砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方法
【專利摘要】一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方法，包括下列步驟：(1)對(duì)金屬工件表面進(jìn)行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm；金屬工件采用硬質(zhì)合金材料；(2)采用電解氧化裝置，使金屬工件表面獲得2～3μm厚的氧化層；(3)用砂輪按照設(shè)定的工藝參數(shù)在金屬工件表面磨削出設(shè)定的平行溝槽組；砂輪與工件表面的夾角為90°，砂輪轉(zhuǎn)速為2000～3000rpm，進(jìn)給速度為50～100mm/min，磨削深度為4～6μm；每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移15～20μm，再進(jìn)行下一條溝槽的磨削。本發(fā)明加工成型的金屬表面具有特定微結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色，具有更好的疏水性，更強(qiáng)的抗腐蝕能力和更低的流體流動(dòng)阻力。
【專利說明】
砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及金屬表面精加工領(lǐng)域，特別涉及一種用砂輪磨削出基于平面反射光柵 結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為起到裝飾目的，現(xiàn)階段改變金屬外觀顏色需要依靠染料。使用染料染色不但會(huì) 造成環(huán)境污染，而且容易掉色、褪色(特別是遇到某些化學(xué)試劑時(shí)）。可見，研究如何克服染 料染色所存在的上述弊端或不足，具有重大意義。
[0003] 結(jié)構(gòu)色又稱物理色，是一種由光的波長(zhǎng)引發(fā)的光澤，與色素著色無關(guān)，即使遇到化 學(xué)試劑也不會(huì)掉色、褪色。可見，如果能夠在金屬表面加工出能夠呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色的微結(jié)構(gòu)，用 結(jié)構(gòu)色代替色素色來裝飾金屬表面，那么用染料染色帶來的問題就迎刃而解了。因此，有必 要開發(fā)一種能夠在金屬表面加工出微結(jié)構(gòu)，而使該金屬表面呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色的金屬表面精加工 方法。
[0004] 此外，如何更為有效的防止金屬工件的表面腐蝕、降低金屬表面流體的流動(dòng)阻力， 也是目前所面臨的重要課題。有研究發(fā)現(xiàn)，金屬表面的疏水性越強(qiáng)，那么其表面的抗腐蝕能 力也就越強(qiáng)，其表面上的流體所受到的流動(dòng)阻力也會(huì)越低。因此，研發(fā)一種能提高金屬表面 疏水性的金屬表面精加工方法具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有的不銹鋼表面的不具有結(jié)構(gòu)色、疏水性較差、抗腐蝕能力較弱、流動(dòng) 阻力較大的不足，本發(fā)明目的在于提供一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬 表面的方法。用該方法加工成型的金屬表面具有特定微結(jié)構(gòu)，不但能夠像平面反射光柵一 樣呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色，而且相比加工前具有更好的疏水性，從而具有更強(qiáng)的抗腐蝕能力，和更低的 流體流動(dòng)阻力。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方法，包括下列步驟：
[0008] (1)對(duì)金屬工件表面進(jìn)行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm;所述金屬工件的 材質(zhì)為硬質(zhì)合金材料；
[0009] (2)采用電解氧化裝置，對(duì)金屬工件表面進(jìn)行氧化處理，使其表面獲得2~3μπι厚的 氧化層；
[0010] (3)用砂輪按照特定的工藝參數(shù)在金屬工件表面磨削出特定的平行溝槽組；磨削 過程相關(guān)工藝參數(shù)如下：磨削選用規(guī)格為金剛石粒度1000#_8000#，磨粒濃度100 %-150 % 的樹脂結(jié)合劑的砂輪;磨削時(shí)，砂輪與工件表面的夾角為90°，砂輪轉(zhuǎn)速為2000~3000rpm， 進(jìn)給速度為50~100mm/min，磨削深度為4~6μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移 15~20μπι，再進(jìn)行下一條溝槽的磨削。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟（1)中，采用拋光或研磨的方法對(duì)金屬工件表面進(jìn)行平整加工， 使其表面粗糙度不超過40nm;所述金屬工件的材質(zhì)為磨具鋼或軸承鋼。當(dāng)然，也可以是硬質(zhì) 合金材料。
[0012] 再進(jìn)一步，所述步驟(2)中，金屬表面獲得的氧化層厚度為2.5~2.6μπι。
