專利名稱：使用致密氧化鋁基介質(zhì)之金屬表面精制方法
Michaud等人在美國(guó)專利第4，491，500號(hào)中曾敘及和宣告過(guò)一種精制金屬表面的物理化學(xué)方法，該方法包括在表面上形成，物理去除和連續(xù)修補(bǔ)一層相當(dāng)軟的涂層。高突點(diǎn)可藉機(jī)械作用予以勻平，最好是在振動(dòng)物質(zhì)精制設(shè)備中完成，而最后可在相當(dāng)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生非常光滑的精制表面。
該專利人提及其方法可用逐部進(jìn)行技術(shù)(part-on-parttechnique)或通過(guò)摻合磨蝕性物質(zhì)精制介質(zhì)(abrassivemassrefinishingmadia)加以實(shí)現(xiàn)，例如，可將石英(quartz)、花崗石(granites)、氧化鋁類、氧化鐵類和碳化硅等加入陶瓷、塑料等基材內(nèi)。如該專利所述，該方法的效率很明顯是因?yàn)槟苓x擇性地去除表面的凹凸不平，其去除作用則是將金屬經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化成較軟的形態(tài)而達(dá)到的。
雖然Michaud等人的方法最有效且令人滿意，不過(guò)，不言而喻的是，若能達(dá)到比其更高的產(chǎn)率并改進(jìn)最終工作件表面的質(zhì)量的話，將可使該技術(shù)獲得更有價(jià)值的進(jìn)展。而且，若這些優(yōu)點(diǎn)可由實(shí)施起來(lái)更經(jīng)濟(jì)，方便且具環(huán)境吸引性等的方法來(lái)完成時(shí)，當(dāng)然更是如此。
要達(dá)到金屬表面的最終精制，通常最好是用摩擦拋光步驟(burnishingstep)完成Michaud的方法，即可將物件置于裝有所謂摩擦拋光介質(zhì)和對(duì)金屬呈惰性的堿性皂水溶液之物質(zhì)精制裝置內(nèi)處理而進(jìn)行該步驟。典型的摩擦拋光介質(zhì)為經(jīng)熔化成硬的、致密、非磨蝕性粘結(jié)物的無(wú)機(jī)氧化物粒所組成;此外，也常采用鋼珠來(lái)摩擦拋光金屬物件。
過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)操作是將工作件置于裝有磨蝕介質(zhì)(如，當(dāng)該操作是采用化學(xué)法促成時(shí)，可用含有大約百分之20到40磨蝕粒的粗砂填充陶瓷)的振動(dòng)輥筒內(nèi)處理，然后，轉(zhuǎn)移到裝著摩擦拋光介質(zhì)的第二部輥筒內(nèi)處理;不過(guò)，這種作法顯然很不方便，耗時(shí)且昂貴。Michaud等人的方法采用相對(duì)非侵蝕性切割介質(zhì)(如，含有百分之10到15磨蝕砂的陶瓷)，可以不必轉(zhuǎn)移到第二個(gè)輥筒，即可一次制成摩擦拋光的物件。這種方法的表面精制階段進(jìn)行如下，最初是用可在物件上產(chǎn)生轉(zhuǎn)化涂層的反應(yīng)性溶液進(jìn)行，接著為沖洗步驟，最后是在設(shè)備操作進(jìn)行中，流過(guò)摩擦拋光皂溶液。
雖然這種方法有其很大的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)槟ノg介質(zhì)有磨刮金屬表面的特性，故這種方法可能不會(huì)使金屬表面產(chǎn)生最終的精制(即，鏡面亮度(specularbrightness)]。此外，為了要有效率，這種介質(zhì)的粗砂粒必須持續(xù)地碎裂產(chǎn)生新的尖銳的棱邊以得到切割功能;而且，顯然地，為了環(huán)境理由，該方法所用的溶液必須處理以除掉所產(chǎn)生的顆粒以及陶瓷基質(zhì)磨損時(shí)掉落的粉末殘?jiān)皖w粒物。
綜上所述，本發(fā)明主要的目的即提供一種新穎且高度有效的，利用物理化學(xué)精制技術(shù)達(dá)到金屬表面精制的方法。
本發(fā)明更特殊的目的是提供這樣一種方法，用這種方法能以比前所已知同類方法更快的速率達(dá)到更高的表面精制。
