CN104096931A - 一种电解加工微坑阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电解加工微坑阵列的方法，属于化学加工技术领域。主要包括下列步骤：（a）用电绝缘多孔布（3）包裹微颗粒（6）制备掩膜（4）；（b）将掩膜（4）贴合在被加工工件（8）表面上；（c）把工具阴极（2）压在掩膜（4）的另一面上，并使掩膜（4）的厚度分布均匀；（d）在由工具阴极（2）与被加工工件（8）之间形成的并填充有掩膜（4）的极间间隙（5）内通入电解液（1）；（e）被加工工件（8）接电源（9）正极、工具阴极（2）接电源（9）负极后，通电进行电解加工；（f）达到加工要求后，关断电源（9），关停电解液（1），去掉掩膜（4），取出被加工工件（8），完成加工。本发明的方法具有掩膜制造简单、应用范围广、工艺成本低等特点，适用于平面或曲面金属零件上加工微坑阵列结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解加工微坑阵列的方法，属电化学加工技术领域。
背景技术
在许多动摩擦副中，工作表面处于相对运动和相互作用的状态中，因此，必然存在着摩擦与磨损现象，它们是工作机械能量损失、效率降低、摩擦副失效、寿命缩短的重要因素之一。研究表明，具有微坑阵列的表面结构能够有效地减小摩擦与磨损。此外，在器件表面加工一定的微坑结构能够增加器件表面积，这对改善表面散热和液体流动状态有一定的作用。
电解加工因为具有加工过程中工具与工件不直接接触、无工具电极损耗、加工效率高、工件表面不会产生加工应力、变形及热影响区等优点，是加工微坑、微孔等微细结构的重要技术手段之一，很有发展前景。其中掩膜电解加工是电解加工微坑中最为常用的加工方法。该法中掩膜的制造是关键，一般是以光刻胶做掩膜，需要经过涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等一系列复杂工序，操作繁琐，工艺成本高，且在曲面上实施上述步骤及其困难。因此有必要研究开发出一种操作简单、工艺成本低、且能在曲面上加工微坑阵列的新的掩膜电解加工微坑阵列的方法。
发明内容
本发明针对现有掩膜电解加工微坑阵列方法中普遍存在的掩膜制作工艺复杂、成本高且极难在曲面上实施的不足，提出一种基于简易柔性掩膜的操作简单、工艺成本低且不受被加工工件表面形状限制的掩膜电解加工微坑阵列的方法。
本发明的技术方案为：
一种电解加工微坑阵列的方法， 主要包括下列步骤：
（a）用电绝缘多孔布包裹微颗粒制备掩膜；
（b）将掩膜贴合在被加工工件表面上；
（c）把工具阴极压在掩膜的另一面上，并使掩膜的厚度分布均匀；
（d）在由工具阴极与被加工工件之间形成的并填充有掩膜的极间间隙内通入电解液；
（e）被加工工件接电源正极、工具阴极接电源负极后，通电进行电解加工；
（f）达到加工要求后，关断电源，关停电解液，去掉掩膜，取出被加工工件，完成加工。
上述技术方案中，所述的电绝缘多孔布为尼龙、涤纶等溶胀性低且耐酸碱腐蚀的多孔布。这样，在加工微坑时，减小多孔布因吸附液体而造成孔径缩小、电绝缘性减低等负面影响。
所述的电绝缘多孔布孔的形状为方形、圆形、菱形等。实际加工中可根据需要来选择孔形。一般而言，优先选择圆形孔。
所述的极间间隙的大小为0.1mm~2mm。极间间隙的大小由掩膜的厚度来调节。掩膜厚度过大会导致电流密度小，加工效率和加工精度低；掩膜厚度过小则电解产物的排出困难，影响加工工艺的稳定性。一般而言，拟形成的微坑越小，选取的极间间隙应越小。
所述的电绝缘多孔布包裹的微颗粒为二氧化硅、三氧化二铝等耐腐蚀硬质颗粒。这样，在加工时，一方面利用微颗粒传递来自阴极的压力给多孔布中的筋或线，使之能与工件表面紧密接触，达到保护工件不需加工部位和定义微孔结构图形的目的；另一方面微颗粒之间的间隙为电解液的流通提供了通道，以利于电解加工工艺的顺利进行。微颗粒为硬质颗粒，一方面防止在压紧阴阳极时颗粒因过度变形而对布的压紧面过大，从而阻碍电解液到达被加工面；另一方面防止微颗粒过度变形而密实，造成极间间隙无法流通电解液。
所述的微颗粒粒径要小于包裹它的电绝缘多孔布孔的大小，微颗粒粒径为0.01mm~0.3mm。微颗粒的尺寸小于多孔布孔的大小，以防电解液流通时微颗粒流出多孔布。如果微颗粒过大，则其可能无法很好地压实多孔布的筋或线，从而使布失去了选择性电绝缘屏蔽非加工区域的作用；反之，微颗粒可能因为太小，颗粒间无法形成良好的电解液流通道，影响工艺的实施。
