隨著市場上對成像質量以及器件小型化要求的不斷提高，高精度的光學非球面鏡逐漸在光學儀器、空間激光通信、航空航天等領域中得到重要應用。作為新一代光學加工技術，磁流變拋光技術具有去除函數(shù)穩(wěn)定、材料去除效率高、加工過程可控、拋光后的面形精度高、適合復雜表面加工等特點，在非球面加工中有著很大的應用前景。不過由于國外對磁流變拋光關鍵技術，特別是制磁流變拋光液的研制嚴格保密，使得我國磁流變拋光技術在實際工程的應用中受到了限制。
來源：中科擎邦科技有限公司
磁流體拋光技術原理
磁流變拋光實現(xiàn)精密加工的關鍵在于磁流變液。在無外加磁場時磁流變液呈流體狀態(tài)，鐵磁顆粒粒子隨機的分散于體系中，但當施加一外磁場后，磁性微粒在磁場作用下會沿磁場方向發(fā)生流變而形成的具有粘塑特性的“柔性拋光?！?，拋光時，磁流變液形成的“柔性拋光模”在與工件接觸的區(qū)域形成剪切力，通過調整工件的旋轉角度和速度即可實現(xiàn)工件表面材料各向均勻去除，得到光滑表面。
磁流變拋光原理（來源：參考文獻1）
磁流變拋光液的性能要求
作為磁流變拋光的關鍵耗材，磁流變拋光液既要具有傳統(tǒng)磁流變液的基本性能，同時具有一些能夠滿足精密拋光的性能要求，如零磁場粘度低、抗沉降穩(wěn)定性好、易于再分散、剪切屈服應力高、動態(tài)響應速度快、工作范圍寬、環(huán)保等，在配制磁流變拋光液過程中，所選擇的添加成分需要充分考慮到這些指標，才能達到優(yōu)異的拋光效果。
磁流變拋光液除了包括連續(xù)相的基載液、分散相的鐵磁微粒和穩(wěn)定劑等典型磁流變液所包含的成分，還會加入拋光粉來提升拋光效率。
01
基載液
磁流變拋光液的基載液主要分為水基和油基兩大類。
水基磁流變拋光液通常采用去離子水作為基載液，光學玻璃利用其進行拋光，會發(fā)生水解反應，有利于拋光的進行，提升拋光速率，且零磁場粘度較小，拋光后易清洗。但水基載液在拋光過程中易于蒸發(fā)，對磁流變液組成成分造成較大影響，需要定期加基載液來保證成分穩(wěn)定，同時水基磁流變拋光液還存在分散穩(wěn)定性差和抗氧化性差的缺點，容易引起磁流變器件工作效率明顯下降?甚至失效。
油基型磁流變液是針對KDP晶體等水溶性材料而研發(fā)的一類拋光液，通常采用硅油、礦物油、合成烴、甘油等作為基載液，其除了不會溶解可溶性晶體，相比水基型磁流變拋光液，還具有分散穩(wěn)定性好、防腐性好的優(yōu)點，不過由于零磁場粘度太大，會造成拋光后工件不容易清洗干凈會引起拋光后工件表面的污染。
02
磁性微粒
磁流變液所具有的流變效應是由于磁性顆粒在磁場作用下，形成了磁偶極子，相互作用形成鏈狀或是柱狀結構，從而變成了類固體狀態(tài)，因此，磁性顆粒的性能是影響磁流變前屈服應力的主要因素之一。目前，羰基鐵粉因其一系列獨特特性，成為了磁流變拋光液最常用的磁性顆粒材料之一：
（1）羰基鐵粉的飽和磁感應強度高達2.2T，可以保證磁流變液具有較高的剪切屈服應力。
（2）磁矯頑力最小可達0.05奧斯特，可確保磁流變液可以在退去磁場后，液體粘度迅速恢復為零磁場粘度狀態(tài)，保障拋光過程中液體可穩(wěn)定循環(huán)回收。
（3）硬度適中，形狀呈洋蔥球層狀獨特結構，在拋光時不會對光學零件表面造成損害。
（4）羰基鐵粉的磁化性能受溫度影響較小，磁流變液在不同溫度條件下都能保持穩(wěn)定的性能。
