[發明專利]一種電解加工微坑陣列的方法

有效

• 申請號: 201410303580.1
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104096931B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 明平美;郝巧玲;張新民;秦歌;王俊濤;楊文娟;陳競濤;張曉東
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電解加工微坑陣列的方法，屬電化學加工技術領域。

背景技術

在許多動摩擦副中，工作表面處于相對運動和相互作用的狀態中，因此，必然存在著摩擦與磨損現象，它們是工作機械能量損失、效率降低、摩擦副失效、壽命縮短的重要因素之一。研究表明，具有微坑陣列的表面結構能夠有效地減小摩擦與磨損。此外，在器件表面加工一定的微坑結構能夠增加器件表面積，這對改善表面散熱和液體流動狀態有一定的作用。

電解加工因為具有加工過程中工具與工件不直接接觸、無工具電極損耗、加工效率高、工件表面不會產生加工應力、變形及熱影響區等優點，是加工微坑、微孔等微細結構的重要技術手段之一，很有發展前景。其中掩膜電解加工是電解加工微坑中最為常用的加工方法。該法中掩膜的制造是關鍵，一般是以光刻膠做掩膜，需要經過涂膠、前烘、曝光、后烘、顯影等一系列復雜工序，操作繁瑣，工藝成本高，且在曲面上實施上述步驟及其困難。因此有必要研究開發出一種操作簡單、工藝成本低、且能在曲面上加工微坑陣列的新的掩膜電解加工微坑陣列的方法。

發明內容

本發明針對現有掩膜電解加工微坑陣列方法中普遍存在的掩膜制作工藝復雜、成本高且極難在曲面上實施的不足，提出一種基于簡易柔性掩膜的操作簡單、工藝成本低且不受被加工工件表面形狀限制的掩膜電解加工微坑陣列的方法。

本發明的技術方案為：

一種電解加工微坑陣列的方法，主要包括下列步驟：

（a）用電絕緣多孔布包裹微顆粒制備掩膜；

（b）將掩膜貼合在被加工工件表面上；

（c）把工具陰極壓在掩膜的另一面上，并使掩膜的厚度分布均勻；

（d）在由工具陰極與被加工工件之間形成的并填充有掩膜的極間間隙內通入電解液；

（e）被加工工件接電源正極、工具陰極接電源負極后，通電進行電解加工；

（f）達到加工要求后，關斷電源，關停電解液，去掉掩膜，取出被加工工件，完成加工。

上述技術方案中，所述的電絕緣多孔布為尼龍、滌綸等溶脹性低且耐酸堿腐蝕的多孔布。這樣，在加工微坑時，減小多孔布因吸附液體而造成孔徑縮小、電絕緣性減低等負面影響。

所述的電絕緣多孔布孔的形狀為方形、圓形、菱形等。實際加工中可根據需要來選擇孔形。一般而言，優先選擇圓形孔。

所述的極間間隙的大小為0.1mm~2mm。極間間隙的大小由掩膜的厚度來調節。掩膜厚度過大會導致電流密度小，加工效率和加工精度低；掩膜厚度過小則電解產物的排出困難，影響加工工藝的穩定性。一般而言，擬形成的微坑越小，選取的極間間隙應越小。

所述的電絕緣多孔布包裹的微顆粒為二氧化硅、三氧化二鋁等耐腐蝕硬質顆粒。這樣，在加工時，一方面利用微顆粒傳遞來自陰極的壓力給多孔布中的筋或線，使之能與工件表面緊密接觸，達到保護工件不需加工部位和定義微孔結構圖形的目的；另一方面微顆粒之間的間隙為電解液的流通提供了通道，以利于電解加工工藝的順利進行。微顆粒為硬質顆粒，一方面防止在壓緊陰陽極時顆粒因過度變形而對布的壓緊面過大，從而阻礙電解液到達被加工面；另一方面防止微顆粒過度變形而密實，造成極間間隙無法流通電解液。

所述的微顆粒粒徑要小于包裹它的電絕緣多孔布孔的大小，微顆粒粒徑為0.01mm~0.3mm。微顆粒的尺寸小于多孔布孔的大小，以防電解液流通時微顆粒流出多孔布。如果微顆粒過大，則其可能無法很好地壓實多孔布的筋或線，從而使布失去了選擇性電絕緣屏蔽非加工區域的作用；反之，微顆粒可能因為太小，顆粒間無法形成良好的電解液流通道，影響工藝的實施。

加工時，先用電絕緣多孔布包裹適量的微顆粒制備好掩膜并貼合在被加工工件表面上。再把工具陰極壓緊在掩膜的另一面，并使掩膜厚度分布均勻。壓緊時必須保證多孔布與被加工工件緊密貼合，否則起不到選擇性保護被加工工件的目的。然后接通電解液，電解液的充液方式可以采用側向充液（平行于被加工工件表面引入電解液）或正向充液（從工具陰極內部引入電解液）兩種方式。正向充液時需要在工具陰極上開一個或數個均勻分布的進液口。開啟加工電源，被加工工件表面上電絕緣多孔布的孔所對應的部分因有電解液的流通而發生電解反應被溶解去除，形成微坑結構，而被電絕緣多孔布的筋或線緊密覆蓋的部分因極少電解液流動且被電絕緣屏蔽而不被化學溶解，這樣，經過一定時間的電解加工，被加工工件表面上會形成一定深度和大小的微坑陣列。

與其它技術相比，本發明的有益效果為：