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CN106312207A - 采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法 - Google Patents

采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法 Download PDF

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CN106312207A
CN106312207A CN201610848443.5A CN201610848443A CN106312207A CN 106312207 A CN106312207 A CN 106312207A CN 201610848443 A CN201610848443 A CN 201610848443A CN 106312207 A CN106312207 A CN 106312207A
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micro
cathode
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曲宁松
张西方
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明提出了一种采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法，属微细电解加工技术领域。该方法，首先通过热滚压覆膜工艺使绝缘掩模板与工件阳极表面紧密贴合；在与工件阳极紧密贴合的掩模板上制作出贯穿通孔的图案；多孔金属作为工具阴极，与贴合在工件阳极表面的掩模板紧密贴合；电解液通过掩模板上的贯穿通孔到达工件阳极表面；将工件阳极与多孔金属工具阴极分别与电源正负极相连；接通电源进行电解加工。本发明采用多孔金属为工具阴极，使得工具阴极与贴合在工件阳极上的掩模板紧密贴合形成的封闭式的电解加工中产生的气泡与不溶性产物逸出，保证工件阳极继续加工溶解。

Description

采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法
技术领域
本发明提出了一种采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法，属微细电解加工技术领域。
背景技术
一般机械装置系统中存在着各种形式的摩擦副，这些摩擦副的接触表面在相对运动过程中存在摩擦和磨损行为，不仅影响机械系统的工作性能和工作效率，甚至是导致其失效的主要因素。据资料统计，工业化国家能源的30%消耗在机械磨损，大约有80%的零件失效是由于各种形式的摩擦磨损引起的。因此，减少无用的摩擦损耗，控制和减小磨损，改善润滑性能可减少设备维修次数和费用，可以节约能源和提高资源的利用率。减小磨损，降低摩擦也是工程界长期致力于需要解决的重大技术挑战之一。
早在上世纪中期，人们已经认识到汽缸的表面加工纹理对活塞/汽缸摩擦学特性的显著作用，研究人员对金刚石、陶瓷以及橡胶等不同表面加工工具对表面加工纹理的影响进行了细致的研究，发现一定加工纹理的存在，能够起到保存润滑油，防止活塞/缸体产生咬死和擦伤的效果。目前在表面摩擦学性能的研究中，表面织构技术在改善表面摩擦磨损性能方面起到了积极的作用，尺寸为数微米至数百微米的微小凹坑和微小沟槽形状的表面织构已成功地应用在在机械部件、磁性存储器等摩擦表面，取得了显著的提高承载力、减小磨损、以及避免表面粘附和咬死的效果。近年来，随着研究的不断深入，研究人员已形成共识：摩擦副表面的微小凹坑阵列具有极佳的抗磨减摩性能。
有效的微小凹坑阵列制造技术是该项技术工程化的重要保障。近年来，研究人员在摩擦副表面微小凹坑阵列制造加工领域倾注了极大的研究热情，提出了多种制造加工方法，试图解决这个制造难题。目前摩擦副表面织构制造加工方法主要有激光加工表面织构技术，磨料气射流技术，电火花加工技术，电解加工技术等。其中，电解加工是一种利用电化学阳极溶解原理去除材料的特种加工方法。与其他加工方法比较，具有加工范围广，生产效率高，表面质量好，工具无损耗等突出优点。用电解方法加工微小凹坑效率高，表面质量好，成本低。