本發(fā)明的另一目的是提出具有前述特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)的方法，且比同類早期方法更經(jīng)濟(jì)易行并且具環(huán)保優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一特殊目的是提出新穎的物理化學(xué)方法，可將相當(dāng)粗糙的金屬表面于一次步驟中，即，用一種介質(zhì)且不必轉(zhuǎn)移物件，就能達(dá)到鏡面狀態(tài)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的上述和有關(guān)目的可由本發(fā)明提出的表面精制方法來(lái)達(dá)到，該方法包括將大量組成物，包含一些具有相當(dāng)粗糙金屬表面的物體和能使表面轉(zhuǎn)化成為較軟形態(tài)的溶液等，加入一個(gè)物質(zhì)精制裝置的容器內(nèi)，并在其內(nèi)快速攪動(dòng)，以在組成物之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，并使表面保持在被溶液濕潤(rùn)的狀態(tài)，而在連續(xù)方式中使任何暴露出來(lái)的金屬完成轉(zhuǎn)化。其中包含一些含量成比例的非磨蝕性的固體介質(zhì)組成物，其含量和大小可使其在攪動(dòng)狀態(tài)下，促進(jìn)它們互相之間及與物件之間的相對(duì)滑動(dòng)。該介質(zhì)組成物是由某些氧化物粒料的混合物組成，該氧化物粒是經(jīng)熔化而成粘結(jié)物且基本上不含個(gè)別的磨蝕粒，此粘結(jié)物中含有，以不包括氧的方式計(jì)，約60至80重量百分比的鋁和約5到30重量百分比的硅，其密度至少為每立方厘米約2.75克(g/cc)，且其平均金剛石錐硬度(averageddiamondpyramidhardness)(DHP)最好至少約845;以量計(jì)算，該介質(zhì)組成物具有至少每立方厘米約1.70克的松密度(bulkdensity)。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，構(gòu)成介質(zhì)組成物的粘結(jié)物基本上含有，以不包括氧的方式計(jì)，約76到78重量百分比的鋁，約10到12重量百分比的硅，約5到9重量百分比的鐵和約4到6重量百分比的鈦。另外，該物質(zhì)基本上可能含有，以相同計(jì)算方式計(jì)，約63到67重量百分比的鋁，約26到36重量百分比的硅，約2到4重量百分比的鈉，約1到2重量百分比的鉀和約0.5到0.8重量百分比的磷。在另一特殊形式中，該組成可能為約62到73重量百分比的鋁，約7到14重量百分比的硅，約10到25重量百分比的錳和約1到4重量百分比的鈉。
最理想者，構(gòu)成粘結(jié)物的氧化物細(xì)粒具有不超過(guò)約25微米的直徑，而通常所有顆粒實(shí)質(zhì)具有至少一微米的直徑。該物質(zhì)的密度通常小于約每立方厘米3.5克，其金剛石錐硬度低于約1，200，且該組成物松密度小于約每立方厘米2.5克。
該介質(zhì)組成物的組成通常是要使其在本方法的攪動(dòng)時(shí)造成的平均重量減低率不超過(guò)每小時(shí)約百分之0.1，且該介質(zhì)組成物將保持實(shí)質(zhì)上不含尖銳棱邊。在某些例子中，將氧化物顆粒轉(zhuǎn)化成粘結(jié)物的熔融操作可通過(guò)高溫減壓下加熱完成，所用溫度通常約為1，175℃。
本方法所用表面轉(zhuǎn)化溶液中的活性成份最好是包含草酸根(oxalateradical)，其較佳濃度約為每升0.125到0.65克分子。也可以包含每升約0.05到0.15克分子的磷酸根，至少每升約0.004克分子的硝酸根，以及每升約0.001到0.05克分子的過(guò)氧根(peroxygroup)。草酸根、硝酸根和過(guò)氧根可分別來(lái)自草酸，硝酸鈉和過(guò)氧化氫或過(guò)硫酸鈉(sodiumpersulfate)。
當(dāng)本方法是在振動(dòng)物質(zhì)精制裝置內(nèi)進(jìn)行時(shí)，有利的方式是以2到4毫米的振幅進(jìn)行操作;物體對(duì)介質(zhì)的體積比例可在廣泛圍內(nèi)變化，但在大部分用例中，其比例介于約0.1到3∶1之間。通常，物體的金屬表面具有至少約為100的算術(shù)平均粗糙度(arithmeticaverageroughness)(Ra)值，且可用本方法精制到實(shí)質(zhì)上無(wú)波紋的狀態(tài)，其粗糙度值最理想者約為2或更低。算術(shù)平均粗糙度表示粗糙度分布對(duì)平均線的偏差值的算術(shù)平均值，此處和后附權(quán)利要求書中所用的Ra單位為微吋。通常，此方法所需時(shí)間少于10小時(shí)，而在較佳實(shí)施例中，可在7小時(shí)或更短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最終表面質(zhì)量。
