1.一种预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述均匀高效抛光通过低压磨粒流实现;所述低压磨粒流在楔形流道内抛光碳化硅工件,所述楔形流道的上顶面倾斜角度可调,通过置于加工装置内的角度调整机构实现;所述芬顿预处理是对碳化硅工件的表面预处理,在抛光前通过芬顿反应使碳化硅工件表面生成二氧化硅薄层,降低工件表面硬度;所述磁场为置于加工装置正下方的电磁铁所产生的垂直工件表面的强度可调均匀磁场,在所述磁场的作用下,流场中的磁性磨粒被磁化,受磁场力作用向工件表面运动;所述磁性磨粒为镀镍碳化硅磨粒。
2.如权利要求1所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,实现所述方法的系统包括由压力表、加工装置、磨粒缸、泵、控制阀组成的低压磨粒流回路,置于加工装置下方的电磁铁,置于磨粒缸中的搅拌器和水冷装置以及系统控制器;在搅拌器和水冷装置的作用下,均匀且恒温的磨粒流通过泵从磨粒缸吸出并送入管道,经过控制阀和压力表后流入配备了电磁铁的加工装置中,再通过管道回流到磨粒缸,整个加工过程通过系统控制器实现自动控制。
3.如权利要求1或2所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述角度调整机构包括顶盖、调整板、固定销、固定套和销轴,调整板左侧通过销轴与顶盖联接,调整板可以绕销轴转动,当转动角度确定后,通过调整板右端的定位销和定位套固定调整板的位置;顶盖的下凸缘两侧开有设定数量对限位孔,由于加工装置体积的限制以及调整板绕销轴转动时引起的右端垂直位移较小,各个限位孔开在同一圆弧上会产生重叠,因此把限位孔开在三个半径不同的圆弧上。
4.如权利要求3所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述加工装置加工时低压磨粒流从左侧进入,右侧流出,加工过程中流体和磨粒与加工装置腔体或工件表面的摩擦碰撞会导致能量损失,引起流场内沿流动方向上的压力下降,进而导致磨粒对工件表面的剪切力下降;所述角度调整机构能够使楔形流道上顶面的倾斜角在设定范围内按整数角度改变,实现流道截面积沿磨粒流动方向的逐渐缩小,弥补流场内沿流动方向上的压力下降,从而弥补工件表面沿流动方向上的剪切力下降,使工件表面的抛光力分布均匀,抛光后工件表面粗糙度分布均匀。
5.如权利要求1或2所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述低压磨粒流指磨粒流的压力在0.05~2MPa。
6.如权利要求1或2所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述芬顿预处理是对碳化硅工件的表面预处理,在抛光前通过芬顿反应使碳化硅工件表面生成二氧化硅薄层,降低工件表面硬度,先把碳化硅工件置于PMMA材质的工件套内,只露出需要抛光的薄层,再放入芬顿反应试剂中;所述芬顿反应试剂由硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液配制而成,控制芬顿反应试剂中硫酸亚铁和过氧化氢的质量分数分别为0.02%和5%;
在二价铁离子的催化作用下,过氧化氢分解生成具有强氧化性的羟基自由基,暴露在芬顿反应试剂中的碳化硅薄层被氧化生成二氧化硅薄层;二氧化硅的硬度相对碳化硅较低,这有利于后续磨粒流抛光,使抛光后工件表面粗糙度降低并提高加工效率,碳化硅工件被PMMA工件套包裹的部分未参与反应,不受影响。
7.如权利要求1或2所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述磁场为施加于楔形流道内且垂直于工件表面的强度在0.01~1.00T区间内可调的均匀磁场,其通过置于加工装置正下方的电磁铁生成,磁场强度由系统控制器调整,通过改变电磁铁线圈中的电流大小实现磁场强度的调节。
8.如权利要求1或2所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述磁性磨粒在强度可调的均匀磁场作用下被磁化,磁场强度为B,磁场方向垂直工件表面向上,被磁化的磁性磨粒受到垂直指向工件表面的磁场力作用,在楔形流道内沿平行于工件表面方向流动的同时沿垂直指向工件表面方向流动,磁场力在增大磁性磨粒对工件表面压力的同时使原本在流道截面内无序分布的磁性磨粒向工件表面聚集,提高磨粒在工件表面的驻留时间,从而提高加工效率、缩短加工时间。
9.如权利要求1或2所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述磁性磨粒为镀镍碳化硅磁性磨粒,磁性磨粒粒径0.2~5μm,在磨粒流中的质量分数介于5~15%,磁性磨粒中的碳化硅作为磨粒,通过化学作用镀在碳化硅表面的镍作为磁性层,使磨粒能在磁场作用下被磁化。
10.如权利要求1或2所述的预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法,其特征在于,所述泵发热和控制阀节流会导致加工回路内的磨粒流温度上升,而磨粒流温度上升会导致磨粒流粘度变化,造成工件表面抛光力变化,最终造成抛光质量下降,为避免磨粒流温度升高导致上述不良影响,在磨粒缸中安装水冷装置,通过系统控制器调节水冷装置的冷却水流量以维持磨粒流的温度在15~45℃范围内。