[发明专利]一种在金属表面同步制备微织构和微织化微坑的方法

说明书

本发明公开了一种在金属表面同步制备微织构和微织化微坑的方法，属于掩膜电解加工领域。基于带式掩膜电解加工系统，调整主动轮、从动轮和金属圆柱体三者的空间位置，使掩膜带紧密贴合在平面工件上；开启位于掩膜带与平面工件之间的电解液喷嘴，向它们的夹角处喷射电解液；把金属圆柱体、平面工件分别与电解电源负极、正极连接；开启电解电源，利用金属圆柱体上的阵列微凸点与平面工件的间隙小、电流密度大、溶解速度更快的特性，使金属圆柱体先形成与阵列微凸点形状相似的微坑，随着进一步电化学溶解，在平面工件表面同步制备微织构和微织化微坑。本发明可一次性地在平面工件表面加工出微织构和微织化微坑，加工效率更高，工艺成本低，适应性强。

技术领域

本发明涉及一种在金属表面同步制备微织构和微织化微坑的方法，属于掩膜电解加工领域。

背景技术

表面织构化或微结构化是用以提高传热传质效率、增强医用植入物的生物相容性、改变耐摩擦磨损和表面润湿性等的常用举措。对此，现有化学蚀刻、超声振动加工、磨料射流加工、激光加工、电火花加工、电解加工等微织构化方法。这其中，电解加工在金属表面织构化方面兼具原理与工艺优势。电解加工利用选择性溶解（掩膜电解加工）或材料溶解速度和溶解量的不均匀性来实现表面微织构的制备，适用于任何金属材料，不受其力学性能限制，且效率高。电解加工所形成的微结构和织构无裂纹、再铸层和新增应力层等缺陷。针对金属表面微织构和微结构的制备，至今发展了包括成形电解加工、射流电解加工和掩膜电解加工等在内的不同形式的电解加工方法。这些方法各有所长。相比而言，掩膜电解加工更受业界青睐。主要原因是：它能一次性并行地高精度制造海量表面微结构。然而，标准粘结式掩膜电解加工强烈依赖于光刻等掩膜制备工艺，操作复杂，需一工件一掩膜，工艺成本高。为此，科技界开发了掩膜可反复使用的活动掩膜电解加工技术，大幅度降低了工艺成本，提高了工艺灵活性。但是，现有的活动掩膜电解加工仍不能很好地满足金属表面织构化的应用需求。主要的不足有二：一是活动掩膜极难均匀可靠地贴附在曲面工件上，导致重复精度偏低；二是不太适合大幅面工件的加工，且不同形状和尺寸的工件往往需制备不同的活动掩膜，导致适应性不高。

为此，申请号为201910673940.X的发明专利公布了一种带式活动掩膜电解加工微织构技术及装置。带式活动掩膜电解加工采用类似砂带磨削加工的加工方式，加工时，由于工件是转动的，特别适合圆柱（筒）类工件的加工，且加工过程电解液的传质条件好，电场作用于加工区的强度均等，电流密度分布的均匀性好，因此，加工所得的微纳结构的几何形状与尺寸分布一致性高。此外，该技术受工件外形尺寸的影响小，加工不同尺寸工件时，无需更换掩膜，工艺柔性和适应性得到显著提高。不过，目前的带式活动掩膜电解加工只能实现实现单一种类（或类型）微纳结构的加工。当前，单一种类的微纳结构主要有：微坑结构、微纳二重分级表面结构、含有微纳分级结构的微坑结构等。

然而，很多时候类型（或种类）单一的微纳结构不能满足某些现代高科技产品的性能或功能需求，时常需要多类型的集成。比如，表面既有微纳分级结构也有阵列微坑、同时微坑表面也含有微纳分级结构的金属传送带已作为高效载运药液（以微液滴形式）的载体。但是，这种全域微织构化和阵列微坑兼具的表面往往制备起来比较繁琐，需至少2个甚至更多步骤来完成，这导致加工成本高，生产效率低。

对此，本专利提出了一种在金属表面同步制备微织构和微织化微坑的方法，以满足应用亟需。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种在金属表面同步制备微织构和微织化微坑的方法。为达到上述目的，本发明的技术方案是：

S1. 将平面工件置于带式掩膜电解加工系统的托辊上，并置于柱面设有阵列微凸点的金属圆柱体的下方；

S2. 调整带式掩膜电解加工系统的主动轮、从动轮和金属圆柱体的空间位置，使含有海量微通孔的掩膜带处于张紧状态且金属圆柱体轻压在平面工件的待加工面上；

S3. 将电解电源的正、负极分别与平面工件和金属圆柱体相连接；