本發(fā)明的效率可用下列特殊實(shí)施例來(lái)說(shuō)明實(shí)施例1制備水溶液將80重量百分比的草酸，19.9重量百分比的三聚磷酸鈉(sodiumtripolyphosphate)，和0.1重量百分比的十二烷基磺酸鈉(sodiumlaurylsulfonate)等混合物以每升60克的濃度溶解于水中。振動(dòng)物質(zhì)精制裝置的輥筒具有約280升的容量，其中基本上充填以固體介質(zhì)和5.1公分×7.6公分×1.3公分的長(zhǎng)方形鋼塊，鋼塊∶介質(zhì)比例約為1∶3，鋼塊為硬化過(guò)的高碳鋼，其Rockwell“C”值為45，且用“P-5”Hommel檢驗(yàn)器測(cè)定的算術(shù)平均表面粗糙度約110～120。采用四種不同組成的介質(zhì);每一種都預(yù)先調(diào)理，即按照需要除去尖銳棱邊;
介質(zhì)“A”是兩種標(biāo)準(zhǔn)磨蝕陶瓷材料的混合物，是倒角圓柱形，其內(nèi)填充著粒度約65到80微米的氧化鋁粗粒。介質(zhì)A的約一半體積是直徑約1厘米，長(zhǎng)1.6厘米，含有百分之20粗砂裝料量的圓柱介質(zhì)，密度為2.4克/立方厘米;其余為直徑1.3公分，長(zhǎng)1.9公分，有百分之30粗砂裝粒量且密度為2.5克/立方厘米的圓柱形介質(zhì)。該混合介質(zhì)具有約1.6克/立方厘米的松密度且其平均金剛石錐硬度(DHP)值為780(如本文所報(bào)告者，所有DHP值都是根據(jù)ASTM方法E-384，以1000克荷重測(cè)定，且為三次讀數(shù)的平均值)。在組成方面，該介質(zhì)組成物是由氧化物的混合物所構(gòu)成，且含有下列元素，它們大約的重量百分比(以不包括氧的方式計(jì)算)分別示于小括號(hào)內(nèi)硅(51)、鋁(36)、鎂(3)、鈣(3)、鈦(2)、鉀(2)、鐵(1.5)和鈉(1.5)。
下文標(biāo)示為“B”、“C”和“D”的介質(zhì)，每一種都是氧化物細(xì)?；旌衔锶刍傻恼辰Y(jié)物;在所有三種介質(zhì)中，顆粒的粒度范圍為直徑1到25微米，且實(shí)質(zhì)上不含個(gè)別的磨蝕粒(即，50微米以上的粗砂粒，如氧化鋁和氧化硅)。
在組成上，介質(zhì)B含有(以不包括氧的方式計(jì)算)下列元素(此處和下文同樣地將重量百分比約值都示于括號(hào)內(nèi))鋁(65)、硅(28)、鈉(3)、鉀(2)、鈣(1.5)和磷(0.5)。介質(zhì)B的組成物為圓柱形，直徑約1.3公分，長(zhǎng)度約為1.9公分，其密度約2.75克/立方厘米，該組成物的平均DHP值約890且其松密度約1.72克/立方厘米。
介質(zhì)C為市售的摩擦拋光介質(zhì)，其組成(同樣以不包括氧的方式計(jì)算)為鋁(69)、錳(16)、硅(12)和鈉(2)，其余為濃度低于百分之1的鈣、鉀和氯;其顆粒尺寸約1到11微米，且為小片狀和棒狀混合形式。該介質(zhì)組成物直徑約0.8公分，長(zhǎng)1.6公分，密度約3.08克/立方厘米且具有DHP值890和松密度約1.9克/立方厘米。
介質(zhì)D也是市售的摩擦拋光介質(zhì)，其標(biāo)稱組成為鋁(77)、硅(11)、鐵(7)和鈦(5)、同樣地是以不包括氧的方式計(jì)算。其粒度的最大尺寸為1到25微米，且為小片狀和粒狀兩者的混合。此介質(zhì)所構(gòu)成的圓柱形組成物直徑約1.3公分，其中一半的長(zhǎng)度約0.8公分，另一半的長(zhǎng)度約2.2公分;具有約3.3克/立方厘米的密度，組成物的松密度約為2.3克/立方厘米且DHP值約1130。
振動(dòng)精制裝置以每分約1300轉(zhuǎn)和振幅調(diào)定為4毫米的條件進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。溶液是在室溫加入，以每小時(shí)約11升的速率，在流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行(亦即，將新鮮溶液連續(xù)地導(dǎo)入，同時(shí)將用過(guò)的溶液連續(xù)地抽出并丟棄)。設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量，使溶液的溫度升高到約35℃。
