一种用于非晶合金的抛光蜡及其制备方法、以及一种非晶合金的抛光方法

摘要

本发明提供一种用于非晶合金的抛光蜡及其制备方法，所述抛光蜡包括：磨料、脂肪酸、蜡类以及添加剂，其中，所述磨料由主磨料和辅助磨料组成，主磨料选自氧化锆、氧化铬中的至少一种，辅助磨料选自碳化硅、碳化硼以及氮化硼中的至少一种，以抛光蜡的总重量计，所述主磨料的含量为15wt％-35wt％，所述辅助磨料的含量为4wt％-10wt％，另外，本发明还涉及一种非晶合金的抛光方法，采用如上所述的抛光蜡对非晶合金进行机械抛光。本发明所提供的用于非晶合金的抛光蜡采用复配磨料，可以显著增强抛光蜡的研磨切削能力，提高抛光效率，采用其进行抛光后的非晶合金样品的表面粗糙度Ra小于0.3μm。

说明书

技术领域

本发明涉及非晶合金的表面处理领域，具体地说，涉及一种用于非晶合金的抛光蜡以及一种非晶合金的抛光方法。

背景技术

非晶合金是组成原子呈长程无序、短程有序的一类新型合金材料。由于其独特的微观结构，因而具有比常规晶态金属材料优异的力学、物理和化学等性能。其中，锆基非晶合金由于具备良好的非晶形成能力、力学性能以及热稳定性而备受人们关注。

抛光处理素有“工业产品美容师”之称，抛光是通过对金属或非金属材料进行表面磨削处理，降低被抛光材料表面的粗糙度，提高光泽度，进而使材料具有良好的外观质量。抛光处理的过程需要采用抛光材料，其中，抛光蜡、抛光剂是主要的抛光材料，抛光剂通常由磨料、脂肪酸、溶剂及添加剂等组成，由于溶剂中较多含有丙二醇二甲醚等有害溶剂，存在产品质量不稳定、对环境污染等缺点。抛光蜡通常由磨料、脂肪酸、蜡类以及添加剂等组成，目前，针对金属材料抛光的抛光蜡中的磨料成分主要是氧化铝、氧化铁、氧化铈等。然而，由于非晶合金本身的高硬度的特点(尤其是锆基非晶合金具有非常高的硬度)；因而，采用上述现有的用于普通金属材料抛光的抛光蜡由于其中磨料的硬度和机械强度不够好，对非晶合金的磨削作用差，抛光效率低；并且，现有的抛光蜡通常采用单组分的磨料，难以根据待抛光非晶合金产品的需要对抛光蜡中磨料的组分和硬度进行调节，可操作性差。

中国公开号为CN101538447的专利申请公开了一种用于金属或非金属表面抛光的环保高效复合抛光蜡及其生产方法。该复合抛光蜡的配料包括下述重量比原料：硬脂酸65-75；氧化铬抛光粉8-12；石蜡10-25；羊毛脂2-3.5。其方法是将配方量的石蜡和硬脂酸投入搪瓷器皿里，加热至90-120℃，待石蜡熔解后，加入氧化铬抛光粉，搅拌均匀，在搅拌条件下再加入羊毛脂于110±5℃条件下进行化学改性复合反应，反应时间为2±0.5h，反应后出料灌浆流向预制模具中，将模具导入水槽冷却，凝固后成块状产品。产品中不含有害溶剂，制作安全、方便，节约能耗，无环境污染，适用于多种抛光方式。然而，这种抛光蜡采用氧化铬抛光粉作为磨料，也存在对非晶合金的磨削作用差，抛光效率低的缺点；并且由于单独采用氧化铬抛光粉作为磨料，难以根据非晶合金的种类对抛光蜡的硬度进行调节，可操作性差。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的抛光蜡对非晶合金的磨削作用差、抛光效果差、抛光效率低，并且抛光蜡的硬度调节不便、操作性差的技术问题。

本发明提供了一种用于非晶合金的抛光蜡，包含：磨料、脂肪酸、蜡类，其中：所述磨料由主磨料和辅助磨料组成，主磨料选自氧化锆、氧化铬中的至少一种，辅助磨料选自碳化硅、碳化硼以及氮化硼中的至少一种，以抛光蜡的总重量计，所述主磨料的含量为15wt％-35wt％，所述辅助磨料的含量为4wt％-10wt％。

