本发明专利技术公开了一种金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工方法，该方法首先采用射频振荡产生等离子体磁流体通道，对待抛光加工的金属表面凸起部位进行脉冲放电，产生的等离子弧经过磁流体通道后，得到强度和密度增强的等离子弧，该增强等离子弧对金属表面凸起部位进行轰击，使该部位形成阳极斑点后蒸发去除，并通过放电极性的调节实现去除凸起的光亮化，实现该位置的抛光加工。本发明专利技术方法解决了常规金属表面抛光方法的加工效率低、易产生加工应力和表层损伤等问题。能够在大气压下进行，可实现粗抛、细抛和精抛，不需要在金属抛光表面涂上任何研磨液和化学反应物，精密化抛光后形成的表面粗糙度小，可达到Ra0.2μm。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非接触法金属表面加工
，具体涉及一种大型复杂金属表面等 离子体与脉冲放电复合的抛光加工方法，用于大气压条件下对金属表面精密抛光和加工。
技术介绍
金属材料表面抛光，分为接触式和非接触式。接触式抛光以人工手动直接研磨抛 光和加工磨削抛光为主，这些传统的机械抛光加工方法连同后来发展的机械-化学复合抛 光、金刚石超精密切削抛光等都存在传统接触式抛光加工的各种缺陷，不可避免的造成材 料表面组织的破坏，形成微裂纹，破坏材料晶格完整性，影响材料的表面质量。想得到较好 的无损高质量材料表面，还需要在加工原理上做出变化。 非接触式抛光能很好地解决金属材料表面的晶格完整性问题。其方法以电解抛 光、电火花抛光为主。传统电解抛光方法或采取低电压方法，或以高浓度电解液来进行，均 使用高浓度价格昂贵且有毒的溶液，抛光前必须花相当的时间先对待抛制品除脂、蚀刻、冲 洗等处理。抛光时间过长，需要相当大的电力与劳动力，对整个生产力与效能有负面的影 响。另外，高浓度的电解液处理不易，很容易对环境造成危害。抛光过程中还需要配置专门 的搅动装置以防止抛光电解液浓度不均匀，需要设置特定的抛光废弃物排出机构。抛光电 解液体要预热到一定的温度，并保持在一个恒定的温度下才能进行，抛光后还要再次清洗 抛光表面。另外抛光中阴极损耗大，抛光时要不断地有匹配装置提供足够的电解液，防止局 部因为缺乏电解液而产生震耳的氢爆声，不仅污染环境，综合成本也高。 金属的电火花抛光是利用脉冲放电，使待抛光表面的不平整部份得到整平。脉冲 放电的结果，使高出的部份熔解，而凹下的部份被熔解的金属填平的抛光加工方法。但此工 艺一般要求电极离工件非常接近，需要在一定的电解介质中进行，有时需要根据材料的表 面形状制作专门的电极，抛光过程中放电间隙非常小，抛光和加工范围有限，效率极低。阳 极上又经常形成不导电的脆性氢氧化物薄膜，会使阳极钝化并且覆盖在整个加工表面上， 造成阳极的腐蚀速度随时间按指数规律下降，生产效率大大降低。此外电极经常有损耗，需 要制作新电极。此抛光工艺一般比较耗时，成本高，而且对环境有污染等缺陷。 90年代初出现了一些新的非接触式的加工装置，如离子束抛光、电子束抛光等，依 靠物理方法从放电电极一侧发射离子束或者电子束到工件表面进行抛光，以及近年来的热 门研究工艺如等离子体化学辅助抛光方法在精密光学器件上的应用，以上抛光加工方法都 是以原子或分子级别去除材料，使表面加工质量上升到新高度。但是这些技术需要的环境 支持（需高真空）及过低的加工效率、设备价格昂贵，会产生有害的放射物和有毒反应气体 等也限制了自身的使用范围。
技术实现思路
本专利技术提供一种大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合的抛光加工方法，目 的在于提高加工效率，并降低加工成本。不会对金属的表层组织有影响，不存在表面晶格破 坏、变质层、残余应力和应力集中等问题。 本专利技术提供一种大型金属表面等离子体与脉冲放电复合的抛光加工方法，该方法 包括下述步骤： (1)利用脉冲放电电极对需要抛光加工的金属表面凸起部位进行脉冲放电，并在 所述脉冲放电电极一侧通入等离子体发生气体； (2)使脉冲放电产生的等离子弧经过由射频振荡产生的等离子体磁流体导电通 道，得到强度和密度都增强的等离子弧，所述增强的等离子弧对金属表面凸起部位进行轰 击，使该金属表面凸起部位形成阳极斑点后蒸发去除； ⑶改变产生所述脉冲放电的电源的极性，使凸起已经被去除的表面实现光亮化， 实现该位置的抛光； 在凸起去除和抛光过程中收集废弃物，并排出废弃气体； (4)对下一个凸起部位重复上述步骤（1)、（2)、（3)，实现对大型金属表面的抛光 和加工。 作为上述技术方案的改进，第（1)步中，所述等离子体发生气体的流量为0.2? 20. OL/s ;所述混合气体中等离子体发生气体和化学反应气体按体积比为3:1?200:1，混 合气体的流量为〇. 5?50. OL/s。 作为上述技术方案的进一步改进，所述脉冲放电电极的针尖与金属材料抛光物表 面间距为5謹?30Ctam。 作为上述技术方案的再进一步改进，所述射频振荡是利用射频电源和螺旋线圈产 生等离子体磁流体导电通道。 作为上述技术方案的再进一步改进，向已经形成的放电电弧中施加0. 