目前国内外使用电解加工微小凹坑阵列的方法主要有：（1）、照相电解。此工艺首先经光刻工艺在工件表面形成镂空图案，然后通过电化学方法在工件表面形成所需图案。此加工方法加工过程繁琐，生产效率比较低，制造成本高。（2）、群电极电解加工。该方法是使用一排电极分几次加工完成或使用群电极一次加工完成。该工艺制造群坑深度的一致性很难保证。（3）、固定阴极加工。该方法是将一个带有贯穿群孔结构、表面附有绝缘层的工具阴极直接与工件紧密贴合，阴阳极接通电源后进行电解加工，在工件表面得到群坑结构。该方法加工效率高，成本低廉。但在加工阵列微小凹坑时，容易出现微小凹坑杂散腐蚀严重，导致加工定域性和均匀性差。（4）、电液束加工。电液束加工属于单点或单排加工，加工效率比较低。（5）、活动模板电解加工。此方法利用绝缘的环氧树脂绝缘板与导电铜层挤压而成的覆铜板作为模板，通过数控铣床在覆铜板上铣出所需的贯通图案，将具有阵列通孔的模板通过机械压紧，与工件阳极保持紧密贴合，在电解液的冲刷下，接通电源后进行电解加工。该方法模板可重复使用，加工效率高，但是由于受到铣刀刀具尺寸的限制无法加工出数十微米的贯通图案，因此，加工的微坑尺寸也受到了限制。（6）、接触式电解加工。该方法是平板工具阴极与工件阳极上的光刻胶膜接触，接通电源加工阵列微坑的方法。此工艺可以改善加工区域的电场分布，使得加工区域周围和中心的电场强度趋于一致，但是电解加工过程中产生的产物会影响工件表面微坑深度方向的加工。
发明内容
本发明提出了采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法，利用本发明可以有效地去除封闭式电解加工过程中的产物，利于工件阳极表面微坑阵列深度方向的继续加工溶解。
本发明采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法，其特征在于下列步骤：
（a）、通过热滚压覆膜工艺使绝缘的掩模板与工件阳极表面紧密贴合；
（b）、通过光刻工艺在与工件阳极表面紧密贴合的掩膜板上制作出贯穿通孔的图案；
（c）、使多孔金属工具阴极与贴合在工件阳极表面上的掩模板紧密贴合；
（d）、将工件阳极与多孔金属工具阴极分别与电源的正负极相连；
（e）、电解液通过掩模板上贯穿的通孔到达工件阳极；
（f）、接通电源进行电解加工。
本发明的有益特点在于：工具阴极为多孔金属，多孔金属就是金属本体是由微小球状体（俗称粉末）经高温烧结而成，金属内部各个方向都布满极微小细孔，故名多孔金属，也叫透气钢或多孔透气钢。正因为多孔金属具有比重小、刚性、比强度好，吸振、吸音性能好，渗透性、通气性好等特点，所以被应用于航空航天、建筑工程、环境保护工程等领域。在电解加工领域中的研究人员为得到高质量的表面微织构已研究了很多种工艺方法去排出电解加工产物，比如改善冲液模式等，并取得了一定的成效，但还是有很大的挑战，并且在电解加工领域还没有研究人员将其作为液体通道利用其上不规则分布的通孔排出封闭式电解加工过程中产生的气泡以及不溶性产物，进而保证工件表面微坑深度方向的继续加工溶解。
附图说明
图1本发明采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法示意图；
图2封闭式平板工具阴极微细电解加工阵列微坑示意图；
图3本发明采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑示意图。
图中标号名称：1—多孔金属工具阴极， 2—掩模板， 3—工件阳极，
4—电源， 5—电解液。
具体实施方式
下面结合附图具体说明实施本发明——“多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法”。
本发明采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法，包括下列步骤：
（a）、通过热滚压覆膜工艺使绝缘的掩模板2与工件阳极3表面紧密贴合；
（b）、通过光刻工艺在与工件阳极3表面紧密贴合的掩膜板2上制作出贯穿通孔的图案；
（c）、使多孔金属工具阴极1与贴合在工件阳极3表面上的掩模板2紧密贴合；
（d）、将工件阳极3与多孔金属工具阴极1分别与电源4的正负极相连；
（e）、电解液5通过掩模板2上贯穿的通孔到达工件阳极1；
（f）、接通电源4进行电解加工。
上述多孔金属工具阴极有利于封闭式电解加工微坑阵列时气泡和不溶性产物的排出，使得工件阳极表面微坑深度方向的继续加工溶解。
本发明能有效排出封闭式微细电解加工微坑阵列中的产物，但是以上描述并不能理解为对本发明专利的限制。应该提出的是，对于本领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改善，这些均应落入本发明专利的保护。

Claims (1)

1.一种采用多孔金属工具阴极微细电解加工阵列微坑的方法，其特征在于包括下列步骤：
（a）、通过热滚压覆膜工艺使绝缘的掩模板（2）与工件阳极（3）表面紧密贴合；
（b）、通过光刻工艺在与工件阳极（3）表面紧密贴合的掩膜板（2）上制作出贯穿通孔的图案；
（c）、使多孔金属工具阴极（1）与贴合在工件阳极（3）表面上的掩模板（2）紧密贴合；
（d）、将工件阳极（3）与多孔金属工具阴极（1）分别与电源（4）的正负极相连；
（e）、电解液（5）通过掩模板（2）上贯穿的通孔到达工件阳极（1）；
（f）、接通电源（4）进行电解加工。
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