CN106080001A - 砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法 - Google Patents

Abstract

一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，包括下列步骤：(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过80nm；金属工件采用硬质合金材料；(2)采用电解氧化装置，使金属工件表面获得2～3μm厚的氧化层；(3)用砂轮按照设定的工艺参数在金属工件表面磨削出设定的平行沟槽组；砂轮与工件表面的夹角为90°，砂轮转速为2000～3000rpm，进给速度为50～100mm/min，磨削深度为4～6μm；每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移15～20μm，再进行下一条沟槽的磨削。本发明加工成型的金属表面具有特定微结构，呈现结构色，具有更好的疏水性，更强的抗腐蚀能力和更低的流体流动阻力。

Description

砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法

技术领域

本发明涉及金属表面精加工领域，特别涉及一种用砂轮磨削出基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法。

背景技术

为起到装饰目的，现阶段改变金属外观颜色需要依靠染料。使用染料染色不但会造成环境污染，而且容易掉色、褪色(特别是遇到某些化学试剂时)。可见，研究如何克服染料染色所存在的上述弊端或不足，具有重大意义。

结构色又称物理色，是一种由光的波长引发的光泽，与色素着色无关，即使遇到化学试剂也不会掉色、褪色。可见，如果能够在金属表面加工出能够呈现结构色的微结构，用结构色代替色素色来装饰金属表面，那么用染料染色带来的问题就迎刃而解了。因此，有必要开发一种能够在金属表面加工出微结构，而使该金属表面呈现结构色的金属表面精加工方法。

此外，如何更为有效的防止金属工件的表面腐蚀、降低金属表面流体的流动阻力，也是目前所面临的重要课题。有研究发现，金属表面的疏水性越强，那么其表面的抗腐蚀能力也就越强，其表面上的流体所受到的流动阻力也会越低。因此，研发一种能提高金属表面疏水性的金属表面精加工方法具有重大意义。

发明内容

为了克服现有的不锈钢表面的不具有结构色、疏水性较差、抗腐蚀能力较弱、流动阻力较大的不足，本发明目的在于提供一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法。用该方法加工成型的金属表面具有特定微结构，不但能够像平面反射光栅一样呈现结构色，而且相比加工前具有更好的疏水性，从而具有更强的抗腐蚀能力，和更低的流体流动阻力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，包括下列步骤：

(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过80nm；所述金属工件的材质为硬质合金材料；

(2)采用电解氧化装置，对金属工件表面进行氧化处理，使其表面获得2～3μm厚的氧化层；

(3)用砂轮按照特定的工艺参数在金属工件表面磨削出特定的平行沟槽组；磨削过程相关工艺参数如下：磨削选用规格为金刚石粒度1000#-8000#，磨粒浓度100％-150％的树脂结合剂的砂轮；磨削时，砂轮与工件表面的夹角为90°，砂轮转速为2000～3000rpm，进给速度为50～100mm/min，磨削深度为4～6μm；每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移15～20μm，再进行下一条沟槽的磨削。

进一步，所述步骤(1)中，采用抛光或研磨的方法对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过40nm；所述金属工件的材质为磨具钢或轴承钢。当然，也可以是硬质合金材料。

再进一步，所述步骤(2)中，金属表面获得的氧化层厚度为2.5～2.6μm。

更进一步，所述步骤(3)中，磨削选用规格为金刚石粒度5000#，磨粒浓度125％的树脂结合剂的砂轮，磨削时，砂轮转速为2200～2300rpm，进给速度为80～90mm/min，磨削深度为4.5～5.5μm；每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移17～18μm，再进行下一条沟槽的磨削。

所述平行沟槽组为曲线型沟槽组、环型沟槽组或直线型沟槽组。

所述方法还包括步骤(4)，磨削出与步骤(3)中获得的直线型沟槽组相交叉的另一直线型沟槽组，从而获得交叉沟槽组；磨削过程的工艺参数与步骤(3)相同。

优选的，所述交叉沟槽组的交叉角为90^°。当然，也可以是其他角度。

与现有技术相比，本发明通过采用特定的工艺过程，利用刀具在有色金属工件表面磨削出能够像平面反射光栅一样呈现结构色的微结构来实现装饰目的，健康、环保，且即使遇到化学试剂也不会掉色、褪色，解决了染料染色所存在的问题，此外，研究还发现，用本发明的方法获得的金属表面相比加工前具有更好的疏水性，从而具有更强的抗腐蚀能力，和更低的流体流动阻力。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。

一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，主要包括以下步骤：

(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过80nm；

(2)采用电解氧化装置，对金属工件表面进行氧化处理，使其表面获得2～3μm厚的氧化层；

(3)用刀具按照特定的工艺参数在金属工件表面磨削出特定的平行沟槽组；

本发明方法的加工对象为硬质合金材料(如磨具钢、轴承钢等)制成的金属工件；本发明方法的步骤(3)中的磨削相关工艺参数如下：磨削过程相关工艺参数如下：磨削选用规格为金刚石粒度1000#-8000#，磨粒浓度100％-150％的树脂结合剂的砂轮；磨削时，砂轮与工件表面的夹角为90°，砂轮转速为2000～3000rpm，进给速度为50～100mm/min，磨削深度为4～6μm；每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移15～20μm，再进行下一条沟槽的磨削。