下面的表1列出用上述幾種介質(zhì)進(jìn)行操作所得結(jié)果。在表中，“時(shí)間”欄(單位為小時(shí))所示為產(chǎn)生“Ra”行中各相對(duì)應(yīng)的最終算術(shù)平均粗糙度值所需的操作時(shí)間，為決定此值，需每隔一小時(shí)從輥筒中取出樣品，到Ra值沒(méi)有實(shí)質(zhì)性改進(jìn)時(shí)，即達(dá)到最終的Ra值。之后，用水沖洗輥筒，并用摩擦拋光溶液(百分之1的堿性皂水溶液)取代化學(xué)轉(zhuǎn)化配方，以相同的流速再操作1小時(shí)。最終表面精制程度是用“等級(jí)”值(“Rating”Value)表示，是用襯片垂直放置于金屬工作件表面，根據(jù)主觀評(píng)估，結(jié)果則以1到5標(biāo)度。數(shù)值“1”代表鏡面亮度，數(shù)值“5”代表完全無(wú)反射性，“3”代表有些反射能力，但有模糊和折線現(xiàn)象，“2”和“4”兩等級(jí)則代表中間狀態(tài)。磨耗率數(shù)據(jù)則表示操作期間所發(fā)生的每小時(shí)介質(zhì)的平均重量損失百分比。
表1介質(zhì)時(shí)間Ra等級(jí)磨耗率A144-540.17B103-420.10C163-420.10D71-210.06
表中的數(shù)據(jù)指出介質(zhì)D可在鋼塊上產(chǎn)生高度精制表面的原因在于，從實(shí)驗(yàn)方面來(lái)看，只需非常短的操作時(shí)間和非常低的介質(zhì)磨耗率;事實(shí)上，在長(zhǎng)期檢驗(yàn)中，這種介質(zhì)的平均磨耗率可以低到每小時(shí)百分之0.015。介質(zhì)B所得結(jié)果較不如此引入注意，但仍然相當(dāng)合乎理想。雖然磨蝕介質(zhì)A比介質(zhì)C更快達(dá)到最終精制，但可以看出前者所得最終表面質(zhì)量明顯較后者為差，且其介質(zhì)磨耗率也實(shí)質(zhì)上較為大。
如上面已提及者，所列出的Ra值是用“P-5”Hommel檢驗(yàn)器測(cè)定的，這是本文及后附權(quán)利要求中提及的所有Ra數(shù)據(jù)之基礎(chǔ)。一般公認(rèn)更復(fù)雜的檢驗(yàn)設(shè)備可得到不同(且通常更高)的數(shù)值;不過(guò)，它們之間有相應(yīng)的比例關(guān)系，本文所得數(shù)據(jù)應(yīng)可準(zhǔn)確地表示所用幾種介質(zhì)的性能。
實(shí)施例2用介質(zhì)B、C和D，重復(fù)實(shí)施例1的步驟，不過(guò)，要將其中所用的溶液改換成下述配方，其中的活性成份為(同樣的，其濃度為每公升溶液含60克混合物)約百分之79.5的草酸，百分之20的硝酸鈉和百分之0.5的十二烷基磺酸鈉;另加百分之0.3(依溶液體積計(jì)算)的標(biāo)準(zhǔn)的百分之35的過(guò)氧化氫試劑。用這幾種介質(zhì)可得類似表一所列的表面精制度，但其速度明顯地比表一列者較為高。
雖然本發(fā)明方法的操作理論尚未清楚，但一般認(rèn)為高的精制度，在許多例中最后達(dá)到鏡面狀態(tài)的效果可歸因于采用摩擦拋光介質(zhì)而非具磨蝕特性的介質(zhì)。因此之故，伴隨采用磨蝕介質(zhì)必定會(huì)發(fā)生的切割和磨刮等作用都可避免掉，從而更易于獲得最終的摩擦拋光表面。
對(duì)于本方法能將相當(dāng)粗糙的金屬表面(即，Ra值100或以上者)處理成高精制且最后達(dá)到鏡面狀態(tài)的能力，其關(guān)鍵要素在于采用能將工作件金屬表面轉(zhuǎn)化成較軟，或較不粘結(jié)或粘著力較弱的形態(tài)之化學(xué)溶液。如上文中Michaud等人的專利所提及者，轉(zhuǎn)化涂層最好是金屬的氧化物，磷酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽或鉻酸鹽等形式，且認(rèn)為其他反應(yīng)產(chǎn)物在該方法中也同樣有效。使用摩擦拋光介質(zhì)取代先有技術(shù)中揭示的磨蝕介質(zhì)并不能預(yù)期可產(chǎn)生采用本發(fā)明方法所達(dá)到的表面精制，尤其是按照本發(fā)明的方法，只要相當(dāng)短時(shí)間就足夠的情形來(lái)看更是如此。
本發(fā)明成功的關(guān)鍵相信是所用介質(zhì)具有如上文規(guī)定的某種最低密度值之故，對(duì)于同樣在前文所定的幾種參數(shù)，似乎認(rèn)為其上限值較可取。例如，已發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的方法中使用鋼珠頗不理想，因其會(huì)在工作件表面產(chǎn)生顯著的“波紋”或“橘皮”效果(即，輕微但易于察覺(jué)的起伏);這種結(jié)果認(rèn)為可歸因于鋼所具有的非常高的密度，不過(guò)，其他因素，例如，鋼珠和工作件表面的相對(duì)硬度，相信也起一定的作用。此外，可以提及的是金屬介質(zhì)組成物可能因?yàn)榛瘜W(xué)處理溶液的反應(yīng)性而不適用于本方法;這點(diǎn)當(dāng)然取決于其中所含的金屬和所用溶液的組成。
