CN106270853A - 一种微结构阵列的加工方法 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种微结构阵列的加工方法。所述方法包括下列步骤:（1）取一定量的乳化蜡，用雾化设备将乳化蜡雾化、均匀喷涂在待加工工件表面上，使雾化的乳化蜡液滴离散、均匀地附着于待加工工件表面上；（2）对待加工工件表面上的乳化蜡液滴进行固化处理，形成离散、均匀涂覆在待加工工件表面的蜡膜；（3）将附着有离散蜡膜的待加工工件置于电解槽中，通入电解液，以待加工工件为阳极、蜡膜为掩膜进行电解加工，未被蜡膜覆盖的区域被腐蚀出微结构；（4）微结构达到加工要求后，取出工件，清洗、干燥；（5）去除工件表面蜡膜，获得所需的微结构阵列。本发明提供的加工方法工艺简单、成本低，可以一次性加工大面积的微结构阵列。

Description

一种微结构阵列的加工方法
技术领域
本发明涉及一种微结构阵列的加工方法，属电化学加工领域。
背景技术
近年来，随着对物体表面，特别是对重要摩擦副表面性能的要求越来越高，表面微结构以其优异减摩性能得以快速发展。此外，固体表面形成微纳米量级的微结构可以有效降低其表面润湿性；生物植入物表面微结构化可以使细胞在识别材料表面特征时，响应微米和纳米尺度的表面拓扑结构，产生“接触引导”现象。
目前，常用的微结构加工方法有：超精密机械加工技术，电火花加工、超声波加工、微波加工、激光加工、电子束加工、光刻加工、电铸加工以及电解加工，其中的电解加工工艺在加工过程中材料的去除是在离子尺度下进行的，加工的微结构具有材料不变、表面无裂纹、无微变形和无残余应力等优点。
加工有规律的微结构阵列的电解加工一般用掩模辅助实现，以掩膜来定义和限定加工区域和非加工区域，其中掩膜的制备方式对工艺的实用性及成本具有极大的影响。目前光刻胶是最常用的掩膜材料，但需要经过涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等一系列复杂工序，成本高并且不适用大面积或曲面工件的加工。因此有必要开发出一种方法简单、工艺成本低、适用范围广的掩膜制备工艺，可以实现大面积微结构阵列的加工。
发明内容
本发明的目的在于克服现有掩膜电解加工中掩膜制备复杂且掩膜应用范围窄的不足，提出一种微结构阵列的加工方法，利用雾化的乳化蜡液滴作为掩膜，可以实现大面积的微结构阵列的加工。
本发明的技术方案为：
一种微结构阵列的加工方法，其特征是，包括下列步骤：
（1）取一定量的乳化蜡，用雾化设备将乳化蜡雾化、均匀喷涂在待加工工件表面上，使雾化的乳化蜡液滴离散、均匀地附着于待加工工件表面上；
（2）对待加工工件表面上的乳化蜡液滴进行固化处理，形成离散、均匀涂覆在待加工工件表面的蜡膜；
（3）将附着有离散蜡膜的待加工工件置于电解槽中，通入电解液，以待加工工件为阳极、蜡膜为掩膜进行电解加工，未被蜡膜覆盖的区域被腐蚀出微结构；
（4）微结构达到加工要求后，取出工件，清洗、干燥；
（5）去除工件表面蜡膜，获得所需的微结构阵列。
所述的乳化蜡为各种蜡均匀地分散在水中，借助乳化剂的定向吸附作用，在机械外力作用下制成的一种均匀流体。
所述的雾化设备为超声雾化喷嘴或空气压缩雾化喷嘴。
所述的喷涂过程时间不宜过长，以免乳化蜡液滴在待加工工件表面形成连续薄膜、完全覆盖待加工工件表面。
所述的乳化蜡液滴在待加工工件表面上的离散程度可以通过喷涂过程的时间来调整。乳化蜡液滴在待加工工件表面上的离散程度不同，则获得的微结构阵列的尺寸和分布周期不同。
所述的固化处理方法为溶剂蒸发法，固化处理时乳化蜡液滴的温度不能高于乳化蜡的破乳温度。
