中國粉體網(wǎng)訊  近日，四川大學(xué)余德平教授團(tuán)隊(duì)采用中性環(huán)保拋光液實(shí)現(xiàn)TC4合金化學(xué)機(jī)械拋光的近原子級(jí)制造。該成果發(fā)表在期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上。

來源：Jinwei Liu, et al. Close-to-Atomic Precision Surface Achieved through a Neutral and Eco-friendly Slurry in Chemical Mechanical Polishing of TC4 Alloy.

原子級(jí)制造是指將能量作用于原子，通過原子級(jí)材料的可控去除或者原子/分子級(jí)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模操控及組裝,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能與功能躍遷的前沿制造技術(shù)，是繼微納制造之后新的使能技術(shù)，代表著人類對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)知和制造能力發(fā)展的新階段，對(duì)支撐國家重大戰(zhàn)略需求乃至促進(jìn)未來新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革發(fā)展具有重大意義。

來源：雒建斌等，原子級(jí)制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題.

鈦合金因其優(yōu)異的材料性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和新能源產(chǎn)業(yè)。例如，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，成骨植入物的表面越光滑，其疲勞壽命就越長。然而，鈦合金在加工過程中面臨著典型的挑戰(zhàn)。它的一些材料特性，如低導(dǎo)熱性和高化學(xué)活性，不利于傳統(tǒng)的機(jī)械加工，導(dǎo)致加工過程中鈦合金表面極易出現(xiàn)加工缺陷。

原子級(jí)和近原子級(jí)制造是提高鈦合金組件運(yùn)行性能的先進(jìn)方法。化學(xué)機(jī)械拋光因具有低去除能量閾值和低接觸壓力的特點(diǎn)，是有望實(shí)現(xiàn)鈦合金表面原子級(jí)制造的一種前沿技術(shù)。但，盡管化學(xué)機(jī)械拋光是目前實(shí)現(xiàn)原子層拋光最有效的技術(shù)之一，在鈦合金CMP中，還缺乏一種能夠產(chǎn)生超光滑和低損傷表面的中性和環(huán)境可持續(xù)漿料。

此研究提出了一種由H₂O₂和堿金屬離子組成的中性環(huán)保型研磨液，它不同于傳統(tǒng)TC4合金拋光中需要深度參與的H⁺、OH^-或有害化學(xué)物質(zhì)。結(jié)果表明，堿金屬離子的動(dòng)態(tài)離子半徑不斷減小，能顯著促進(jìn)界面機(jī)械化學(xué)反應(yīng)。因此，只需添加150 mmol/L K₂SO₄和10 wt % H₂O₂，就能獲得接近原子精度（Sa≤1 nm）的超光滑表面。

來源：Jinwei Liu, et al. Close-to-Atomic Precision Surface Achieved through a Neutral and Eco-friendly Slurry in Chemical Mechanical Polishing of TC4 Alloy.

H₂O₂的存在主要影響電化學(xué)行為，導(dǎo)致化學(xué)腐蝕增強(qiáng)。K₂SO₄會(huì)使電雙層的有效厚度降至0.56 nm。較薄的電雙層會(huì)放大化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨損的作用。它們協(xié)同促進(jìn)了滑動(dòng)界面上機(jī)械化學(xué)反應(yīng)的平衡。這種新型漿料對(duì)環(huán)境和人類以及鈦合金CMP工業(yè)都是非常理想的。

參考來源：

[1] 等離子體先進(jìn)制造研究室

[2] 雒建斌等，原子級(jí)制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題

[3] Jinwei Liu, et al. Close-to-Atomic Precision Surface Achieved through a Neutral and Eco-friendly Slurry in Chemical Mechanical Polishing of TC4 Alloy

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山林）

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