[發明專利]一種用于射流電解加工微溝槽的裝置及射流電解加工方法

在審

• 申請號: 201710311839.0
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107052484A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 陳曉磊;郭鐘寧;吳明;溫亮;朱曉星;張永俊;羅紅平
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

技術領域

本發明涉及電解加工技術領域，特別是涉及一種用于射流電解加工微溝槽的裝置及射流電解加工方法。

背景技術

隨著現代科技的不斷進步，產品逐漸向精密化和高性能化發展，具有微尺度溝槽特征的金屬零部件在摩擦學、傳熱傳質和生物醫學等領域扮演的角色愈加重要。在摩擦學領域，微溝槽是改善摩擦副摩擦性能的有效手段，主要應用于摩擦工況惡劣的摩擦副接觸面。在傳熱傳質領域，微型熱管技術已經成為解決微電子高熱流密度元器件散熱問題的主要手段，其中微溝槽特征結構在微型熱管中扮演著重要的角色，它能夠降低流體熱傳導和擴散傳質阻力，提高傳熱性能。在生物醫學領域，鈦合金被廣泛應用于人工骨骼、牙科以及心臟支架等方面。研究表明具有微溝槽結構的表面能夠提高鈦合金植入體的生物相容性，不僅能夠提升其骨整合能力，并且有利于其與周圍組織的融合，具有很高的應用價值。

近年來，研究人員針對金屬微溝槽結構的制造加工傾注了極大的研究熱情，提出了多種制造加工方法，試圖解決這個制造難題。目前加工方法主要有激光加工技術，磨料氣射流技術，電火花加工技術，射流電解加工技術等。其中，射流電解加工是一種利用電化學陽極溶解原理去除材料的特種加工方法。與其他加工方法比較，具有加工范圍廣，效率高，表面質量好，工具無損耗等突出優點。

目前國內外使用電解加工微溝槽的方法主要是射流電解加工和掩膜電解加工。其中射流電解加工技術是將金屬噴嘴作為陰極并噴出高速電解液到達工件表面，然后利用電化學溶解原理實現微溝槽射流電解加工的方法。掩膜電解加工是基于光刻工藝和電解加工中陽極溶解原理，將工件陽極表面經光刻處理后形成具有溝槽圖案的結構，之后再進行電解加工的一門特種加工方法。

射流電解加工適合加工高深寬比微溝槽的加工，但其加工微溝槽的寬度主要由噴嘴的內徑決定，目前最小的噴嘴直徑為100μm，若噴嘴過小會使噴出的電解液發生霧化，導致無法加工。因此該方法難以實現寬度100μm以下微溝槽的加工。

掩膜電解加工通常采用光刻工藝，將不需要加工的部分采用光刻膠保護，只裸露出需要加工的微溝槽部分。由于微溝槽結構具有很大的長寬比，電解加工產生的氣泡、不溶性產物、焦耳熱等副產物沿程積累會導致電解液電導率沿流程分布不均，造成材料溶解不均勻，嚴重影響微溝槽截面尺寸一致性。此外，光刻膠掩膜無法重復使用，每個工件都需經過進行光刻工藝，加工效率低，并且隨著加工深度的增加，側向腐蝕嚴重，因此目前掩膜電解加工不適合加工高深寬比微溝槽。

因此，如何實現微尺度、高深寬比微溝槽的電解加工，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于射流電解加工微溝槽的裝置及射流電解加工方法，可以改變加工區的電場分布和流場模式，能有效提高微溝槽的加工定域性并實現高深寬比微溝槽的加工。

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于射流電解加工微溝槽的裝置，包括：金屬噴嘴和位于所述金屬噴嘴的出口處的導電模板；其中，

所述導電模板內部設置有單個或單排陣列微通孔結構。

優選地，在本發明實施例提供的上述用于射流電解加工微溝槽的裝置中，還包括：用于控制位于所述導電模板下表面的金屬工件移動的控制部件；

所述金屬噴嘴和所述導電模板均為固定的部件。

優選地，在本發明實施例提供的上述用于射流電解加工微溝槽的裝置中，所述金屬噴嘴與所述導電模板的間距為2mm至10mm。

優選地，在本發明實施例提供的上述用于射流電解加工微溝槽的裝置中，所述微通孔結構的直徑范圍為20μm至100μm。

優選地，在本發明實施例提供的上述用于射流電解加工微溝槽的裝置中，所述導電模板的厚度范圍為50μm至200μm。

優選地，在本發明實施例提供的上述用于射流電解加工微溝槽的裝置中，所述導電模板的材料為惰性金屬或石墨。

優選地，在本發明實施例提供的上述用于射流電解加工微溝槽的裝置中，還包括：電源；

所述電源的正極與所述金屬工件電性連接；所述電源的負極與所述金屬噴嘴電性連接。

本發明實施例還提供了一種射流電解加工方法，包括：

利用壓力泵供液，使金屬噴嘴噴出柱狀電解液到達導電模板表面；

部分電解液通過所述導電模板內部的微通孔結構到達金屬工件表面；

控制部件控制所述金屬工件移動以進行微溝槽的加工。

優選地，在本發明實施例提供的上述射流電解加工方法中，所述金屬噴嘴與所述導電模板的間距為2mm至10mm。