[发明专利]楔形流道电解加工海量阵列微小凹坑的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种楔形流道电解加工海量阵列微小凹坑的方法及装置，属电解加工技术领域。

背景技术

一般机械装置系统中都存在各种各样的摩擦副，这些摩擦副的摩擦学行为，不仅影响机械系统的工作性能和运行效率，甚至是导致其失效的主要因素。据调查统计，工业化国家能源的30%消耗于机械摩擦，同时，大约有80%的零件失效是由各种形式的机械摩擦磨损引起的。因此控制摩擦、减小磨损和改善润滑性能已成为节约能源和原材料的重要手段。

以色列的I.Etsion等人是国际上较早采用激光加工技术加工出表面织构的学者，并从理论分析和实验验证两方面研究了表面织构对活塞环－缸套摩擦副摩擦学性能的影响，取得了许多重要学术成果。实验结果表明，凹坑的深度与直径比在0.1-0.18之间时，有表面织构的活塞环与缸套的平均摩擦力比无织构时减小了20-25%。同时，表面织构的图案形状、大小及分布密度等对摩擦副的摩擦学性能都有着显著影响。近几年，随着研究的不断深入，研究人员已形成共识：摩擦副表面的微小凹坑阵列具有极佳的抗磨减摩性能。

摩擦副表面织构制造加工方法主要包括激光加工表面织构技术，磨料气射流技术、电火花加工技术、电解加工技术等。其中，电解加工是利用金属材料在电解液中的电化学阳极溶解原理将阳极工件加工成形的一种特种加工工艺，其具有加工范围广、生产效率高、表面质量好、工具无损耗等突出优点。

目前国内外使用电解加工微小凹坑阵列的方法主要有：（1）、照相电解。该方法首先经光刻工艺在工件表面形成镂空图案，然后通过电化学方法在工件表面形成所需图案。该方法加工过程繁琐，生产效率比较低，制造成本高。（2）、群电极电解加工。使用一排电极分几次加工完成或使用群电极一次加工完成。该方法制造群坑深度的一致性很难保证。（3）、固定阴极加工。将带有贯穿群孔结构、表面附有绝缘层的工具阴极直接与工件紧密贴合，阴阳极接通电源后进行电解加工，在工件表面得到群坑结构。该方法加工效率高，成本低廉。但在海量阵列群小凹坑加工中，容易出现群小凹坑沿流道方向均匀性差，进液区质量好，出液区杂散腐蚀比较大的缺陷。

发明内容

本发明提出了一种楔形流道电解加工海量阵列微小凹坑的方法及装置，以解决现有技术在海量阵列微小凹坑加工中，容易出现微小凹坑沿流道方向均匀性差，进液区凹坑质量好，出液区凹坑杂散腐蚀严重的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种楔形流道电解加工海量阵列微小凹坑的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对具有贯穿群孔且群孔结构一致的掩模板表面进行处理；

2)将掩模板与工件阳极的表面紧密贴合；

3)将楔形工具阴极固定在掩模板上方，与掩模板之间形成楔形流道；

4)将工件阳极和楔形工具阴极分别与电源正负极相连；

5)在楔形流道内通入电解液，电解液通过掩模板上的贯穿群孔到达工件阳极表面；

6)接通电源进行电解加工。

作为改进，所述步骤1)为：利用常压等离子表面处理机对具有贯穿群孔且群孔结构一致的掩模板的表面进行处理，提高其与金属的结合强度。

作为改进，所述掩模板为PDMS模板。

作为改进，所述电解液的压强为0.1-0.5MPa。

作为改进，所述楔形流道角度为1-10°。

本发明还提供了一种楔形流道电解加工海量阵列微小凹坑的方法的装置，用于对工件阳极表面进行电解加工，其特征在于：包括楔形工具、掩模板，所述楔形工具具有阳阴极，所述掩模板上具有结构一致的贯穿群孔，所述掩模板紧密贴合在工件阳极表面，所述楔形工具阴极固定在掩模板上方，与掩模板之间形成楔形流道。

作为改进，所述掩模板为PDMS模板。

作为改进，所述楔形流道角度为1-10°。

本发明的有益效果在于：（1）、通过将流道设置为楔形，使流道内的电场强度和电解液流速与传统的等间距流道相比沿流道方向递增，使整个工件沿流道方向腐蚀强度和速度都趋于一致，提高电解加工均匀性和加工精度；（2）、用经过等离子处理过的PDMS模板作为掩模板能够保证掩模板与工件阳极有较高的结合强度，可以防止电解液流入掩模板与工件阳极之间的缝隙，有效减弱加工区域周围的杂散腐蚀，提高电解加工的定域性和均匀性。

附图说明

图1  本发明楔形流道电解加工海量阵列微小凹坑示意图； 

图2  本发明楔形阴极示意图；

图3  本发明楔形流道内流速分布图；

图4  本发明沿楔形流道方向流速曲线图；