加工时，先用电绝缘多孔布包裹适量的微颗粒制备好掩膜并贴合在被加工工件表面上。再把工具阴极压紧在掩膜的另一面，并使掩膜厚度分布均匀。压紧时必须保证多孔布与被加工工件紧密贴合，否则起不到选择性保护被加工工件的目的。然后接通电解液，电解液的充液方式可以采用侧向充液（平行于被加工工件表面引入电解液）或正向充液（从工具阴极内部引入电解液）两种方式。正向充液时需要在工具阴极上开一个或数个均匀分布的进液口。开启加工电源，被加工工件表面上电绝缘多孔布的孔所对应的部分因有电解液的流通而发生电解反应被溶解去除，形成微坑结构，而被电绝缘多孔布的筋或线紧密覆盖的部分因极少电解液流动且被电绝缘屏蔽而不被化学溶解，这样，经过一定时间的电解加工，被加工工件表面上会形成一定深度和大小的微坑阵列。
与其它技术相比，本发明的有益效果为：
1．掩膜制造简单。本发明直接采用柔性电绝缘多孔布包裹微颗粒做掩膜，不需要涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等传统制作掩膜的复杂工艺过程。环节少，容易实施。
2. 应用范围广。本发明是以柔性电绝缘多孔布包裹微颗粒做掩膜，此掩膜可灵活地固定在平面和曲面上，不受加工工件形状的限制。
3. 加工成本低。本发明只需用相应规格的电绝缘多孔布包裹适量的微颗粒做掩膜即可，电绝缘多孔布、微颗粒均为廉价物品，工艺成本低。
附图说明
图1是利用本发明方法采用侧向充液方式进行微坑加工的示意图。
图2是利用本发明方法采用正向充液方式进行微坑加工的示意图。
图中标号名称：1、电解液，2、工具阴极，3、电绝缘多孔布，4、掩膜，5、极间间隙，6、微颗粒，7、微坑，8、被加工工件，9、电源，10、进液口。
具体实施方式
实施实例一
下面结合图1对本发明——“一种电解加工微坑阵列的方法”的具体实施过程作进一步的详细描述。
1）用400目正方形网格状涤纶电绝缘多孔布3包裹适量的直径为80μm的实心二氧化硅微珠6制备掩膜4；
2）将掩膜4贴合在直径为17mm的201不锈钢圆片（被加工工件）8表面上；
3）把直径为17mm的铜（工具阴极）2压在掩膜4的另一面上，并使掩膜4的厚度分布均匀，掩膜厚度为1mm；
4）从平行于被加工工件8表面向工具阴极2与被加工工件8之间形成的并填充有掩膜4的极间间隙5引入浓度为15%的NaNo3电解液1；
5）被加工工件8接电源9正极、工具电极2接电源9负极后，通电进行电解加工；
6）电解加工10s后，关断电源9，关停电解液1，去掉掩膜4，取出被加工工件8，完成加工。
实施实例二
下面结合图2对本发明——“一种电解加工微坑阵列的方法”的具体实施过程作进一步的详细描述。
本具体实施方式中除步骤4）外，其余各步骤均和具体实施方式1中对应的步骤相同，本具体实施方式中步骤4）充液方式为从工具阴极引入电解液。
以上实例描述的只是利用400目正方形网格状涤纶电绝缘多孔布在平面上加工微坑的工艺过程，在实际运用中还可以利用其他规格的电绝缘多孔布在曲面上进行微坑的电解加工，电绝缘多孔布的固定方式也需做相应的调整。
Claims (6)
1.一种电解加工微坑阵列的方法，其特征在于：包括下列步骤：
用电绝缘多孔布（3）包裹微颗粒（6）制备掩膜（4）；
（b）将掩膜（4）贴合在被加工工件（8）表面上；
（c）把工具阴极（2）压在掩膜（4）的另一面上，并使掩膜（4）的厚度分布均匀；
（d）在由工具阴极（2）与被加工工件（8）之间形成的并填充有掩膜（4）的极间间隙（5）内通入电解液（1）；
（e）被加工工件（8）接电源（9）正极、工具阴极（2）接电源（9）负极后，通电进行电解加工；
（f）达到加工要求后，关断电源（9），关停电解液（1），去掉掩膜（4），取出被加工工件（8），完成加工。
2.根据权利要求1所述的一种电解加工微坑阵列的方法，其特征在于：所述的电绝缘多孔布（3）为尼龙、涤纶等溶胀性低且耐酸碱腐蚀的多孔布。
3.根据权利要求1所述的一种电解加工微坑阵列的方法，其特征在于：所述的电绝缘多孔布（3）孔的形状为方形、圆形、菱形等。
4.根据权利要求1所述的一种电解加工微坑阵列的方法，其特征在于：所述的极间间隙（5）的大小为0.1mm~2mm。
5.根据权利要求1所述的一种电解加工微坑阵列的方法，其特征在于：所述的电绝缘多孔布（3）包裹的微颗粒（6）为二氧化硅、三氧化二铝等耐腐蚀硬质颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种电解加工微坑阵列的方法，其特征在于：所述的微颗粒（6）粒径要小于包裹它的电绝缘多孔布（3）孔的大小，微颗粒粒径大小为0.01mm~0.3mm。
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