砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法
【專利摘要】一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法，包括下列步驟：(1)對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm；金屬工件采用硬質合金材料；(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)用砂輪按照設定的工藝參數在金屬工件表面磨削出設定的平行溝槽組；砂輪與工件表面的夾角為90°，砂輪轉速為2000～3000rpm，進給速度為50～100mm/min，磨削深度為4～6μm；每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15～20μm，再進行下一條溝槽的磨削。本發明加工成型的金屬表面具有特定微結構，呈現結構色，具有更好的疏水性，更強的抗腐蝕能力和更低的流體流動阻力。
【專利說明】
砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及金屬表面精加工領域，特別涉及一種用砂輪磨削出基于平面反射光柵 結構的結構色金屬表面的方法。
【背景技術】
[0002] 為起到裝飾目的，現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 造成環境污染，而且容易掉色、褪色(特別是遇到某些化學試劑時）。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] 結構色又稱物理色，是一種由光的波長引發的光澤，與色素著色無關，即使遇到化 學試劑也不會掉色、褪色。可見，如果能夠在金屬表面加工出能夠呈現結構色的微結構，用 結構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 要開發一種能夠在金屬表面加工出微結構，而使該金屬表面呈現結構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阻力， 也是目前所面臨的重要課題。有研究發現，金屬表面的疏水性越強，那么其表面的抗腐蝕能 力也就越強，其表面上的流體所受到的流動阻力也會越低。因此，研發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。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有的不銹鋼表面的不具有結構色、疏水性較差、抗腐蝕能力較弱、流動 阻力較大的不足，本發明目的在于提供一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬 表面的方法。用該方法加工成型的金屬表面具有特定微結構，不但能夠像平面反射光柵一 樣呈現結構色，而且相比加工前具有更好的疏水性，從而具有更強的抗腐蝕能力，和更低的 流體流動阻力。
[0006] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0007] -種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法，包括下列步驟：
[0008] (1)對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm;所述金屬工件的 材質為硬質合金材料；
[0009] (2)采用電解氧化裝置，對金屬工件表面進行氧化處理，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在金屬工件表面磨削出特定的平行溝槽組；磨削 過程相關工藝參數如下：磨削選用規格為金剛石粒度1000#_8000#，磨粒濃度100 %-150 % 的樹脂結合劑的砂輪;磨削時，砂輪與工件表面的夾角為90°，砂輪轉速為2000~3000rpm， 進給速度為50~100mm/min，磨削深度為4~6μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移 15~20μπι，再進行下一條溝槽的磨削。
[0011]進一步，所述步驟（1)中，采用拋光或研磨的方法對金屬工件表面進行平整加工， 使其表面粗糙度不超過40nm;所述金屬工件的材質為磨具鋼或軸承鋼。當然，也可以是硬質 合金材料。
[0012] 再進一步，所述步驟(2)中，金屬表面獲得的氧化層厚度為2.5~2.6μπι。
[0013] 更進一步，所述步驟(3)中，磨削選用規格為金剛石粒度5000#，磨粒濃度125%的 樹脂結合劑的砂輪，磨削時，砂輪轉速為2200~2300rpm，進給速度為80~90mm/min，磨削深 度為4.5~5.5μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移17~18μπι，再進行下一條溝槽的 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與步驟(3)相同。
[0016] 優選的，所述交叉溝槽組的交叉角為90°。當然，也可以是其他角度。
[0017] 與現有技術相比，本發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結構色的微結構來實現裝飾目的，健康、環保，且即 使遇到化學試劑也不會掉色、褪色，解決了染料染色所存在的問題，此外，研究還發現，用本 發明的方法獲得的金屬表面相比加工前具有更好的疏水性，從而具有更強的抗腐蝕能力， 和更低的流體流動阻力。
【具體實施方式】
[0018] 下面對本發明作進一步描述。
[0019] -種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法，主要包括以下步 驟：
[0020] (1)對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm;
[0021] (2)采用電解氧化裝置，對金屬工件表面進行氧化處理，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在金屬工件表面磨削出特定的平行溝槽組；
[0023] 本發明方法的加工對象為硬質合金材料(如磨具鋼、軸承鋼等）制成的金屬工件； 本發明方法的步驟(3)中的磨削相關工藝參數如下:磨削過程相關工藝參數如下:磨削選用 規格為金剛石粒度1000#_8000#，磨粒濃度100 %-150 %的樹脂結合劑的砂輪;磨削時，砂輪 與工件表面的夾角為90°，砂輪轉速為2000~3000rpm，進給速度為50~100mm/min，磨削深 度為4~6μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15~20μπι，再進行下一條溝槽的磨 削。
