砂輪切割基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法技術

一種砂輪切割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，使表面粗糙度不超過80nm；金屬工件采用高粘性金屬材料；(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切割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，切割深度為4～6μm；每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15～20μm，再進行下一條溝槽的切割。本發明專利技術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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬表面精加工領域，特別涉及一種用砂輪切割出基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法。
技術介紹
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。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。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。
技術實現思路
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，本專利技術目的在于提供一種砂輪切割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。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種砂輪切割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；所述金屬工件的材質為高粘性金屬材料；(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2～3μm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切割出設定的平行溝槽組；切割過程相關工藝參數如下：切割選用規格為立方氮化硼粒度1000#-8000#，磨粒濃度100％-150％的鑄鐵結合劑的砂輪；切割時，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，切割深度為4～6μm；每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15～20μm，再進行下一條溝槽的切割。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不銹鋼或鈦合金。當然，也可以是高粘性金屬材料。再進一步，所述步驟(2)中，金屬表面獲得的氧化層厚度為2.5～2.6μm。更進一步，所述步驟(3)中，切割選用規格為立方氮化硼粒度5000#，磨粒濃度125％的鑄鐵結合劑的砂輪，切割時，砂輪轉速為2200～2300rpm，進給速度為80～90mm/min，切割深度為4.5～5.5μm；每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移17～18μm，再進行下一條
溝槽的切割。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。所述方法還包括步驟(4)，切割出與步驟(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；切割過程的工藝參數與步驟(3)相同。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。與現有技術相比，本專利技術通過采用特定的工藝過程，利用刀具在有色金屬工件表面切割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，用本專利技術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。具體實施方式下面對本專利技術作進一步描述。一種砂輪切割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：(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；(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2～3μm厚的氧化層；(3)用刀具按照特定的工藝參數在金屬工件表面切割出特定的平行溝槽組；本專利技術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；本專利技術方法的步驟(3)中的切割相關工藝參數如下：
切割過程相關工藝參數如下：切割選用規格為立方氮化硼粒度1000#-8000#，磨粒濃度100％-150％的鑄鐵結合劑的砂輪；切割時，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，切割深度為4～6μm；每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15～20μm，再進行下一條溝槽的切割。用本專利技術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。實驗表明，本專利技術方法的步驟(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。實驗進一步表明，本專利技術方法的步驟(2)中，宜將金屬表面獲得的氧化層厚度控制在2.5～2.6μm。此外，實驗還表明，所述步驟(3)中，宜將工藝條件控制為：切割選用規格為立方氮化硼粒度5000#，磨粒濃度125％的鑄鐵結合劑的砂輪，切割時，砂輪轉速為2200～2300rpm，進給速度為80～90mm/min，切割深度為4.5～5.5μm；每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移17～18μm，再進行下一條溝槽的切割。各個參數也可以選用給定范圍內的上下限或其他中間值。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。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)，切割出與步驟(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；切割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。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。下面以用本專利技術方法加工不銹鋼工件為例，對本專利技術作更進一步說明。步驟(1)中選用的不銹鋼工件，相關參數如表1：材料硬度方形工件尺寸(mm)表面粗糙度(nm)不銹鋼HPM38HRC5150x50x50Ra100表1步驟(3)中，砂輪切割參數如表2：表2步驟(3)中，每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移10μm，再進行下一條溝槽的切割。實驗獲得的不銹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。上述對本申請中涉及的專利技術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專利技術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專利技術構成要素的前提下，對上述一般性描述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種砂輪切割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高粘性金屬材料；(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2～3μm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切割出設定的平行溝槽組；切割過程相關工藝參數如下：切割選用規格為立方氮化硼粒度1000#?8000#，磨粒濃度100％?150％的鑄鐵結合劑的砂輪；切割時，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，切割深度為4～6μm；每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15～20μm，再進行下一條溝槽的切割。

【技術特征摘要】
1.一種砂輪切割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高粘性金屬材料；(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2～3μm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切割出設定的平行溝槽組；切割過程相關工藝參數如下：切割選用規格為立方氮化硼粒度1000#-8000#，磨粒濃度100％-150％的鑄鐵結合劑的砂輪；切割時，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，切割深度為4～6μm；每切割完成一道溝槽，砂輪相對工件偏移15～20μm，再進行下一條溝槽的切割。2.如權利要求1所述的一種砂輪切割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不銹鋼或鈦合金。3.如權利要求1或2所述的一種砂輪切割基于平面反射光柵結構的結構色金屬表面的方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂冰海，戴偉濤，鄧乾發，翁海舟，邵琦，陳振華，杭偉，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33