正如上文所論述，極為重要的是所用的介質(zhì)組成物不可含有傳統(tǒng)陶瓷類切割介質(zhì)的磨蝕粗粒(即，氧化鋁、氧化硅等的粒子、直徑50微米以上者)。不僅是因?yàn)檫@種粗粒會(huì)如上所述造成工作件表面的磨刮，而且也因?yàn)樗鼈冊(cè)谑褂弥芯哂兴榱炎饔弥匦裕@種特性雖是達(dá)到效率所需要的，但會(huì)產(chǎn)生具生態(tài)問(wèn)題的微?；蛭⒎?，從而必須在棄置前就清除掉。如已提及者，陶瓷基材的分解也會(huì)造成棄置問(wèn)題，一則是因?yàn)楫a(chǎn)生顆粒，同時(shí)也因脫落出顆粒。
使液體介質(zhì)中的自由微粒減到最少所產(chǎn)生的另一優(yōu)點(diǎn)關(guān)系到工作件的表面污染。即使在低沖擊度下，物件和介質(zhì)之間的接觸力也會(huì)促使某些自由顆粒嵌入工作件的表面，使得最終的精制(如、電鍍)有困難，且常需要強(qiáng)力后處理以清除污染。顯然地，當(dāng)介質(zhì)具有相當(dāng)高密度(如本發(fā)明的方法所用者)因而能發(fā)出明顯的動(dòng)能時(shí)，這種問(wèn)題就可減緩到避免有微粒產(chǎn)生的程度，這種情形當(dāng)然是特別理想的。
必須注意的是，雖然介質(zhì)磨耗率可在處理物件的過(guò)程中測(cè)定，不過(guò)，要得到更具重現(xiàn)性的數(shù)值通常只需在皂溶液中攪動(dòng)介質(zhì)即可得到;不論處理件是否存在，磨耗率將約為相同。本文所報(bào)告的磨耗率是在容量約280升的振動(dòng)輥筒內(nèi)，其中基本上填充著介質(zhì);在每分鐘約1300轉(zhuǎn)和4毫米振幅的條件下操作，同時(shí)將皂溶液以每小時(shí)約11升的速率流經(jīng)輥筒進(jìn)行測(cè)定。在大多數(shù)情況下，這種操作要持續(xù)48小時(shí);不過(guò)，當(dāng)該介質(zhì)特別耐磨損時(shí)(如上述介質(zhì)“D”的情形)，就要進(jìn)行96小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該介質(zhì)在使用之前通常要調(diào)理1小時(shí)或更長(zhǎng)的時(shí)間(即，不加工作件進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn))，這是要將尖銳棱角磨平所必需的時(shí)間;此處同樣地，材料愈耐用，啟用期就愈長(zhǎng)。
也許必須強(qiáng)調(diào)的是，本方法所用的介質(zhì)具有微細(xì)的、粒狀結(jié)構(gòu)，其中的顆粒已熔化成粘結(jié)物且具有相當(dāng)平滑的表面;通常是小片狀和粒狀或棒狀形式的混合物。一般而言，介質(zhì)是由摻入各個(gè)顆粒內(nèi)的某些氧化物組分所構(gòu)成，不同于含有單一元素(如鋁)氧化物粗粒的磨蝕介質(zhì)。
雖然最適合本發(fā)明所用的介質(zhì)之制造方法的細(xì)節(jié)尚未為發(fā)明人所知，但可認(rèn)為是先將一些無(wú)機(jī)氧化物的適當(dāng)混合物壓出成為稠密糊或漿，再將壓出物切割或用其它方式細(xì)分成所需尺寸和形式。然后，將此“未加工的”介質(zhì)烘干，接著在減壓下煅燒;典型煅燒溫度一般認(rèn)為是在約1175℃的范圍。
如上所述，本發(fā)明所用介質(zhì)組成物可有變化范圍較寬的尺寸和形狀。例如，可為倒角圓柱形，可為相當(dāng)扁平的，圓形的、長(zhǎng)方形的或三角形的片，或者，可為不確定的或隨意的形狀和尺寸。一般而言，該介質(zhì)組成物的最小尺寸不低于0.6公分左右，且其最大尺寸通常不超過(guò)3公分左右。該組成物最適合特殊應(yīng)用的尺寸和構(gòu)型決定于工作件的重量，尺寸和型態(tài)，正如熟悉此技術(shù)者所熟知，這些也表明了物件對(duì)介質(zhì)的最適比例。就后者而言，介質(zhì)的一項(xiàng)重要功能即在于確使物件彼此滑移，因而可使其間的直接損害性撞擊減少到最低限度。因此之故，當(dāng)物件相當(dāng)大且是由高度致密材料制成時(shí)，就要采用高的介質(zhì)比例;如，約為10∶1的介質(zhì)∶物件的比例，或者在某些情況中，甚至更高于此的比例。相反地，當(dāng)工作件相當(dāng)小且重量低時(shí)，在物質(zhì)精制設(shè)備中產(chǎn)生小動(dòng)量，因此，約為3∶1的物件對(duì)介質(zhì)的比例可能是適用的。