02mT? 〇. 5T特斯拉的电磁力，实现电弧的牵引。 作为上述技术方案的更进一步改进，所述增强的等离子弧形成一个锥角小于等于 50°的圆锥体形放电区。 本专利技术克服了之前的离子束抛光、电子束、等离子体化学辅助抛光方法的不足，提 供一种大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合的抛光加工方法，可以进行快速、高效 和成本低廉的抛光。本专利技术方法仅仅使用常见的反应气体和一个射频电源、高压直流脉冲 电源和控制装置，不需要其他的消耗设备。具体而言，本专利技术具有以下特点： (1)本专利技术利用的是金属抛光材料凸起部位的阳极斑点效应对其进行去除，加工 过程是放电电弧等离子体与金属表面凸点的接触，不会对金属的其它表层组织有影响，不 存在表面晶格破坏、变质层、残余应力、应力集中等问题。 (2)本专利技术克服了传统电解抛光方法的不足，不需要在金属抛光表面涂上任何研 磨液和化学反应抛光液，无电极的损耗问题。本专利技术加工效率高，无需对待抛制品抛光前的 除脂、蚀刻、冲洗等前置处理，能直接抛光，避免因需预先表面处理，增加生产过程，造成不 便及浪费，还能避免环境污染等问题。 (3)本专利技术克服电火花抛光方法的不足，可在大气压下产生大规模、高能量密度的 等离子体，不需要特制的电极，放电间隙大小可以调节，等离子体流是大面积地轰击金属材 料表面凸点，加工和抛光效率高。加工后的产物为气化后的金属蒸气，可以进行抛光废弃物 和气体收集，不会对环境造成污染。 (4)本专利技术方法可实现高精度抛光，并可根据抛光表面的抛光效果需要选择特定 的脉冲放电参数，实现粗抛、细抛和精抛，不需要在金属抛光表面涂上任何研磨液和化学反 应物，金属的精密化抛光后形成的表面粗糙度小，可达到RaO. 2 μ m。 【附图说明】 图1是本专利技术加工方法的单个放电电弧通道的加工和抛光的原理图。 图2是本专利技术加工方法的实施工艺步骤图。 图3是本专利技术加工方法的装置整体结构示意图。 图4是本专利技术加工方法的等离子炬整体结构装配图。 图5是本专利技术加工方法的电磁振荡加载俯视图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于 这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述 的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 本专利技术的理论依据是：高压直流脉冲电源实现放电电极和金属材料表面凸点之间 的脉冲放电。在这个脉冲放电通道内，利用射频电源、匹配器和螺旋线圈的射频电磁振荡作 用，产生等离子体磁流体导电通道，用以延长放电电极和被加工工件表面凸点的电弧放电 加工距离，增加放电电弧稳定性和产生高能量密度的等离子弧，实现放电电极与金属被加 工工件表面对应凸点长距离的自动寻的高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大型金属表面等离子体与脉冲放电复合的抛光加工方法，该方法包括下述步骤：(1)利用脉冲放电电极对待抛光加工的金属表面凸起部位进行脉冲放电，并在所述脉冲放电电极一侧通入等离子体发生气体；(2)使脉冲放电产生的等离子弧经过由射频振荡产生的等离子体磁流体导电通道，得到强度和密度都增强的等离子弧；所述增强的等离子弧对金属表面凸起部位进行轰击，使该金属表面凸起部位形成阳极斑点，使凸起去除；(3)改变产生所述脉冲放电的电源的极性，使凸起已经被去除的表面实现光亮化，实现该位置的抛光；在凸起去除和抛光过程中收集废弃物，并排出废弃气体；(4)对下一个凸起部位重复上述步骤(1)、(2)、(3)，实现对大型金属表面的抛光和加工。
【技术特征摘要】
1. 一种大型金属表面等离子体与脉冲放电复合的抛光加工方法，该方法包括下述步 骤： (1) 利用脉冲放电电极对待抛光加工的金属表面凸起部位进行脉冲放电，并在所述脉 冲放电电极一侧通入等离子体发生气体； (2) 使脉冲放电产生的等离子弧经过由射频振荡产生的等离子体磁流体导电通道，得 到强度和密度都增强的等离子弧；所述增强的等离子弧对金属表面凸起部位进行轰击，使 该金属表面凸起部位形成阳极斑点，使凸起去除； (3) 改变产生所述脉冲放电的电源的极性，使凸起已经被去除的表面实现光亮化，实现 该位置的抛光； 在凸起去除和抛光过程中收集废弃物，并排出废弃气体； (4) 对下一个凸起部位重复上述步骤（1)、（2)、（3)，实现对大型金属表面的抛光和加 工。2. 根据权利要求1所述的大型金属表面等离子体与脉冲放电复合的抛光加工方法， 其特征在于，第1步中，所述等离子体发生气体的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，戴伟，黄齐文，赵航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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