优选地，所述抛光蜡还包含添加剂，所述添加剂选自醇胺类溶剂，以抛光蜡的总重量计，所述脂肪酸的含量25wt％-40wt％，所述蜡类的含量为10wt％-25wt％，所述添加剂的含量为8wt％-15wt％。

优选地，以抛光蜡的总重量计，所述主磨料的含量为20wt％-35wt％，所述辅助磨料的含量为6wt％-10wt％，所述脂肪酸的含量为30wt％-40wt％，所述蜡类的含量为10wt％-20wt％，所述添加剂的含量为8wt％-10wt％。

优选地，所述主磨料的平均粒径为10-24μm；所述辅助磨料的平均粒径为30-50μm。

优选地，所述磨料至少包含氧化铬和碳化硼。

优选地，所述主磨料与辅助磨料的重量比为(2-5)∶1。

优选地，所述脂肪酸选自硬脂酸、软脂酸以及油酸中的至少一种。

优选地，所述蜡类选自微晶蜡、日本木腊中的至少一种。

优选地，所述添加剂选自三乙醇胺、三异丙醇胺中的至少一种。

本发明还提供了一种用于非晶合金的抛光蜡的制备方法，包括下述步骤：将配方量的脂肪酸和蜡类加入容器内，加热溶解后，再加入配方量的磨料搅拌均匀，制得如上所述的抛光蜡。

本发明进一步提供了一种非晶合金的抛光方法，采用如上所述的抛光蜡对非晶合金进行机械抛光。

本发明所提供抛光蜡采用复配磨料，通过在主磨料中添加高强度、高硬度的辅助磨料，可以显著增强抛光蜡的研磨切削能力，提高抛光效率，适用于非晶合金的抛光；并且，可根据不同种非晶合金的抛光需要，调节复配磨料中主磨料以及辅助磨料的配比，可操作性强；试验数据表明：采用本发明的抛光蜡进行抛光后的非晶合金样品具有良好的表面抛光效果，其表面粗糙度Ra小于0.3μm，表面光洁度高。

具体实施方式

本发明所提供的抛光蜡，尤其适用于硬度较高的非晶合金的抛光，包含：磨料、脂肪酸、蜡类，优选地还包含添加剂。

所述磨料由主磨料和辅助磨料组成：

1、主磨料：选自氧化锆、氧化铬中的至少一种。

2、辅助磨料：选自碳化硅、碳化硼及氮化硼中的至少一种。

其中，主磨料为磨料的主体成分，作为主磨料的氧化铬和氧化锆为常见的金属抛光用磨料；碳化硅、碳化硼、氮化硼作为辅助用磨料，具有高强度、高硬度的特点，主要起到增强磨削的功能，辅助磨料与主磨料同时使用，可以增强磨料的切削、研磨能力，各种磨料成分的具体性能详述如下：

氧化锆(分子式ZrO₂)的莫氏硬度7.5，其磨损率随施加载荷的增加反而减小，耐磨损性能优于氧化铝，通过在氧化锆中加入具有高硬度的辅助磨料，能够获得具有高硬度和高耐磨损性的磨料体系。

氧化铬(分子式CrO₃)的硬度高，磨削力强，晶体氧化铬的莫氏硬度为9，氧化铬的颗粒圆滑，不易产生划痕，并且，粒度分布范围窄，研磨后产品表面质量好，因而，在本发明中，主磨料优选氧化铬。

碳化硅(分子式SiC)的化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，作为磨料具有较好的研磨性能。常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体，一种是绿碳化硅，以石油焦和优质硅石为主要原料，添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成，含SiC 97％以上，莫氏硬度为9.3，硬度高于刚玉，仅次于金刚石、碳化硼和氮化硼，适用于研磨硬质合金材料。另一种是黑碳化硅，有金属光泽，是以石英砂，石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成，含SiC 95％以上，强度比绿碳化硅大，但硬度较低，主要用于磨铸铁和非金属材料，在本发明中，采用的是绿碳化硅。