（5）羰基鐵粉具有較高的磁導率，使得磁流變液能夠在較弱的磁場下表現(xiàn)出良好的響應性能。
（6）磁滯回線狹窄、內聚力小，可以降低磁流變液流變的能耗損失；
羰基鐵粉（來源：網絡）
03
拋光粉
在磁流變拋光過程中，磁流變拋光液經過拋光區(qū)域，在磁場作用下，磁流變液則形成柔性拋光磨頭，而拋光粉則從拋光液中滲出，直接作用于光學玻璃的表面，在柔性拋光磨頭旋轉形成的剪切力作用下，實現(xiàn)工件表面材料的去除。拋光粉的選擇對加工過程中的剪切作用有著重要影響。
拋光粉的硬度越大，拋光效率就越高，目前通用的拋光粉按硬度從大到小排序有：金剛石微粉、氧化鋁、氧化鈰等，金剛石微粉常用于拋光碳化硅等硬度較大的材料，氧化鋁成本相對較低，常用于大尺寸藍寶石單晶、激光晶體、光纖接口等光學晶體等領域，而氧化鈰能夠與與二氧化硅表面發(fā)生縮合反應，提升拋光速率，是拋光玻璃材料最常用的拋光粉。
磁流變拋光區(qū)域示意圖（來源：參考文獻1）
除此之外，拋光粉粒徑對于拋光效果也存在一定影響。在磁場的影響下，磨粒夾雜在排成鏈狀結構的羰基鐵粉（CIP）之間，當夾雜在CIP磁鏈中的磨粒粒徑越大，CIP磁鏈的變形越嚴重，結合強度越弱，磁力相互作用越小。當CIP與磨料粒度差異較小時，力的相互作用越大，拋光效率更高。
04
分散穩(wěn)定劑
由于磁流變液中鐵磁顆粒的密度遠大于基載液，隨著時間的推移，磁流變液極易發(fā)生沉降，通常這些顆粒沉降后凝結在一起會形成難以再分散的結塊，這將嚴重影響磁流變液的性能，甚至導致磁流變液失效，最終影響磁流變拋光效果。為了使磁流變拋光液保持穩(wěn)定，往往需要添加分散穩(wěn)定劑。
分散穩(wěn)定劑大致可分為陰離子型、陽離子型、兩性離子型、非離子型四種，其選擇取決于被分散物質的特性、分散介質的性質等多種因素。比如含羰基鐵粉的磁流變液常采用含有-COOH基團的陰離子型分散劑，-COOH基團可以通過離子鍵、共價鍵、氫鍵及范德瓦爾斯力等相互作用，在固體顆粒表面上形成緊密的不可逆吸附，從而形成為穩(wěn)定的分散體系。
四種分散穩(wěn)定劑結構
此外，分散劑分子量的大小也會對分散體系的粘度和分散特性造成較大的影響，分子量過小將無法為鐵粉粒子提供足夠大的空間排斥力不利于磁流變液體系的穩(wěn)定，分子量過大會造成疏水鏈間的纏繞發(fā)生絮凝，造成磁流變液的初始粘度過大，易發(fā)生絮凝，影響磁流變液的流變性。
05
其他添加劑
除了分散穩(wěn)定劑外，磁流變拋光液中往往還會根據(jù)情況添加潤濕劑，提高磁性顆粒在拋光液中的潤濕性；添加PH調節(jié)劑，保證分散穩(wěn)定劑發(fā)揮最佳的效果，并保證磁流變液的防銹能力.....
小結
磁流變拋光液是磁流變拋光的關鍵技術之一，磁流變拋光液性能的好壞決定磁流變拋光效率的高低和拋光后工件的表面質量優(yōu)劣。目前我國在磁流變拋光液的配制技術上仍受制于人，需要進一步對磁流變拋光液分散機理的研究，并結合實際加工需求，合理搭配各組成成分，優(yōu)化磁流變拋光液的分散穩(wěn)定性、磁學性能、流變性能等。
參考文獻：
1.白楊.磁流變拋光液的研制及去除函數(shù)穩(wěn)定性研究[D].中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所).
2.董惠文.非水基磁流變拋光液及拋光工藝研究[D].西安工業(yè)大學.
3.戴立達,張爭艷,喬國朝.磁流變拋光技術研究進展[J].機械設計與制造.