[0013] 更進(jìn)一步，所述步驟(3)中，磨削選用規(guī)格為金剛石粒度5000#，磨粒濃度125%的 樹脂結(jié)合劑的砂輪，磨削時(shí)，砂輪轉(zhuǎn)速為2200~2300rpm，進(jìn)給速度為80~90mm/min，磨削深 度為4.5~5.5μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移17~18μπι，再進(jìn)行下一條溝槽的 磨削。
[0014] 所述平行溝槽組為曲線型溝槽組、環(huán)型溝槽組或直線型溝槽組。
[0015] 所述方法還包括步驟(4)，磨削出與步驟(3)中獲得的直線型溝槽組相交叉的另一 直線型溝槽組，從而獲得交叉溝槽組;磨削過程的工藝參數(shù)與步驟(3)相同。
[0016] 優(yōu)選的，所述交叉溝槽組的交叉角為90°。當(dāng)然，也可以是其他角度。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過采用特定的工藝過程，利用刀具在有色金屬工件表 面磨削出能夠像平面反射光柵一樣呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色的微結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)裝飾目的，健康、環(huán)保，且即 使遇到化學(xué)試劑也不會(huì)掉色、褪色，解決了染料染色所存在的問題，此外，研究還發(fā)現(xiàn)，用本 發(fā)明的方法獲得的金屬表面相比加工前具有更好的疏水性，從而具有更強(qiáng)的抗腐蝕能力， 和更低的流體流動(dòng)阻力。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0019] -種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方法，主要包括以下步 驟：
[0020] (1)對(duì)金屬工件表面進(jìn)行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm;
[0021] (2)采用電解氧化裝置，對(duì)金屬工件表面進(jìn)行氧化處理，使其表面獲得2~3μπι厚的 氧化層；
[0022] (3)用刀具按照特定的工藝參數(shù)在金屬工件表面磨削出特定的平行溝槽組；
[0023] 本發(fā)明方法的加工對(duì)象為硬質(zhì)合金材料(如磨具鋼、軸承鋼等）制成的金屬工件； 本發(fā)明方法的步驟(3)中的磨削相關(guān)工藝參數(shù)如下:磨削過程相關(guān)工藝參數(shù)如下:磨削選用 規(guī)格為金剛石粒度1000#_8000#，磨粒濃度100 %-150 %的樹脂結(jié)合劑的砂輪;磨削時(shí)，砂輪 與工件表面的夾角為90°，砂輪轉(zhuǎn)速為2000~3000rpm，進(jìn)給速度為50~100mm/min，磨削深 度為4~6μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移15~20μπι，再進(jìn)行下一條溝槽的磨 削。
[0024] 用本發(fā)明的方法加工成型的金屬表面具有特定微結(jié)構(gòu)，不但能夠像平面反射光柵 一樣呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色，在光的照射下產(chǎn)生虹彩，而且相比加工前具有更好的疏水性。
[0025] 實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明方法的步驟(1)中，宜采用拋光或研磨的方法對(duì)金屬工件表面進(jìn) 行平整加工，并使其表面的粗糙度不超過40nm;所述金屬工件的材質(zhì)宜選用銅或鋁合金。
[0026] 實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，本發(fā)明方法的步驟(2)中，宜將金屬表面獲得的氧化層厚度控制 在2·5~2·6ym。
[0027] 此外，實(shí)驗(yàn)還表明，所述步驟(3)中，宜將工藝條件控制為:磨削選用規(guī)格為金剛石 粒度5000#，磨粒濃度125 %的樹脂結(jié)合劑的砂輪，磨削時(shí)，砂輪轉(zhuǎn)速為2200~2300rpm，進(jìn)給 速度為80~90mm/min，磨削深度為4.5~5.5μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移17 ~18Μ1，再進(jìn)行下一條溝槽的磨削。各個(gè)參數(shù)也可以選用給定范圍內(nèi)的上下限或其他中間 值。
[0028] 所述平行溝槽組可以為曲線型溝槽組或環(huán)型溝槽組，此時(shí)，工藝操作比較容易，有 利于控制加工成本，從而有利于在產(chǎn)業(yè)上進(jìn)行推廣、應(yīng)用。
[0029] 所述平行溝槽組也可以為直線型溝槽組。進(jìn)一步，所述方法還可以包括步驟(4)， 磨削出與步驟(3)中獲得的直線型溝槽組相交叉的另一直線型溝槽組，從而獲得交叉溝槽 組；磨削過程相關(guān)工藝參數(shù)與步驟(3)相同。所述交叉溝槽組的交叉角（相交叉的兩道溝槽 的夾角)優(yōu)選為90°，也即兩組直線型溝槽組呈90°交叉。實(shí)驗(yàn)表明，交叉溝槽組能夠使得金 屬表面具有相對(duì)更強(qiáng)的疏水性，且還能提供具有更高飽和度的結(jié)構(gòu)色。