碳化硼(分子式B₄C)是一种高硬度耐磨的硼化物，与酸碱不起反应，耐高、低温，熔点为2450℃，耐高压、耐磨，抗弯强度≥400Mpa，其莫氏硬度为9.36，是氧化铝的2.5倍，比碳化硅的硬度稍高，作为抛光磨料，可以替代价格昂贵的金刚石，由于上述优良性能，本发明的辅助磨料优选含有碳化硼。

氮化硼(分子式BN)是由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6％的硼和56.4％的氮，呈石墨型结构或金刚型结构，石墨型氮化硼在高温、高压下可转变为金刚型氮化硼，金刚型氮化硼密度和金刚石相近，硬度和金刚石不相上下，莫氏硬度为9.8，耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材料，因而适于非晶合金等硬质材料的抛光，当抛光较高硬度的非晶合金时，优选辅助磨料中不仅还有碳化硼，还含有氮化硼。

本领域的技术人员知道，磨料的重要性能是它的硬度，它必须比待抛光产品更硬，磨料的另一重要性能是韧性和体积强度，通常通过改变磨料中原料的组成、混合量、纯度、粒度和晶体结构等来控制磨料的性能，以适合于各种应用；另外，由于现有的非晶合金的种类较多，主要包括锆基非晶合金、铁基非晶合金、稀土基非晶合金、铜基非晶合金等，硬度也各有不同，因而更需要具体调节主磨料与辅助磨料的添加量以及重量比，以符合更好的抛光需要。首先、对主磨料和辅助磨料的添加量的要求，在抛光蜡体系中，主磨料和辅助磨料的含量太低，则硬度较小，抛光力减小，抛光速率也会下降；如果主磨料和辅助磨料的含量过高，抛光力增大，抛光速率也会加快，但是如果硬度过大，会对待抛光产品形成磨蚀，因而优选情况下，以抛光蜡的总重量计，所述主磨料的含量为15wt％-35wt％，所述辅助磨料的含量为4wt％-10wt％；其次、还可以根据待抛光非晶合金产品的抛光需要，通过对主磨料与辅助磨料的配比进行调节，来控制整体磨料的硬度，尽管少量的添加辅助磨料即可有效提高磨料体系的硬度，但优选情况下，所述主磨料与辅助磨料的重量比为(1.5-8.75)∶1，更优选所述主磨料与辅助磨料的重量比为(2-5)∶1；另外，采用粒度分布均匀的磨料，抛光后的产品表观质量更佳，对于主磨料的平均粒度要求为10-24μm；对于辅助磨料的平均粒度要求为30-50μm。

由上可知，本发明的用于非晶合金的抛光蜡，采用复配磨料，通过在常用的主磨料(氧化锆和/或氧化铬)中添加辅助磨料(碳化硅、碳化硼、氮化硼中的至少一种)，由于碳化硅、碳化硼、氮化硼具有高强度和高硬度，因而，能够显著增强抛光蜡的研磨抛光效果，同时提高抛光效率，并且，通过调节辅助磨料与主磨料的添加量和添加比例，可以适用于不同高硬度要求的非晶合金。

所述脂肪酸选自硬脂酸、软脂酸以及油酸中的至少一种，优选硬脂酸；脂肪酸作为抛光蜡的主要支撑，起到使抛光蜡固化成形的作用，以抛光蜡的总重量计，所述脂肪酸的含量为25wt％-40wt％，其制备和使用为本领域的技术人员所公知。

所述蜡类选自微晶蜡、日本木腊中的至少一种，优选日本木腊、或者微晶蜡和日本木蜡的组合蜡；微晶蜡和日本木腊作为抛光蜡的辅助成分，可以增强抛光蜡的润滑细腻感，有助于抛光蜡的成型，防止开裂，并能够提高被抛光产品表面的光洁度，以抛光蜡的总重量计，所述蜡类的含量为10wt％-25wt％。具体来说，微晶蜡主要成分为高碳(≥31)正构烷烃、异构烷烃及少量的环烷烃，此外还含有许多带长支链及环状的饱和性碳氢化合物，因而与通常采用的石蜡相比，具有较高的熔点、较好的韧性和延展性，并且，微晶蜡有很好的吸油性能，可和多种溶剂、油脂形成稳定、均匀的膏体，当与液体油脂混合时，具有防止油份分离及析出的特性，因而在本发明抛光蜡的体系中，添加微晶蜡在一定程度上，能够防止脂肪酸和磨料的分离；另外，其对被抛光表面有细化作用，能显著增强被抛光产品表面的光洁度。而日本木腊的主要成分是棕榈酸甘油酯，属于高级脂肪酸甘油酯的范畴，能够提升被抛光产品的光泽性和透明性，并且，与合成木蜡、石蜡相比，日本木腊更能使最终形成的抛光蜡具有适当的粘度与硬度。

