[发明专利]一种光学零件加工用高稳定性磁流变抛光液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学零件的超精密加工制造技术领域，具体涉及一种光学零件加工用高稳定性磁流变抛光液及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，现代光学系统日新月异，被广泛应用于激光武器、光学反射镜、透镜、光学扫描系统、光纤通讯、星载激光测高仪等等，对光学零件需求量不断上升。光学制造行业需要在短时间内稳定提供大批量各种口径的光学零件，而且光学零件的表面精度要求较高，面形精度需要优于几十纳米，表面粗糙度则需要优于纳米级别。传统表面加工生产出的光学零件很难达到纳米甚至微纳米精度，而且传统加工方式存在各种缺点例如：加工后的光学工件表面可能存在亚表面损伤、热集聚效应、磨头与工件表面难以吻合，去除函数波动较大。磁流变抛光技术在业内被称为“革命性”技术，融合了电磁学、计算机控制系统、分析化学，而且磁流变抛光效率较高，同时具备抛光精度高、去除函数稳定、去除量确定、去除效率高、不产生亚表面损伤、适合于各种面型抛光等优点，可以满足现代光学零件的加工各种需求。

磁流变抛光液在抛光机床中循环流动，其在抛光轮上形成类固态的缎带，对光学工件表面进行材料去除，因此其性能必须稳定。性能稳定的抛光液，是材料稳定去除的前提保障，也是获得高表面精度的光学零件的基础。因此，磁流变抛光液的制备成为一项关键技术。磁流变液在磁场中从液态迅速转变为类固态，表现出独特的流变性。磁流变抛光液形成的“柔性磨头”可以通过改变外加磁场强度对进行控制。“柔性磨头”在计算机控制系统设定的加工轨迹运行，对光学工件表面进行确定性材料去除。因此，要使磁流变抛光过程稳定效率高，获得的光学零件表面面形精度高，无亚表面损伤，研制出性能优异的磁流变抛光液尤为重要。

目前，国外QED公司已经研制出商用磁流变抛光机床及配套的磁流变抛光液，其配方组成成分保密。其申请的专利(US5804095)中公开的是包含丙三醇为添加剂，碳酸钠为抗氧化剂，氧化铈作为抛光粉。根据其配方配制出的磁流变抛光液抗沉降性和抗氧化性较差，使用寿命短。国内也对磁流变抛光液进行研究。公开号CN101139504A公开了一种通过球磨法改性羰基铁粉，配制出磁流变抛光液。其中存在使用烘干箱进行烘干步骤，羰基铁粉在烘干过程存在一定的氧化以及板结，未进行粉碎处理，降低其磁流变抛光液的使用寿命，且羰基铁粉活化过程较为复杂，无法大量生产满足实际加工需求。公开号CN101250380A公开了一种纳米微米级别羰基铁粉复配的水基磁流变抛光液，以羧甲基纤维素钠作为触变剂。由于羧甲基纤维素钠溶液的粘度会随着时间增长而下降，影响水基磁流变抛光液的零场粘度稳定性。而且羰基铁粉在球磨过程中会受到钢球的切削作用，会破坏羰基铁粉的表面，降低羰基铁粉的磁学性能。配置出来的磁流变抛光液放置两周后即结块板结，再分散性能较差。公开号CN104231941A公开的光学玻璃抛光用磁流变液零场粘度1.7Pa·s，屈服应力4.5KPa。零场粘度超过1Pa·s，粘度较大难以在磁流变抛光机床循环装置中顺畅流动。屈服应力较小，对光学零件表面材料去除效率较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术存在的缺陷，提供了一种抛光去除效率高、抛光稳定性能优异、再分散性能及抗氧化性能良好，制备工艺简单适用，适用于光学零件用高稳定性磁流变抛光液。

本发明为用于光学零件加工用高稳定性磁流变抛光液，采用下述技术方法。

一种用于光学零件加工用高稳定性磁流变抛光液，它是由以下成分以体积百分比组成：磁性颗粒30％～40％，润湿剂1％～3％，pH调节剂0.1％～0.5％，抗腐蚀剂0.1～0.5％，表面活性剂1％～3％，触变剂0.1％～1％，抛光粉0.1％～5％，去离子水50％～60％。

所述磁性颗粒选用羰基铁粉，粒径分布在1～10μm，中位粒径在3.5μm。因其具有纯度高、粒度细、磁导率高、矫顽力低、磁致损失少、饱和磁化强度高等优良特性，满足磁流变液的性能要求。

所述润湿剂选用丙三醇或聚乙二醇600，加入后能使羰基铁粉表面被水完全润湿，且延缓水分的流失。

所述pH调节剂选用选用碳酸钠，将pH调节至10左右，能够有效延缓羰基铁粉在去离子水的氧化。抗腐蚀剂选用苯甲酸钠，能够有效抑制去离子水中微生物对羰基铁粉的腐蚀。

所述的表面活性剂选用六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠或木质素磺酸钠。这类分散剂内含有羧酸基团，能够稳定吸附在羰基铁粉表面，具有较强的分散、悬浮作用；并能有效分散羰基铁粉，改变羰基铁粉表面的电势，提高磁流变抛光液的分散稳定性。