高效金属镜面光整加工关键技术

轴承、活塞环、钢领/钢丝圈、五金工具、3C金属外壳等基础零部件大量而广泛的应用于高铁、航空/航天、纺织、5G通讯、汽车等行业，其表面质量是装备制造业赖以生存和发展的基础，其水平直接决定着重大装备和主机产品的质量、寿命和可靠性。然而，这些金属零件在表面光整加工中，大多存在着表面硬度大、批量加工难、时间长、工序多、化学污染严重和金属粉尘爆炸隐患等诸多问题，导致高表面质量的基础零部件长期依赖于进口。因此，研制适用于基础金属零部件表面的高效、无/低损伤、批量化、安全和环保的精密光整加工技术是本行业亟需解决的关键难点之一。

本项目在国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等十余个项目的资助下，对以轴承钢球、活塞环、纺织钢丝圈等为代表的基础金属零部件的表面光整技术开展了系统和深入的研究，发展出绿色金属高效精密抛光新工艺及装备，获得表面粗糙度Ra为0.02微米的镜面质量，主要创新点如下：

1.提出化学机械抛光（CMP）材料单分子层去除机制，将化学作用引入传统机械抛光中，研究了化学与机械的协同作用，发展出碳钢高效批量超精密光整加工技术，抛光时间缩短7-25倍。

2.提出润滑/缓蚀双层结构调控的思想，研究了复合缓蚀剂的电化学作用，实现了铝合金/不锈钢/铜高效精密抛光新工艺，铝合金手机外壳的抛光时间由5min缩短为1min，效率提高了近4倍。

3.提出调控磨料/基体微观接触行为的学术思想，建立了磨粒与工件的弹塑性接触模型，研发出金属无尘精密光整加工装备，避免了金属粉尘爆炸的危险。

该技术已被国内400多家生产企业采用，广泛应用于五金套筒、轴承、汽车、纺织配件、金属工艺品、齿轮、钟表、餐具和3C数码产品外壳等行业领域。本项目的抛光技术中不含磷和重金属和其他有毒元素。等 pH近中性，一道工序完成清洗、除油、去氧化皮、除锈和抛光，实现批量加工，环境效益显著。轴承钢球的抛光时间由传统机械抛光的140余小时降低为20小时，钢丝圈、五金套筒等的抛光时间由20余小时缩短为1-2小时，铝合金/不锈钢的抛光效率提高3-4倍。自2017年至2019年，仅5家代表性公司累计增加销售10.05亿元，新增利润1.0334亿元。

申请发明专利20余项，授权发明专利8项。

本项目突破了基础金属零部件表面光整关键技术瓶颈，打破了国际垄断，提升了重大装备和主机产品的性能、质量及可靠性，对推动我国智能制造和高端精密装备行业科技进步具有重要作用，助推了“一带一路”倡议的实施。

联系人：赵永武

电 话：13771116216

邮 箱：zhaoyw@jiangnan.edu.cn

图1 基础零部件在重大装备中的应用

图 2 单分子层去除机理与材料去除速率的动态平衡方程

图 3 化学与机械作用对材料去除的影响规律

图 4 微观接触模型

图 5 部分应用案例