所述添加剂选自醇胺类溶剂，优选三乙醇胺、三异丙醇胺中的至少一种；所述醇胺类溶剂作为添加剂的主要作用是增强磨料和有机成分的互溶，保证抛光蜡成分的均匀性，同时可作为增亮剂，提高产品的表面光洁度，以抛光蜡的总重量计，所述添加剂的含量为8wt％-15wt％。

为了使抛光蜡具有更佳的成形效果及抛光效果，更优选的情况下，所述主磨料的含量为20wt％-35wt％，所述辅助磨料的含量为6wt％-10wt％，所述脂肪酸的含量为30wt％-40wt％，所述蜡类的含量为10wt％-20wt％，所述添加剂的含量为8wt％-10wt％。

本发明用于非晶合金的抛光蜡的制备方法与现有的方法相似，包括下述步骤：将配方量的脂肪酸、蜡类加入容器内，加热至溶解后，再加入配方量的磨料搅拌均匀，保温反应一段时间，制得如上所述的抛光蜡。另外，加入脂肪酸、蜡类的同时可加入添加剂，添加剂的加入能够有效促进脂肪酸与蜡类的互溶。

本发明还提供了一种非晶合金的抛光方法，采用上述的抛光蜡对非晶合金进行机械抛光，其中，机械抛光为本领域所公知的各种机械抛光方法，如砂带机抛光、布轮抛光，在本发明中，可采用抛光机在700-800转的情况下对待抛光非晶合金产品进行粗抛，然后采用砂带机(东莞钜铧机械制造公司生产)在线速度20-35m/s的情况下对待抛光非晶合金产品进行精抛至粗糙度Ra0.1-0.3μm，然后用布轮出光。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的具体描述。

实施例1

1)备料：分别准备如下重量百分比的原料：氧化锆27％，碳化硼10％，硬脂酸35％，微晶蜡20％，三乙醇胺8％；其中，磨料的粒度要求为：氧化锆15μm、碳化硼40μm；

2)混料：将硬脂酸、微晶蜡和三乙醇胺加入容器内，加热至120℃溶解后再加入氧化锆、碳化硼，并搅拌均匀，保温1小时后，制得抛光蜡A1；

3)抛光：将锆基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度20m/s的情况下，采用抛光蜡A1对非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的非晶合金B1。

实施例2

1)备料：分别准备如下重量百分比的原料：氧化铬28％，碳化硼8％，硬脂酸40％，微晶蜡7％，日本木腊8％，三乙醇胺9％；其中，磨料的粒度要求为氧化铬：20μm、碳化硼：35μm；

2)混料：将硬脂酸、微晶蜡、日本木腊和三乙醇胺加入容器内，溶解后再加入氧化铬、碳化硼，并搅拌均匀，保温1.5小时后，制得抛光蜡A2；

3)抛光：将非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm锆基非晶合金工件，在机械砂带机线速度25m/s的情况下，采用抛光蜡A2对锆基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的非晶合金B2。

实施例3

1)备料：分别准备如下重量百分比的原料：氧化锆26％，氮化硼8％，油酸38％，微晶蜡8％，日本木腊10％，三乙醇胺10％；其中，磨料的粒度要求为氧化锆：12μm、氮化硼：45μm；

2)混料：将油酸、微晶蜡、日本木腊和三乙醇胺加入容器内，溶解后再加入氧化锆、氮化硼，并搅拌均匀，保温2小时后，制得抛光蜡A3；

3)抛光：将锆基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm锆基非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用抛光蜡A3对非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的非晶合金B3。