雖然其它類型的物質(zhì)精制設(shè)備，例如，通風(fēng)的臥式或開(kāi)口圓筒，和高能量離心圓盤機(jī)等也可以用，不過(guò)，本發(fā)明的方法最常在振動(dòng)精制裝置內(nèi)進(jìn)行。通常，該裝置是在800到1500rpm和1到8毫米振幅調(diào)定等條件下操作;不過(guò)，較適當(dāng)條件為振幅調(diào)定在2到4毫米。事實(shí)上，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一即為可使精制操作在比其它方式所需更為低的振幅調(diào)定下進(jìn)行，如此低的條件可歸因于采用高密度介質(zhì)所導(dǎo)致的更有效的能量傳送。除了減低動(dòng)力需求外，較低的振幅似乎也對(duì)因使用這種介質(zhì)可能產(chǎn)生的波紋效果有減少至最低限度的作用。
本發(fā)明的關(guān)鍵內(nèi)容當(dāng)然是在精制操作過(guò)程中使用某種溶液，可將工作件表面轉(zhuǎn)化成比基材金屬更易去除的反應(yīng)物。這種一般概念在上述Michaud等人的專利中已充分?jǐn)⑹鲞^(guò)，且該專利所述的配方可在本發(fā)明的操作中使用而得良好效果。對(duì)于相同目的具高度效率的其它配方在一九八六年十一月二十日提出申請(qǐng)的待批專利第929，790號(hào)中已述及并且要求保護(hù)，專利人為Robert.G.Zobbi和MarkMichaud，其標(biāo)題為“金屬表面精制的組成物和方法”(CompositionandMethodforMetalSurfaceRefinement)，目前已頒布為美國(guó)專利第4，705，594號(hào)。從前面所述，和上文所列的實(shí)施例與揭示的內(nèi)容，可以了解在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以有種類繁多的組成物供使用，對(duì)于熟悉此技術(shù)者，顯然可由此選擇特定的配方。
通常，將這種組成的活性成份溶于水中，且使總濃度達(dá)到每升15到250克;不過(guò)，此濃度明顯地取決于所用的特殊成份。較常用的活性成份濃度是在每升30到100克的范圍內(nèi)，且在大部分用例中，此量不超過(guò)每升60克。
該溶液可用幾種流動(dòng)方式的任何一種來(lái)使用，但如上所述，最佳結(jié)果常是以連續(xù)流動(dòng)方式操作而獲得，典型流速為每小時(shí)約11升。另外，該溶液也可用批量方式或在設(shè)備內(nèi)循環(huán)通過(guò)等方式使用;任何用法通常都是在室溫下加入。
總之，本發(fā)明提出一種新穎且高度有效的應(yīng)用物理化學(xué)精制技術(shù)達(dá)到金屬表面精制的方法。表面的精制可在一個(gè)步驟中以比先有技術(shù)同類方法更高的速率達(dá)到;特別是，從算術(shù)平均粗糙度等級(jí)約100Ra的表面開(kāi)始處理，可在少于10小時(shí)，且在許多例中，少于7小時(shí)的精制期間內(nèi)，達(dá)到小于2的算術(shù)平均粗糙度和鏡面亮度。本發(fā)明方法可提供比同類先有方法更高的經(jīng)濟(jì)性和容易度，且從環(huán)保觀點(diǎn)看也有其優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種物體金屬表面精制的方法，其中，將大量組成物，包括一些具有相當(dāng)粗糙金屬表面的物體和能使該表面轉(zhuǎn)化成較軟形態(tài)的溶液，加到物質(zhì)精制裝置的容器內(nèi)，并在容器內(nèi)快速攪動(dòng)一定時(shí)間，使該組成物之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)使該表面維持在被該溶液濕潤(rùn)的狀態(tài)，以使暴露于其中的任何金屬連續(xù)地進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以便通過(guò)化學(xué)和機(jī)械作用使粗糙度明顯降低；本方法的改進(jìn)部分包括在該大量組成物內(nèi)含有一些相當(dāng)重且非磨蝕性固體介質(zhì)組成物，其含量和尺寸要經(jīng)過(guò)選擇以在攪動(dòng)狀態(tài)下增進(jìn)組成物之間及相對(duì)于該物體之間的相對(duì)滑動(dòng)，該介質(zhì)組成物是由已熔融成粘結(jié)物的氧化物粒的混合物構(gòu)成，且實(shí)質(zhì)上不含個(gè)別的磨蝕顆粒，該粘結(jié)物質(zhì)含有，以不包括氧的方式計(jì)算，約60到80重量百分比的鋁和5到30重量百分比的硅，且具有至少每立方厘米約2.75克的密度，該數(shù)量的介質(zhì)組成物具有至少每立方厘米約1.70克的松密度。