[0030] 所述平行溝槽組指的是一組相互平行的溝槽;所述直線型溝槽組指的是構(gòu)成溝槽 組的溝槽看上去為直線;所述曲線型溝槽組指的是構(gòu)成溝槽組的溝槽看上去為曲線;所述 環(huán)型溝槽組指的是構(gòu)成溝槽組的溝槽看上去為封閉曲線，如圓形或橢圓形。
[0031] 下面以用本發(fā)明方法加工磨具鋼為例，對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步說明。
[0032] 步驟(1)中選用的磨具鋼工件，相關(guān)參數(shù)如表1:
[0034]表 1
[0035]步驟(3)中，砂輪磨削參數(shù)如表2:
[0037]表 2
[0038]步驟(3)中，每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移ΙΟμπι，再進(jìn)行下一條溝槽的 磨削。
[0039] 實(shí)驗(yàn)獲得的磨具鋼表面不但能夠呈現(xiàn)高飽和度和高亮度的結(jié)構(gòu)色，產(chǎn)生虹彩，疏 水性也比加工前提高了2.5倍以上。
[0040] 上述對(duì)本申請(qǐng)中涉及的發(fā)明的一般性描述和對(duì)其【具體實(shí)施方式】的描述不應(yīng)理解 為是對(duì)該發(fā)明技術(shù)方案構(gòu)成的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本申請(qǐng)的公開，可以在不違背所 涉及的發(fā)明構(gòu)成要素的前提下，對(duì)上述一般性描述或/和【具體實(shí)施方式】(包括實(shí)施例）中的 公開技術(shù)特征進(jìn)行增加、減少或組合，形成屬于所述發(fā)明的其它的技術(shù)方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方法，其特征在于:包括 下列步驟： (1) 對(duì)金屬工件表面進(jìn)行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm;所述金屬工件的材質(zhì) 為硬質(zhì)合金材料； (2) 采用電解氧化裝置，對(duì)金屬工件表面進(jìn)行氧化處理，使其表面獲得2~3μπι厚的氧化 層； (3) 用砂輪按照特定的工藝參數(shù)在金屬工件表面磨削出特定的平行溝槽組;磨削過程 相關(guān)工藝參數(shù)如下：磨削選用規(guī)格為金剛石粒度1000#-8000#，磨粒濃度100%-150%的樹 脂結(jié)合劑的砂輪;磨削時(shí)，砂輪與工件表面的夾角為90°，砂輪轉(zhuǎn)速為2000~3000rpm，進(jìn)給 速度為50~100mm/min，磨削深度為4~6μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移15~ 20μπι，再進(jìn)行下一條溝槽的磨削。2. 如權(quán)利要求1所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方 法，其特征在于:所述步驟(1)中，采用拋光或研磨的方法對(duì)金屬工件表面進(jìn)行平整加工，使 其表面粗糙度不超過40nm;所述金屬工件的材質(zhì)為磨具鋼或軸承鋼。3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的 方法，其特征在于:所述步驟(2)中，金屬表面獲得的氧化層厚度為2.5~2.6μπι。4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的 方法，其特征在于:所述步驟(3)中，磨削選用規(guī)格為金剛石粒度5000#，磨粒濃度125%的樹 脂結(jié)合劑的砂輪，磨削時(shí)，砂輪轉(zhuǎn)速為2200~2300rpm，進(jìn)給速度為80~90mm/min，磨削深度 為4.5~5.5μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對(duì)工件偏移17~18μπι，再進(jìn)行下一條溝槽的磨 削。5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的 方法，其特征在于:所述平行溝槽組可以為曲線型溝槽組、環(huán)型溝槽組或直線型溝槽組。6. 如權(quán)利要求5所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方 法，其特征在于:所述方法還包括步驟(4)，切削出與步驟(3)中獲得的直線型溝槽組相交叉 的另一直線型溝槽組，從而獲得交叉溝槽組;切削過程的工藝參數(shù)與步驟(3)相同。7. 如權(quán)利要求6所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色金屬表面的方 法，其特征在于:所述交叉溝槽組的交叉角為90°。
【文檔編號(hào)】B44C1/22GK106080001SQ201610446113
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】呂冰海, 邵琦, 鄧乾發(fā), 翁海舟, 戴偉濤, 陳振華, 杭偉
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)