纯镍及镍合金是工业上常用的金属材料,具备抗疲劳、抗氧化、耐高温和耐腐蚀等优点,广泛应用于航空、航天、石油化工和电子等领域。随着科技的发展,纯镍及镍合金在微电子器件、光学精密模具等产品中的表面粗糙度要求达到亚纳米级,且需避免产生划痕等表面缺陷。目前纯镍及镍合金的超精密加工技术包括机械抛光、化学抛光、电解抛光等,但是这些技术的加工表面质量低,容易造成环境污染,所以本文采用化学机械抛光(CMP)技术解决以上问题。传统的金属CMP多使用硝酸、氢氟酸等腐蚀性强、有毒性的化学试剂,对环境和操作人员具有极大的危害,因此,本文以镍合金C2000和纯镍N4为研究对象,通过制备环保抛光液实现金属表面的超光滑、低损伤加工。本文基于镍合金C2000的材料特性,提出了机械和化学机械两步抛光工序。研制的环保抛光液含有过氧化氢和硅溶胶,采用苹果酸、氢氧化钠和去离子水的混合溶液调节pH值,有效的避免了对环境和操作人员的危害,通过实验优化工艺参数,提高了材料去除率,最终制备了超光滑、低损伤的镍合金表面,在50×70μm~2的评定范围内,测得最优的表面粗糙度Ra值可达0.440 nm,低于现有的镍合金抛光结果。为了研究镍合金CMP机理,本文采用X射线光电子能谱(XPS)、电化学、红外光谱等技术研究了抛光液成分的化学作用,提出了镍合金抛光过程的机理模型。在CMP过程中,经历了表面氧化、氧化层分解、生成络合物和磨粒机械去除表面反应层的协同作用,其中,过氧化氢主要起氧化作用,苹果酸通过电离氢离子溶解氧化膜产生镍离子,之后部分质子化或去质子化的苹果酸会和镍离子发生配位,生成络合物,有效地提高了材料去除率和表面质量。在镍合金CMP的基础上,同样采用两步抛光的工艺加工纯镍,实验对比了镍合金抛光液的适用性,优化后的抛光液含有过氧化氢和纳米氧化铝,使用相同的苹果酸等混合溶液调节pH值,最终获得了0.869 nm的表面粗糙度,且表面无明显缺陷。基于镍合金CMP的机理分析,采用XPS分析了抛光液成分对纯镍的表面化学作用,总结了纯镍CMP的加工机理。