[發明專利]微熱管內壁非連續微結構微細電解加工裝置及加工方法

有效

• 申請號: 201210181709.7
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102699456A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王冠;郭鐘寧;韋鴻鈺;黃志剛;鄧宇;黃紅光;江樹鎮
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H3/04
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;顏希文

技術領域

本發明涉及微細電解加工技術領域，尤其是涉及一種微熱管內壁非連續微結構微細電解加工裝置以及加工方法。

背景技術

在電力電子行業，微電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和微型化，使得電子器件的耗散功率迅速增大，發熱量急劇升高，常規的冷卻方式已無法滿足要求，電子器件的散熱成為其發展的一個瓶頸。

強化傳熱技術是指能顯著改善傳熱性能的節能新技術。具有強化傳熱結構的微型熱管已成為高熱流密度微電子器件導熱的理想元件。所謂強化傳熱微結構是指在管內壁加工出具有不同尺寸形貌，并具有散熱或傳熱功能的連續或非連續微結構，如肋槽、凹坑或凸臺等。這些結構可以增加傳熱表面積，在一定條件下還可以擾動壁面邊界層，減小黏性底層厚度以降低熱阻，達到在同樣冷氣量條件下實現最高冷卻效果的目的。

連續和非連續微結構管都具有較高的傳熱性能，其中非連續微結構管蒸發傳熱性能最佳，其傳熱性能比連續微結構管平均提高6.71%。而非連續微結構更有利于冷凝液表面張力發揮作用和液體的沸騰，有利于促進冷凝膜內部的對流換熱、沸騰泡核的成倍增長和氣泡的大量發生和蒸發。目前，微熱管內強化傳熱結構的加工技術主要是針對連續微結構，而有關微熱管內表面非連續微結構的加工尚未見報道。

目前，金屬內表面微結構的加工方法主要有擠壓-切削法、激光加工法、電火花加工法、電解加工法等。擠壓-切削法只適合于加工微熱管內表面的連續微結構；激光加工法受激光頭尺寸的限制，很難深入微熱管內壁進行加工；電火花加工法效率低，工具電極存在損耗，無法實現對微熱管內表面的大量微結構進行加工；電解加工過程中材料去除過程是以離子的形式進行的，這使其在微細制造領域，以至于納米制造領域有著很大的發展潛力。從原理上講，微細電解加工具有非接觸、與材料硬度強度無關、無切削力等優點。更重要的是，微細電解加工可以一次同時加工數千到數萬個微小凹坑、凹槽和凸包，加工所需時間僅為幾十秒鐘到幾分鐘。因而，最近幾年國內外很多專家學者特別關注微細電解加工技術，期望利用其獨特的加工原理和特性應用到表面微結構制造方面。

微熱管內表面非連續微結構加工難點表現在如下幾個方面：第一是微熱管的內徑小、長徑比大、內表面空間狹窄；第二是微結構特征尺寸幾十至幾百微米（微米級深度的淺槽）且呈非連續分布狀態；第三是所需加工的微結構數量巨大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處而提供一種結構簡單的微熱管內壁非連續微結構微細電解加工裝置；同時，本發明還提供一種采用所述加工裝置對微熱管內壁非連續微結構微細電解加工的方法，所述方法便于操作實現，可獲得不同尺寸和形狀的非連續表面微結構。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種微熱管內壁非連續微結構微細電解加工裝置，包括：

導電導液桿；

導向裝置，所述導向裝置環繞在所述導電導液桿四周，可防止所述導電導液桿水平晃動；

工作椎體，所述工作椎體的上端固定在所述導電導液桿的下端，所述導電導液桿的中軸線與所述工作椎體重合；

所述工作椎體為下端窄、上端寬的圓錐形結構，所述工作椎體的外表面涂覆有多條螺旋線絕緣膠。

所述微細電解加工裝置包括用于設在被加工工件預制孔中部的變截面多線螺旋微細電解加工工作椎體、設在被加工工件上部一端與工作椎體連接另一端與電解液回流管連接的導電導液桿、設在導電導液桿上的導向裝置。加工時電源的正極與被加工工件連接，電源的負極與導電導液桿連接，在所述工作椎體與被加工工件的內壁之間加入電解液。所述工作椎體、導電導液桿和導向裝置組成所述加工裝置的變截面多線螺旋電極，將所述變截面多線螺旋電極在被加工工件的預制孔中按照一定的速度順時針或逆時針旋轉，在旋轉的同時并沿所述被加工工件內壁軸向進給，完成一次旋轉進給后，將所述變截面多線螺旋電極回退到被加工工件的上端，然后將其按照與第一次相反的方向旋轉，并在旋轉的同時沿所述被加工工件內壁軸向進給，完成正反兩次旋轉進給。由于工作椎體的外表面按照設計好的螺旋線有選擇涂覆有絕緣膠，陰極體的側面為加工面，加工過程中絕緣膠表面對應的工件表面受到保護，而與未涂覆絕緣膠表面對應的工件表面被電解，變截面多線螺旋電極在被加工工件預制孔中完成正反兩次旋轉進給后，在被加工工件的內表面形成非連續微結構。

所述工作椎體設計為上端寬、下端窄的圓錐形結構，可方便工作椎體在微熱管管內的送進及旋轉。實踐中，可通過工作椎體外表面涂覆的螺旋線絕緣膠數、螺旋角、螺旋線寬等參數的改變，以及對工作椎體旋轉狀態的控制，從而在被加工工件內表面形成復雜的內表面非連續微結構。