[實用新型]激光光刻輔助電化學(xué)沉積制備微織構(gòu)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220171657.0
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN202576612U
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊海峰;劉磊;郝敬斌;朱華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C25D5/00
• 分類號: C25D5/00;C25D15/00;G03F7/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 程化銘

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種制備表面結(jié)構(gòu)化鍍層的裝置，特別是一種激光光刻輔助電化學(xué)沉積制備微織構(gòu)裝置。

技術(shù)背景

隨著科學(xué)技術(shù)及人類社會的發(fā)展，摩擦學(xué)材料的服役條件越來越極端化、復(fù)雜化，這對材料的耐磨性、減摩性等提出了越來越高的要求。在傳統(tǒng)摩擦學(xué)材料的基礎(chǔ)上，通過表面工程技術(shù)研發(fā)，表面減摩耐磨鍍層為優(yōu)化機械系統(tǒng)摩擦學(xué)性能、解決材料磨損提供了一條有效、也是極具生命力的方案和途徑。

金屬電沉積是制備復(fù)合鍍層最有效的方法——它是將一種或數(shù)種不溶性的固體惰性顆粒、纖維等均勻地夾雜到金屬沉積層中所形成的特殊表面層。其主要成分為：通過陰極還原得到的基質(zhì)金屬（由其形成均勻連續(xù)相)與不溶性固體微粒（不連續(xù)地分散在基質(zhì)金屬中)，這種復(fù)合材料具有基質(zhì)金屬與不溶性固體微粒兩類物質(zhì)的綜合性能。采用電沉積方法獲得復(fù)合材料鍍層，工藝設(shè)備簡單、耗能少，而且不改變基體金屬的性能和外形尺寸。

目前，利用材料表面結(jié)構(gòu)化技術(shù)實現(xiàn)材料減摩抗磨的研究才剛剛起步。例如，通過仿生的方法，采用YAG?納秒激光器對材料表面進(jìn)行織構(gòu)處理，實現(xiàn)了織構(gòu)表面更好的摩擦學(xué)性能。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是要提供一種激光光刻輔助電化學(xué)沉積制備微織構(gòu)裝置，解決現(xiàn)有表面鍍層技術(shù)存在的強度低、組織松散、與基體結(jié)合性能差的問題。

本實用新型的激光光刻輔助電化學(xué)沉積制備微織構(gòu)裝置，包括脈沖激光光刻系統(tǒng)和電化學(xué)沉積裝置，所述的激光光刻系統(tǒng)由脈沖激光模塊、光路傳輸模塊和三維移動模塊依次順序連接；所述的脈沖激光模塊由脈沖激光器和控制器組成，控制器與脈沖激光器連接，脈沖激光器輸出到達(dá)全反鏡；控制器的輸出功率在零和最大功率范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；脈沖激光器采用氟化氬，氟化氬產(chǎn)生的波長為193nm的紫外冷激光，重復(fù)頻率50HZ，平均功率6W，脈寬17ns；所述的光路傳輸模塊由全反鏡、擴(kuò)束鏡、分束鏡和光閘依次順序連接，光閘的繳光束輸出至三維平臺；所述的電化學(xué)沉積裝置主要由計算機、電化學(xué)工作站、陽電極、陰電極、燒杯、磁力攪拌加熱裝置、連接組成；計算機與電化學(xué)工作站連接，電化學(xué)工作站的陽電極和陰電極的輸出端分別與陽電極和陰電極連接，陽電極和陰電極插入至燒杯中，燒杯置于磁力攪拌加熱裝置中，在燒杯內(nèi)有磁力轉(zhuǎn)子。?

所述的三維移動模塊包括三維移動平臺、步進(jìn)電機和計算機，三維移動平臺、步進(jìn)電機和計算機依次順序連接。

有益效果：通過調(diào)節(jié)激光的平均功率、光閘的開閉和光刻膠的旋涂厚度等條件，可以在材料表面的光刻膠上制備出具有不同深度、不同線寬的光刻膠陣列結(jié)構(gòu)。繼而通過電沉積可以制備出帶有微織構(gòu)的表面鍍層，該結(jié)構(gòu)的存在可以有效改善滑動表面的摩擦學(xué)性能。在干摩擦條件下，微織構(gòu)能儲存摩擦磨損過程中產(chǎn)生的磨屑或微顆粒，從而降低摩擦并減小磨損。而在潤滑介質(zhì)條件下，滑動表面上分布的微織構(gòu)能形成動壓潤滑膜，具有良好的減摩抗磨效應(yīng)。成分可控。通過調(diào)節(jié)復(fù)合鍍層電沉積所需的溶液配方，沉積過程中的正反電流密度、脈沖時間等，可以有效的制備結(jié)構(gòu)、成分可控的復(fù)合鍍層，從而減少鍍層內(nèi)應(yīng)力，有效抑制摩擦裂紋的擴(kuò)展和蔓延，提高鍍層的強度和抗塑性變形性能。另外，電沉積過程中由于加入的復(fù)合粒子不同，如金剛石、石墨等，可以制備出諸如耐磨復(fù)合鍍層、自潤滑鍍層等具有特殊性能的復(fù)合鍍層；而且，由于在電沉積工藝上使用的是周期換向脈沖的方法，所以制備出的微納織構(gòu)非常規(guī)則。材料表面激光光刻技術(shù)與電化學(xué)沉積技術(shù)相耦合，從而在材料表面形成具有規(guī)則織構(gòu)的復(fù)合鍍層。這可以使結(jié)構(gòu)化表面的優(yōu)異性能和復(fù)合鍍層的優(yōu)異性能相疊加，更進(jìn)一步的提高材料表面的減摩抗磨性能。同時，可以使復(fù)合鍍層與基體的結(jié)合力增加，有效提高摩擦過程中鍍層的脫落。應(yīng)用范圍廣。脈沖激光具有光子能量大、波長短的特點，可以對任何材料進(jìn)行精密的激光光刻；同時，電化學(xué)沉積也可以制備多種不同結(jié)構(gòu)、不同金屬含量的復(fù)合鍍層。解決了現(xiàn)有表面鍍層技術(shù)存在的強度低、組織松散、與基體結(jié)合性能差的問題，達(dá)到本實用新型的目的。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)可控。復(fù)合鍍層的結(jié)構(gòu)、成分可控。應(yīng)用范圍廣。結(jié)合激光光刻加工技術(shù)與電化學(xué)沉積技術(shù)，將表面結(jié)構(gòu)化的減摩技術(shù)和復(fù)合鍍層的減摩抗磨技術(shù)有效集成、協(xié)同耦合，實現(xiàn)材料表面減摩抗磨性能的最大化。?

附圖說明

圖1?脈沖激光光刻系統(tǒng)裝置方案圖。

圖2?脈沖激光光刻系統(tǒng)裝置示意圖。

圖3?電化學(xué)沉積裝置示意圖。

圖4?樣品表面結(jié)構(gòu)化鍍層制備過程原理圖。