为60kPa，转速设置为70rpm，研磨时间为50min。研磨后FeCrAl工件表面粗糙度为Sa50.96nm。

研磨完毕后，取出载盘，用清水冲洗FeCrAl合金工件，再用气枪吹干。

第二步，配置抛光液

将5wt％硅溶胶和去离子水混合搅拌均匀，加入柠檬酸将溶液pH从碱性调至6，再加入0.02wt％的氧化石墨烯，搅拌并用超声混合20min。

第三步，粗抛

将阻尼垫粘在抛光盘上，将配置好的抛光液通过蠕动泵滴落在抛光垫上，抛光压力设置为25kPa，转速设置为40rpm，抛光时间为30min。粗抛后FeCrAl工件表面粗糙度达到Sa6.23nm。

第四步，精抛

将阻尼垫更换为IC1000垫，转速和压力设置不变，抛光时间为20min。抛光完毕后，将合金工件用超声波振动清洗，95％的乙醇擦拭。精抛后，FeCrAl工件表面粗糙度为Sa0.98nm。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。