2.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，不包括氧計(jì)算時(shí)，該粘結(jié)物基本上含有約76到78重量百分比的鋁，約10到12重量百分比的硅，約5到9重量百分比的鐵，和約4到6重量百分比的鈦。
3.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，不包括氧計(jì)算時(shí)，該粘結(jié)物基本上含有約63到67重量百分比的鋁，約26到30重量百分比的硅，約2到4重量百分比的鈉，約1到2重量百分比的鉀和約0.5到0.8重量百分比的磷。
4.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，不包括氧計(jì)算時(shí)，該粘結(jié)物基本上含有約62到73重量百分比的鋁，約7到14重量百分比的硅，約10到25重量百分比的錳，和約1到4重量百分比的鈉。
5.按權(quán)利要求1所述之方法，其中構(gòu)成該粘結(jié)物的該氧化物顆粒具有不超過(guò)約25微米之直徑。
6.按權(quán)利要求5所述之方法，其中，該氧化物顆粒基本上全部都具有至少約1微米的直徑。
7.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，該粘結(jié)物具有低于每立方厘米約3.5克的密度，且其金剛石錐硬度值從約845到1200，是以ASTM方法E-384，用1000克荷重測(cè)定的值，且其中該數(shù)量的介質(zhì)組成物具有低于每立方厘米約2.5克的松密度。
8.按權(quán)利要求1所述之方法，該數(shù)量的物件和該數(shù)量介質(zhì)組成物是以約0.1到3∶1的物件∶介質(zhì)的體積比存在于該大量組成物中。
9.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，在該操作期內(nèi)，該數(shù)量的介質(zhì)組成物之平均重量損失率不超過(guò)每小時(shí)約百分之0.1。
10.按權(quán)利要求1所述之方法，該介質(zhì)組成物在該操作期間內(nèi)，保持實(shí)質(zhì)上不含尖銳棱邊。
11.按權(quán)利要求2所述之方法，其中，該氧化物粒的混合物在高溫減壓下加熱而產(chǎn)生該粘結(jié)物。
12.按權(quán)利要求11所述之方法，其中，所用高溫約為1175℃。
13.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，該溶液是水溶液，其活性成份包含草酸根。
14.按權(quán)利要求13所述之方法，其中，該溶液含有每升約0.125到0.65克分子的草酸根。
15.按權(quán)利要求14所述之方法，其中，該溶液含有每升約0.05到0.15克分子的磷酸根。
16.按權(quán)利要求14所述之方法，其中，該溶液含有每升約0.004克分子的硝酸根。
17.按權(quán)利要求14所述之方法，其中，該溶液含有每升約0.001到0.05克分子的過(guò)氧根。
18.按權(quán)利要求16所述之方法，其中，該溶液含有每升約0.001到0.05克分子的過(guò)氧根。
19.按權(quán)利要求18所述之方法，其中，該草酸根、硝酸根和過(guò)氧根分別取自草酸、硝酸鈉和過(guò)氧化氫或過(guò)氧硫酸鈉。
20.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，該相當(dāng)粗糙金屬表面具有至少約100的算術(shù)平均粗糙度值，所述粗糙度的顯著減低而產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上無(wú)波紋的表面，其算術(shù)平均粗糙度值為2或以下，且該操作時(shí)間少于約10小時(shí)，而所述算術(shù)平均粗糙度值系用“P-5”Hommel檢驗(yàn)器或同等設(shè)備測(cè)定的結(jié)果，其單位為微吋。