对比例1：

将锆基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用市售的氧化铝抛光蜡C1对锆基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的锆基非晶合金D1。

实施例4

1)备料：分别准备如下重量百分比的原料：氧化锆26％，氮化硼8％，油酸38％，微晶蜡8％，日本木腊10％，三乙醇胺10％；其中，磨料的粒度要求为氧化锆：12μm、氮化硼：45μm；

2)混料：将油酸、微晶蜡、日本木腊和三乙醇胺加入容器内，溶解后再加入氧化锆、氮化硼，并搅拌均匀，保温1小时后，制得抛光蜡A4；

3)抛光：将铁基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用抛光蜡A4对铁基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的铁基非晶合金B4。

实施例5

1)备料：分别准备如下重量百分比的原料：氧化铬28％，氮化硼4％，碳化硼4％，硬脂酸38％，微晶蜡8％，日本木腊10％，三异丙醇胺10％；其中，磨料的粒度要求为氧化铬：12μm，氮化硼、碳化硼：45μm；

2)混料：将硬脂酸、微晶蜡、日本木腊和三异丙醇胺加入容器内，溶解后再加入氧化铬、氮化硼、碳化硼，并搅拌均匀，保温2小时后，制得抛光蜡A5；

3)抛光：将铁基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用抛光蜡A5对铁基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的铁基非晶合金B5。

对比例2：

将铁基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用市售的氧化铝抛光蜡C1对铁基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的非晶合金D2。

实施例6

1)备料：分别准备如下重量百分比的原料：氧化锆26％，碳化硅8％，软脂酸38％，微晶蜡8％，日本木腊10％，三异丙醇胺10％；其中，磨料的粒度要求为氧化锆：12μm、碳化硅：45μm；

2)混料：将软脂酸、微晶蜡、日本木腊和三异丙醇胺加入容器内，溶解后再加入氧化锆、碳化硅，并搅拌均匀，保温2小时后，制得抛光蜡A6；

3)抛光：将铜基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用抛光蜡A6对铜基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的非晶合金B6。

实施例7

1)备料：分别准备如下重量百分比的原料：氧化铬25％，碳化硼4％，氮化硼5％，硬脂酸38％，微晶蜡8％，日本木腊10％，三乙醇胺10％；其中，磨料的粒度要求为氧化锆：12μm，碳化硼、氮化硼：45μm；

2)混料：将硬脂酸、微晶蜡、日本木腊和三乙醇胺加入容器内，溶解后再加入氧化锆、碳化硼、氮化硼，并搅拌均匀，保温2小时后，制得抛光蜡A7；

3)抛光：将铜基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用抛光蜡A7对铜基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的非晶合金B7。

对比例3：

将铜基非晶合金铸锭加工成尺寸为100mm×10mm×3mm非晶合金工件，在机械砂带机线速度30m/s的情况下，采用市售的氧化铝抛光蜡C1对铜基非晶合晶工件进行抛光，得到抛光后的非晶合金D3。

性能测试：

目测实施例1-7制备的抛光蜡A1-A7成形圆润，手感好，无干裂现象；而市售的氧化铝抛光蜡成形不圆润，表面有干裂现象。

表面粗糙度测试：按照GB1031-83的标准中所述的测试方法可以测得实施例1-7所制备的抛光后的非晶合金样品B1-B7以及对比例1-3所制备的抛光后的非晶合金样品D1-D3的表面粗糙度，粗糙度的数值越小，表示零件表面越平整、光滑，这是目前国家标准和国际标准的表示方法，测试结果见表1。

表1

  样品  B 1  B2  B3  D1  B4  B5  D2  B6  B7  D3  粗糙度Ra/μm  0.15  0.1  0.2  0.9  0.3  0.2  1.0  0.2  0.15  0.8

从表1上可以看出来，通过本发明实施例1-7所提供的抛光蜡，抛光的不同种非晶合金表面粗糙度最高为0.3Ra/μm，最低为0.1Ra/μm，与对比例1-3提供的普通氧化铝抛光的不同种非晶合金表面粗糙度最高为1.0Ra/μm，最低为0.8Ra/μm，可以看出本发明所提供的用于非晶合金的抛光蜡可以有效抛光各种非晶合金，使得被抛光的表面光亮洁净。