[發明專利]一種提高不銹鋼表面電化學加工孔洞均勻性的方法

在審

• 申請號: 201710401047.2
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107378155A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王冠;韋鴻鈺;關蕾;張沖;郭鐘寧
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23H3/02
• 分類號: B23H3/02;B23H9/14
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明屬于鈍化性金屬材料表面改性技術領域，其具體涉及一種提高不銹鋼表面電化學加工孔洞均勻性的方法，

背景技術

不銹鋼具有良好的物理性能、工藝性能和耐腐蝕性能等，在工業生產和日常生活中應用廣泛。近年來，隨著研究尺度的減小，其在微機械領域如微流體傳輸、生物醫療等方面的應用價值越發凸顯。潤濕及粘附性能是固體材料重要的表面性能，在微機械研究領域不可忽視，其直接影響機械的使用性能，如微機械的潤滑、微流體的減阻、植入性醫療器械的載藥、替代性醫療器械的生物相容性等。

微觀結構是影響材料表面性能的重要因素，通過改變材料表面的微觀形貌來改善材料表面性能具有重要意義，多孔表面加工技術是實現其表面性能的基礎，而在進行大面積表面微孔織構過程中，均勻性是一項重要的評價指標，它將直接影響加工表面粘附性的一致程度。表面微孔結構由于尺寸小、數量大，屬于大面積微觀結構的制造，其制備技術既要考慮加工精度，又要考慮加工效率及經濟性。現有的一些多孔洞表面制備方法包括粉末燒結法、化學刻蝕法、電化學法等。

粉末燒結法是一種較為成熟的表面多孔結構制造方法，它是在金屬基體表面涂上粘結劑溶液后，把金屬粉末均勻鋪開使其粘在基體上，待粘結劑溶液風干后將其燒結，在氧氣保護下加熱至金屬粉末表面熔化，恒溫約20min，使粘結劑分解揮發，粉末與基體連成一體，形成多孔金屬表面，如圖1所示，為采用燒結法制備的多孔金屬表面形貌。該方法的工藝簡單、成本低，但表面的孔隙率不高，并且連接強度較低。

化學刻蝕法是利用化學反應將材料去除的加工方法，包括干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕是通過等離子體與被刻蝕材料發生化學反應，實現表面微結構的加工。該方法加工效率高，刻蝕精度好，但對設備要求高。濕法刻蝕則是通過化學刻蝕液和被刻蝕材料間的化學反應來去除材料形成表面微結構的方法。該方法操作簡單，適應性強，可用于大面積制造，但刻蝕各向同性，精度低，且對人及環境的危害大。

電化學法是利用電化學的氧化/還原反應來制備微觀結構的方法。電化學加工中材料的去除過程是以離子的形式進行的，這使該方法在微細制造領域具有極大優勢，但加工間隙中電場形成的雜散電流會對工件造成雜散腐蝕，降低了其加工的精度，也限制了其應用。但是本發明根據控制陰極尺寸、加工間隙以及增加輔助電極等措施，可以有效改善陽極表面電場分布的均勻性，進而改善加工表面的不均勻度。

粉末燒結法是一種較為成熟的表面多孔結構制造方法，它是在金屬基體表面涂上粘結劑溶液后，把金屬粉末均勻鋪開使其粘在基體上，待粘結劑溶液風干后將其燒結，在氧氣保護下加熱至金屬粉末表面熔化，恒溫約20min，使粘結劑分解揮發，粉末與基體連成一體，形成多孔金屬表面。該方法的工藝簡單、成本低，但表面的孔隙率不高，并且連接強度較低。

化學刻蝕法是利用化學反應將材料去除的加工方法，包括干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕是通過等離子體與被刻蝕材料發生化學反應，實現表面微結構的加工。該方法加工效率高，刻蝕精度好，但對設備要求高。濕法刻蝕則是通過化學刻蝕液和被刻蝕材料間的化學反應來去除材料形成表面微結構的方法。該方法操作簡單，適應性強，可用于大面積制造，但刻蝕各向同性，精度低，且對人及環境的危害大。電化學法是利用電化學的氧化/還原反應來制備微觀結構的方法。電化學加工中材料的去除過程是以離子的形式進行的，這使該方法在微細制造領域具有極大優勢，但加工間隙中電場形成的雜散電流會對工件造成雜散腐蝕，降低了其加工的精度，也限制了其應用。

本發明的目的是：1、提出采用輔助電極來改善加工表面的電場分布的方法，以有效改善陽極表面電場分布的均勻性，從而改善加工表面孔洞的不均勻度；2、針對陰極尺寸對電化學加工均勻性影響顯著問題，研究陰極尺寸對加工均勻性的影響，以獲得最佳陰極尺寸，從而改善加工表面孔洞的不均勻度；3、研究加工間隙大小對陽極表面的電流密度分布情況，尋找最佳加工間隙，從而改善加工表面孔洞的不均勻度。

發明內容

為解決加工間隙中電場形成的雜散電流會對工件造成雜散腐蝕，降低其加工的精度等問題，本發明提出采用輔助電極來改善加工表面的電場分布的方法，以有效改善陽極表面電場分布的均勻性，從而改善加工表面孔洞的不均勻度。

本發明提出的一種提高不銹鋼表面電化學加工孔洞均勻性的方法包括使用電化學加工系統對所述不銹鋼表面進行孔洞的電化學加工，所述電化學加工系統包括，電源 (1)，電解液(3)，離子(4)以及電極，所述方法還包括使用輔助電極進行加工。