21.按權(quán)利要求1所述之方法，其中，所述快速攪動(dòng)系在振動(dòng)物質(zhì)精制裝置中，以2到4毫米的振幅條件進(jìn)行操作。
22.一種物體金屬表面的精制方法，其中，將許多組成物，包括一些具有相當(dāng)粗糙金屬表面的物件和能使該表面轉(zhuǎn)化成較軟形態(tài)的溶液，加入物質(zhì)精制裝置的容器內(nèi)，并在其內(nèi)部快速攪動(dòng)一段時(shí)間，使該大量組成物之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)使該表面維持在被該溶液濕潤(rùn)的狀態(tài)以使暴露于其中的任何金屬連續(xù)地進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以便通過(guò)化學(xué)和機(jī)械作用使粗糙度明顯降低;本方法的改進(jìn)部分包括在該大量組成物內(nèi)含有一些相當(dāng)重且非磨蝕性固體介質(zhì)組成物，選擇其含量和尺寸，以便在攪動(dòng)狀態(tài)下增進(jìn)組成物之間及相對(duì)于該物體之間的相對(duì)滑動(dòng)，該介質(zhì)組成物是由直徑約1到25微米的氧化物顆?；旌衔锼鶚?gòu)成，經(jīng)熔化成粘結(jié)物且實(shí)質(zhì)上不含個(gè)別的磨蝕粒，該粘結(jié)物基本上含有，以不包括氧的方式計(jì)算，約76到78重量百分比的鋁，約10到12重量百分比的硅，約5到9重量百分比的鐵和約約4到6重量百分比的鈦，且其密度約為每立方厘米2.75到3.5克，其金剛石錐硬度值約845到1200，是用ASTM方法E-384以1000克荷重測(cè)定的結(jié)果，該數(shù)量的介質(zhì)組成物具有每立方厘米約1.70到2.5克的松密度。
23.一種用一步法將物體的金屬表面精制到拋光狀態(tài)的方法，其中，將大量組成物，包括一些具有相當(dāng)粗糙金屬表面的物件和可將該表面轉(zhuǎn)化成較軟形態(tài)的溶液，加入物質(zhì)精制裝置的容器內(nèi)，并在其內(nèi)部快速攪動(dòng)一段時(shí)間使該組成物之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)使該表面維持在被該溶液濕潤(rùn)的狀態(tài)，以使暴露于其中的任何金屬連續(xù)地進(jìn)行轉(zhuǎn)化，為的是通過(guò)化學(xué)和機(jī)械作用使粗糙度明顯減低，且在上述處理之后，仍在該容器內(nèi)，用對(duì)該金屬呈惰性的液體取代上述溶液繼續(xù)攪動(dòng)該大量組成物;該方法的改進(jìn)部分包括在該大量組成物內(nèi)含有一些相當(dāng)重且非磨蝕性固體介質(zhì)組成物，選擇其含量和尺寸以便在攪動(dòng)狀態(tài)下增進(jìn)組成物之間及相對(duì)于該物體之間的相對(duì)滑動(dòng)，該介質(zhì)組成物由氧化物顆?；旌衔飿?gòu)成，它們經(jīng)熔化成粘結(jié)物且實(shí)質(zhì)上不含個(gè)別的磨蝕粒，該粘結(jié)物基本上含有，以不包括氧的方式計(jì)算，約60到80重量百分比的鋁和5到30重量百分比的硅，且其密度至少約為每立方厘米2.75克，該數(shù)量的介質(zhì)組成物具有至少每立方厘米約1.70克的松密度。
24.按權(quán)利要求23所述之方法，其中，該液體為堿性皂水溶液。
25.按權(quán)利要求23所述之方法，其中，該方法可將該金屬表面精制到鏡面狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種物理化學(xué)方法，可將相當(dāng)粗糙的金屬表面在相當(dāng)短時(shí)間內(nèi)精制到具高度光滑度和亮度的狀態(tài)，其特征是采用非磨蝕，高密度的摩擦拋光介質(zhì)。該方法可在一步驟內(nèi)完成且產(chǎn)生最少的介質(zhì)微粉，因而，具有經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23F1/00GK1043349SQ8810836
公開(kāi)日1990年6月27日 申請(qǐng)日期1988年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月3日
發(fā)明者馬克·D·米肖 申請(qǐng)人:蘭姆化學(xué)有限公司