[实用新型]激光光刻辅助电化学沉积制备微织构装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备表面结构化镀层的装置，特别是一种激光光刻辅助电化学沉积制备微织构装置。

技术背景

随着科学技术及人类社会的发展，摩擦学材料的服役条件越来越极端化、复杂化，这对材料的耐磨性、减摩性等提出了越来越高的要求。在传统摩擦学材料的基础上，通过表面工程技术研发，表面减摩耐磨镀层为优化机械系统摩擦学性能、解决材料磨损提供了一条有效、也是极具生命力的方案和途径。

金属电沉积是制备复合镀层最有效的方法——它是将一种或数种不溶性的固体惰性颗粒、纤维等均匀地夹杂到金属沉积层中所形成的特殊表面层。其主要成分为：通过阴极还原得到的基质金属（由其形成均匀连续相)与不溶性固体微粒（不连续地分散在基质金属中)，这种复合材料具有基质金属与不溶性固体微粒两类物质的综合性能。采用电沉积方法获得复合材料镀层，工艺设备简单、耗能少，而且不改变基体金属的性能和外形尺寸。

目前，利用材料表面结构化技术实现材料减摩抗磨的研究才刚刚起步。例如，通过仿生的方法，采用YAG 纳秒激光器对材料表面进行织构处理，实现了织构表面更好的摩擦学性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种激光光刻辅助电化学沉积制备微织构装置，解决现有表面镀层技术存在的强度低、组织松散、与基体结合性能差的问题。

本实用新型的激光光刻辅助电化学沉积制备微织构装置，包括脉冲激光光刻系统和电化学沉积装置，所述的激光光刻系统由脉冲激光模块、光路传输模块和三维移动模块依次顺序连接；所述的脉冲激光模块由脉冲激光器和控制器组成，控制器与脉冲激光器连接，脉冲激光器输出到达全反镜；控制器的输出功率在零和最大功率范围内连续调节；脉冲激光器采用氟化氩，氟化氩产生的波长为193nm的紫外冷激光，重复频率50HZ，平均功率6W，脉宽17ns；所述的光路传输模块由全反镜、扩束镜、分束镜和光闸依次顺序连接，光闸的缴光束输出至三维平台；所述的电化学沉积装置主要由计算机、电化学工作站、阳电极、阴电极、烧杯、磁力搅拌加热装置、连接组成；计算机与电化学工作站连接，电化学工作站的阳电极和阴电极的输出端分别与阳电极和阴电极连接，阳电极和阴电极插入至烧杯中，烧杯置于磁力搅拌加热装置中，在烧杯内有磁力转子。 

所述的三维移动模块包括三维移动平台、步进电机和计算机，三维移动平台、步进电机和计算机依次顺序连接。

有益效果：通过调节激光的平均功率、光闸的开闭和光刻胶的旋涂厚度等条件，可以在材料表面的光刻胶上制备出具有不同深度、不同线宽的光刻胶阵列结构。继而通过电沉积可以制备出带有微织构的表面镀层，该结构的存在可以有效改善滑动表面的摩擦学性能。在干摩擦条件下，微织构能储存摩擦磨损过程中产生的磨屑或微颗粒，从而降低摩擦并减小磨损。而在润滑介质条件下，滑动表面上分布的微织构能形成动压润滑膜，具有良好的减摩抗磨效应。成分可控。通过调节复合镀层电沉积所需的溶液配方，沉积过程中的正反电流密度、脉冲时间等，可以有效的制备结构、成分可控的复合镀层，从而减少镀层内应力，有效抑制摩擦裂纹的扩展和蔓延，提高镀层的强度和抗塑性变形性能。另外，电沉积过程中由于加入的复合粒子不同，如金刚石、石墨等，可以制备出诸如耐磨复合镀层、自润滑镀层等具有特殊性能的复合镀层；而且，由于在电沉积工艺上使用的是周期换向脉冲的方法，所以制备出的微纳织构非常规则。材料表面激光光刻技术与电化学沉积技术相耦合，从而在材料表面形成具有规则织构的复合镀层。这可以使结构化表面的优异性能和复合镀层的优异性能相叠加，更进一步的提高材料表面的减摩抗磨性能。同时，可以使复合镀层与基体的结合力增加，有效提高摩擦过程中镀层的脱落。应用范围广。脉冲激光具有光子能量大、波长短的特点，可以对任何材料进行精密的激光光刻；同时，电化学沉积也可以制备多种不同结构、不同金属含量的复合镀层。解决了现有表面镀层技术存在的强度低、组织松散、与基体结合性能差的问题，达到本实用新型的目的。

优点：结构可控。复合镀层的结构、成分可控。应用范围广。结合激光光刻加工技术与电化学沉积技术，将表面结构化的减摩技术和复合镀层的减摩抗磨技术有效集成、协同耦合，实现材料表面减摩抗磨性能的最大化。 

附图说明

图1 脉冲激光光刻系统装置方案图。

图2 脉冲激光光刻系统装置示意图。

图3 电化学沉积装置示意图。

图4 样品表面结构化镀层制备过程原理图。