一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液制造技术

本发明专利技术公开了一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，包括以下重量份原料：0.01～40wt％的研磨颗粒、0.01～10wt％的金属氧化剂和0.01～10wt％的金属络合剂，其余组分为去离子水和pH值调节剂，抛光液的pH值为2～10；研磨颗粒包括金刚石材料和/或金属氧化物。本发明专利技术公开的用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，可以通过调整氧化剂浓度和pH值对镍基单晶高温合金不同晶面的各向异性进行等速去除，并且使得镍基单晶高温合金获得亚纳米级表面粗糙度和趋近于零的亚表面损伤。伤。伤。

【技术实现步骤摘要】
一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液


[0001]本专利技术属于金属表面处理
，具体涉及到一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液。

技术介绍

[0002]航空发动机涡轮叶片榫齿连接部位的核心工作面主要为高温合金材料组成的复杂曲面，其精度和表面完整性(表面粗糙度和缺陷等)直接决定了产品的性能、质量和可靠性。然而，镍基单晶合金材料多元两相、不同尺度下各向异性等难加工特征，以及超精密复杂曲面、超高精度、跨尺度等几何特征和加工要求，均对加工表面的损伤、内应力、均匀性以及表面质量等控制带来挑战。然而，当前航空发动机涡轮叶片精密磨削加工主要依靠机械刻划实现材料去除，镍基单晶合金的各向异性难加工特性对材料一致可控去除的影响更加明显，制约着复杂曲面加工精度的进一步提升，导致榫连接件非光滑接触界面的局部接触应力集中，严重影响疲劳寿命。因此，为了提升航空发动机涡轮叶片的使役性能，亟需开展镍基单晶合金复杂曲面超精密低损伤制造的超光滑抛光基础研究，实现合金表面纳米级精度材料可控去除，从而获得高性能叶片榫齿表面/界面。
[0003]然而，目前航空发动机单晶涡轮叶片榫齿复杂曲面磨削加工主要依赖于磨粒对工件表面凸起处的机械研磨作用来实现材料去除，因此榫齿加工表面的残余机械损伤(如塑性变形层甚至微裂纹等)难以避免。上述技术存在如下不足之处：
[0004]1.磨削加工的本质仍然为纯机械去除，难以实现高的表面质量；
[0005]2.磨削加工会导致工件表面产生残余机械损伤，例如晶格畸变、塑性变形、微裂纹等；
[0006]3.对于航空发动机涡轮叶片榫槽榫齿这种复杂曲面以及DD6的各向异性特征，单一的平面化学机械抛光无法保证不同方向的去除速率和表面粗糙度一致。
[0007]如上所述，当多元两相镍基单晶合金表面制造精度由亚微米向纳米级发展时，亟需开展相关加工技术去除机理的基础研究，揭示制造过程中镍基单晶合金材料的原子层状去除机制，构建表面微观可控去除的量化模型，为超精密低损伤表面制造工艺与装备的研发提供理论指导。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，可以克服现有磨削、铣削等加工方法所获得的表面平整度和完整性不高，并且会带来的一些残余机械损伤的问题，还可以解决镍基单晶高温合金(DD6)由于各向异性特征造成的不同晶面去除速率不同的问题。
[0009]为达上述目的，本专利技术提供了一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，包括以下重量份原料：0.01～40wt％的研磨颗粒、0.01～10wt％的金属氧化剂和0.01～10wt％的金属络合剂，其余组分为去离子水和pH值调节剂，抛光液的pH值为2～10；
[0010]研磨颗粒包括金刚石材料和/或金属氧化物。
[0011]进一步地，金刚石材料包括单晶金刚石和/或聚晶金刚石，金刚石材料的粒径为50～200nm。
[0012]进一步地，金属氧化物包括三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、氧化锌、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、煅制二氧化硅和胶体二氧化硅中的一种或多种，金属氧化物的粒径为10～200nm。
[0013]进一步地，研磨颗粒为粒径为10～200nm的胶体二氧化硅。
[0014]进一步地，金属氧化剂包括过氧化氢、过氧化钠、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过碳酸钠、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、单过硫酸氢钾、单过硫酸氢铵、次氯酸钠、次溴酸钾、次碘酸钾、亚硝酸钾、亚氯酸钠、硝酸铁、氯酸钠、溴酸钠、溴酸铵、碘酸钾、高硼酸、高氯酸、高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸钾、高氯酸镁、高溴酸、高碘酸、高碘酸钾、高锰酸钾、高铁酸钠、高铁酸钾、高铼酸钠、重铬酸钠、重铬酸钾、重铬酸钙、重铬酸铵和铁氰化钾中的一种或多种溶液。
[0015]进一步地，金属氧化剂为质量分数为20～40％的过氧化氢溶液。
[0016]进一步地，金属络合剂为二水合草酸。
[0017]进一步地，pH调节剂包括无机酸、有机酸、氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐中的一种或多种。
