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文檔簡(jiǎn)介
1、鈦合金和鎳基合金是非常重要的工程合金材料,具有非常優(yōu)異的高溫機(jī)械性能、高溫抗氧化和耐酸堿腐蝕等性能,在航空航天、石油化工、軍事裝備和微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。MEMS器件等高精密儀器對(duì)合金表面質(zhì)量要求非常高,需要對(duì)表面進(jìn)行平坦化加工,使粗糙度達(dá)到納米級(jí)。目前合金表面平坦化技術(shù)主要有機(jī)械拋光、化學(xué)拋光和電解拋光等,這些方法存在效率低、表面質(zhì)量差和污染環(huán)境等缺點(diǎn)。本文針對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金和Hastello
2、y C2000鎳基合金,研制了新型綠色環(huán)保拋光液,采用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法對(duì)其進(jìn)行表面平坦化,獲得了粗糙度亞納米級(jí)的光滑表面,并采用電化學(xué)和X射線光電子能譜(XPS)對(duì)合金CMP的機(jī)理進(jìn)行了研究。
新型環(huán)保CMP拋光液主要由硅溶膠、雙氧水、可食用有機(jī)酸和去離子水組成,避免使用HNO3、HF等強(qiáng)腐蝕性溶液。Ti-6Al-4V拋光液中采用食品添加劑蘋果酸和檸檬酸調(diào)節(jié)pH為3.5~4.5,經(jīng)過(guò)20 min拋光,表面粗糙度Ra
3、和rms達(dá)0.684 nm和0.856 nm。電化學(xué)結(jié)果表明,酸性溶液能促進(jìn)Ti-6Al-4V腐蝕反應(yīng),腐蝕速率隨H2O2濃度增加而增大,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與CMP去除率實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。XPS能譜分析表明,優(yōu)化拋光液浸泡后和CMP后Ti-6Al-4V表面主要成分為TiO2和Al2O3,以及極少量的TiO、Ti2O3和VO2,而表面10 nm深度處為Ti、Al和V金屬單質(zhì),表明在拋光液作用下鈦合金表面會(huì)生成一層氧化膜。
在鈦合金CMP基礎(chǔ)上
4、,采用機(jī)械拋光-化學(xué)機(jī)械拋光兩步拋光工藝對(duì)鎳基合金表面進(jìn)行平坦化,加工后 C2000鎳基合金表面為光滑鏡面,表面粗糙度 Ra和 rms最優(yōu)達(dá)0.705 nm和0.958 nm。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了5種不同處理方式下C2000樣品表面XPS能譜,以分析CMP過(guò)程中拋光液中各成分和機(jī)械作用對(duì)C2000表面的作用。結(jié)果表明H2O2與C2000發(fā)生氧化反應(yīng),提高表面CrO3、Ni(OH)2和MoO3含量比例;蘋果酸溶液能溶解NiO和 Ni(OH)2等氧化
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