用本发明的方法加工成型的金属表面具有特定微结构，不但能够像平面反射光栅一样呈现结构色，在光的照射下产生虹彩，而且相比加工前具有更好的疏水性。

实验表明，本发明方法的步骤(1)中，宜采用抛光或研磨的方法对金属工件表面进行平整加工，并使其表面的粗糙度不超过40nm；所述金属工件的材质宜选用铜或铝合金。

实验进一步表明，本发明方法的步骤(2)中，宜将金属表面获得的氧化层厚度控制在2.5～2.6μm。

此外，实验还表明，所述步骤(3)中，宜将工艺条件控制为：磨削选用规格为金刚石粒度5000#，磨粒浓度125％的树脂结合剂的砂轮，磨削时，砂轮转速为2200～2300rpm，进给速度为80～90mm/min，磨削深度为4.5～5.5μm；每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移17～18μm，再进行下一条沟槽的磨削。各个参数也可以选用给定范围内的上下限或其他中间值。

所述平行沟槽组可以为曲线型沟槽组或环型沟槽组，此时，工艺操作比较容易，有利于控制加工成本，从而有利于在产业上进行推广、应用。

所述平行沟槽组也可以为直线型沟槽组。进一步，所述方法还可以包括步骤(4)，磨削出与步骤(3)中获得的直线型沟槽组相交叉的另一直线型沟槽组，从而获得交叉沟槽组；磨削过程相关工艺参数与步骤(3)相同。所述交叉沟槽组的交叉角(相交叉的两道沟槽的夹角)优选为90°，也即两组直线型沟槽组呈90°交叉。实验表明，交叉沟槽组能够使得金属表面具有相对更强的疏水性，且还能提供具有更高饱和度的结构色。

所述平行沟槽组指的是一组相互平行的沟槽；所述直线型沟槽组指的是构成沟槽组的沟槽看上去为直线；所述曲线型沟槽组指的是构成沟槽组的沟槽看上去为曲线；所述环型沟槽组指的是构成沟槽组的沟槽看上去为封闭曲线，如圆形或椭圆形。

下面以用本发明方法加工磨具钢为例，对本发明作更进一步说明。

步骤(1)中选用的磨具钢工件，相关参数如表1：

材料	硬度	方形工件尺寸(mm)	表面粗糙度(nm)
				磨具钢Cr12	HBS210	50x50x50	Ra200

表1

步骤(3)中，砂轮磨削参数如表2：

表2

步骤(3)中，每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移10μm，再进行下一条沟槽的磨削。

实验获得的磨具钢表面不但能够呈现高饱和度和高亮度的结构色，产生虹彩，疏水性也比加工前提高了2.5倍以上。

上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于所述发明的其它的技术方案。

Claims (7)

1.一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过80nm；所述金属工件的材质为硬质合金材料；

(2)采用电解氧化装置，对金属工件表面进行氧化处理，使其表面获得2～3μm厚的氧化层；

(3)用砂轮按照特定的工艺参数在金属工件表面磨削出特定的平行沟槽组；磨削过程相关工艺参数如下：磨削选用规格为金刚石粒度1000#-8000#，磨粒浓度100％-150％的树脂结合剂的砂轮；磨削时，砂轮与工件表面的夹角为90°，砂轮转速为2000～3000rpm，进给速度为50～100mm/min，磨削深度为4～6μm；每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移15～20μm，再进行下一条沟槽的磨削。

2.如权利要求1所述的一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，采用抛光或研磨的方法对金属工件表面进行平整加工，使其表面粗糙度不超过40nm；所述金属工件的材质为磨具钢或轴承钢。

3.如权利要求1或2所述的一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，金属表面获得的氧化层厚度为2.5～2.6μm。

4.如权利要求1或2所述的一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，磨削选用规格为金刚石粒度5000#，磨粒浓度125％的树脂结合剂的砂轮，磨削时，砂轮转速为2200～2300rpm，进给速度为80～90mm/min，磨削深度为4.5～5.5μm；每磨削完成一道沟槽，砂轮相对工件偏移17～18μm，再进行下一条沟槽的磨削。

5.如权利要求1或2所述的一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述平行沟槽组可以为曲线型沟槽组、环型沟槽组或直线型沟槽组。

6.如权利要求5所述的一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述方法还包括步骤(4)，切削出与步骤(3)中获得的直线型沟槽组相交叉的另一直线型沟槽组，从而获得交叉沟槽组；切削过程的工艺参数与步骤(3)相同。

7.如权利要求6所述的一种砂轮磨削基于平面反射光栅结构的结构色金属表面的方法，其特征在于：所述交叉沟槽组的交叉角为90^°。