[0018]进一步地，无机酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、硼酸或硅酸，有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸或癸酸。优选为硝酸。
[0019]进一步地，氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵或氢氧化钡，碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾，碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。优选为氢氧化钾。
[0020]综上所述，本专利技术具有以下优点：
[0021]1、本专利技术提供的用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，可以实现镍基单晶高温合金DD6的不同晶面的高效等速平坦化，获得纳米级的表面粗糙度和趋近于零的亚表面损伤，对于DD6加工方法提供关键性技术。
[0022]2、本专利技术通过添加了合适的金属氧化剂和金属络合剂，以及对抛光液进行合适的pH调节，可以实现对镍基单晶高温合金DD6纳米级表面粗糙度亚表面基底的加工损伤趋近于零的效果，远优于铣削、磨削等纯机械加工方法。
[0023]3、本专利技术通过对DD6典型晶面(100)、(110)、(111)进行不同氧化剂浓度和不同pH值的实验，得到不同晶面等速去除的最佳工艺，即可以解决镍基单晶高温合金DD6的各向异性特征带来的不同晶面去除速率不同的问题。
附图说明
[0024]图1为对轴承钢表面进行化学机械抛光的示意图；
[0025]图2为实施例10抛光液对镍基单晶高温合金DD6表面进行抛光后的镍基单晶高温合金DD6的表面形貌图；
[0026]图3为实施例10抛光液对镍基单晶高温合金DD6表面进行抛光后的镍基单晶高温合金DD6与未抛光过的镍基单晶高温合金DD6对比；
[0027]图4为实施例4抛光液对镍基单晶高温合金DD6表面进行抛光后的镍基单晶高温合
金DD6横截面高分辨透射电子显微镜图。
具体实施方式
[0028]以下结合实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0029]实施例
[0030]本专利技术提供了一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，包括以下重量份组分：0.01～40wt％的研磨颗粒、0.01～10wt％的金属氧化剂、0.01～2wt％的复配金属缓蚀剂，其余组分为去离子水，以及少量pH值调节剂；pH值调节剂用于调节抛光液的pH值为2～10，wt％表示质量百分比。
[0031]本专利技术中的研磨颗粒包括单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、氧化锌、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、煅制二氧化硅和胶体二氧化硅中的一种或多种。
[0032]当研磨颗粒为胶体二氧化硅时，其粒径为10～200nm，胶体二氧化硅的含量较佳的质量百分比为0.01本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，其特征在于，包括以下重量份原料：0.01～40wt％的研磨颗粒、0.01～10wt％的金属氧化剂和0.01～10wt％的金属络合剂，其余组分为去离子水和pH值调节剂，所述抛光液的pH值为2～10；所述研磨颗粒包括金刚石材料和/或金属氧化物。2.如权利要求1所述的用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，其特征在于，所述金刚石材料包括单晶金刚石和/或聚晶金刚石，所述金刚石材料的粒径为50～200nm。3.如权利要求1所述的用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，其特征在于，所述金属氧化物包括三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、氧化锌、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、煅制二氧化硅和胶体二氧化硅中的一种或多种，所述金属氧化物的粒径为10～200nm。4.如权利要求1或3所述的用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为粒径为10～200nm的胶体二氧化硅。5.如权利要求1所述的用于镍基单晶高温合金各向异性等速去除的抛光液，其特征在于，所述金属氧化剂包括过氧化氢、过氧化钠、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过碳酸钠、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、单过硫酸氢钾、单过硫酸氢铵、次氯酸钠、次...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，魏鑫，陈香，石炜，钱林茂，程力，刘阳钦，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：