[0024] 用本發明的方法加工成型的金屬表面具有特定微結構，不但能夠像平面反射光柵 一樣呈現結構色，在光的照射下產生虹彩，而且相比加工前具有更好的疏水性。
[0025] 實驗表明，本發明方法的步驟(1)中，宜采用拋光或研磨的方法對金屬工件表面進 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宜選用銅或鋁合金。
[0026] 實驗進一步表明，本發明方法的步驟(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，實驗還表明，所述步驟(3)中，宜將工藝條件控制為:磨削選用規格為金剛石 粒度5000#，磨粒濃度125 %的樹脂結合劑的砂輪，磨削時，砂輪轉速為2200~2300rpm，進給 速度為80~90mm/min，磨削深度為4.5~5.5μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移17 ~18Μ1，再進行下一條溝槽的磨削。各個參數也可以選用給定范圍內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型溝槽組，此時，工藝操作比較容易，有 利于控制加工成本，從而有利于在產業上進行推廣、應用。
[0029] 所述平行溝槽組也可以為直線型溝槽組。進一步，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；磨削過程相關工藝參數與步驟(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)優選為90°，也即兩組直線型溝槽組呈90°交叉。實驗表明，交叉溝槽組能夠使得金 屬表面具有相對更強的疏水性，且還能提供具有更高飽和度的結構色。
[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成溝槽組的溝槽看上去為曲線;所述 環型溝槽組指的是構成溝槽組的溝槽看上去為封閉曲線，如圓形或橢圓形。
[0031] 下面以用本發明方法加工磨具鋼為例，對本發明作更進一步說明。
[0032] 步驟(1)中選用的磨具鋼工件，相關參數如表1:
[0034]表 1
[0035]步驟(3)中，砂輪磨削參數如表2:
[0037]表 2
[0038]步驟(3)中，每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移ΙΟμπι，再進行下一條溝槽的 磨削。
[0039] 實驗獲得的磨具鋼表面不但能夠呈現高飽和度和高亮度的結構色，產生虹彩，疏 水性也比加工前提高了2.5倍以上。
[0040] 上述對本申請中涉及的發明的一般性描述和對其【具體實施方式】的描述不應理解 為是對該發明技術方案構成的限制。本領域技術人員根據本申請的公開，可以在不違背所 涉及的發明構成要素的前提下，對上述一般性描述或/和【具體實施方式】(包括實施例）中的 公開技術特征進行增加、減少或組合，形成屬于所述發明的其它的技術方案。
【主權項】
1. 一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法，其特征在于:包括 下列步驟： (1) 對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過80nm;所述金屬工件的材質 為硬質合金材料； (2) 采用電解氧化裝置，對金屬工件表面進行氧化處理，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在金屬工件表面磨削出特定的平行溝槽組;磨削過程 相關工藝參數如下：磨削選用規格為金剛石粒度1000#-8000#，磨粒濃度100%-150%的樹 脂結合劑的砂輪;磨削時，砂輪與工件表面的夾角為90°，砂輪轉速為2000~3000rpm，進給 速度為50~100mm/min，磨削深度為4~6μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15~ 20μπι，再進行下一條溝槽的磨削。2. 如權利要求1所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方 法，其特征在于:所述步驟(1)中，采用拋光或研磨的方法對金屬工件表面進行平整加工，使 其表面粗糙度不超過40nm;所述金屬工件的材質為磨具鋼或軸承鋼。3. 如權利要求1或2所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的 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. 如權利要求1或2所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的 方法，其特征在于:所述步驟(3)中，磨削選用規格為金剛石粒度5000#，磨粒濃度125%的樹 脂結合劑的砂輪，磨削時，砂輪轉速為2200~2300rpm，進給速度為80~90mm/min，磨削深度 為4.5~5.5μπι;每磨削完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移17~18μπι，再進行下一條溝槽的磨 削。5. 如權利要求1或2所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的 方法，其特征在于:所述平行溝槽組可以為曲線型溝槽組、環型溝槽組或直線型溝槽組。6. 如權利要求5所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方 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與步驟(3)相同。7. 如權利要求6所述的一種砂輪磨削基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方 法，其特征在于:所述交叉溝槽組的交叉角為90°。
【文檔編號】B44C1/22GK106080001SQ201610446113
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】呂冰海, 邵琦, 鄧乾發, 翁海舟, 戴偉濤, 陳振華, 杭偉
【申請人】浙江工業大學