所述的电解过程中不能剧烈搅拌，以免乳化蜡膜脱落。
所述的去除工件表面蜡膜的方法，用的是加热溶解法或溶剂溶解法。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）掩膜制备简单，易于实现，可以一次性织构大面积微结构阵列。
（2）乳化蜡液滴大小可调，离散分布程度可调，可以获得不同尺寸、不同周期的微结构阵列。
附图说明
图1是乳化蜡液滴喷涂在待加工工件表面上的示意图。
图2是待加工工件表面上乳化蜡液滴固化成蜡膜的示意图。
图3是以蜡膜为掩膜的待加工工件表面被电解腐蚀出微结构阵列的示意图。
图4是去除蜡膜后待加工工件表面最终形成的微结构阵列的示意图。
图中标号名称：1、待加工工件，2、乳化蜡液滴，3固化后的蜡膜。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3和图4具体说明本发明做进一步描述。
本实施例的一种微结构阵列的加工方法，包括以下步骤 ：
（1）取一定量的乳化蜡，用雾化设备将乳化蜡雾化、均匀喷涂在待加工工件表面1上，使雾化的乳化蜡液滴2离散、均匀地附着于待加工工件表面1上。
所述的待加工工件表面应经过抛光、除油和除锈处理。作为优选，待加工工件的材料为电解加工性能良好的导电材料，如镍、铜或不锈钢等。本实例采用的待加工工件是不锈钢片。
作为优选，乳化蜡采用聚丙烯蜡乳液、聚乙烯蜡乳液或棕榈蜡乳液等。本实例采用的是聚丙烯蜡乳液。
作为优选，所述的乳化蜡液滴直径大小均匀，且小于50µm。
作为优选，雾化设备为超声雾化喷嘴或空气压缩雾化喷嘴。本实例采用的是超声雾化喷嘴。
作为优选，乳化蜡的喷涂时间要短，使乳化蜡液滴均匀的离散的附着于待加工工件上。本实例采用的喷涂时间是0.5秒。
（2）对待加工工件表面上的乳化蜡液滴进行固化处理，形成离散、均匀涂覆在待加工工件表面的蜡膜。
将涂覆有乳化蜡液滴的待加工工件置于恒温环境下固化2小时，使乳化蜡液滴内的溶剂挥发，在待加工工件表面形成离散分布、均匀涂覆的蜡膜。
作为优选，固化处理时乳化蜡液滴的温度不能高于乳化蜡的破乳温度。本实例采用的温度为35℃。
（3）将附着有离散蜡膜的待加工工件置于电解槽中，通入电解液，以待加工工件为阳极、蜡膜为掩膜进行电解加工，未被蜡膜覆盖的区域被腐蚀出微结构。
作为优选，电解液为质量分数为10~25%的氯化钠、硝酸钠、或氯酸钠溶液。本实采用的电解液为质量分数为25%的硝酸钠溶液。
（4）电解加工微结构达到加工要求后，取出工件，清洗、干燥。
（5）去除工件表面蜡膜，获得所需的微结构阵列。
作为优选，去除金属片表面蜡膜的方法为加热溶解法或溶剂溶解法。本实例采用的是加热溶解法：对工件表面进行加热，加热温度为155℃，聚丙烯蜡的熔点为145~150℃，清除掉熔化的聚丙烯蜡获得最终的微结构阵列。

Claims (5)

1.一种微结构阵列的加工方法，其特征是，包括下列步骤：
（1）取一定量的乳化蜡，用雾化设备将乳化蜡雾化、均匀喷涂在待加工工件表面上，使雾化的乳化蜡液滴离散、均匀地附着于待加工工件表面上；
（2）对待加工工件表面上的乳化蜡液滴进行固化处理，形成离散、均匀涂覆在待加工工件表面的蜡膜；
（3）将附着有离散蜡膜的待加工工件置于电解槽中，通入电解液，以待加工工件为阳极、蜡膜为掩膜进行电解加工，未被蜡膜覆盖的区域被腐蚀出微结构；
（4）微结构达到加工要求后，取出工件，清洗、干燥；
（5）去除工件表面蜡膜，获得所需的微结构阵列。
2.根据权利要求1所述的一种微结构阵列的加工方法，其特征是，所述的雾化设备为超声雾化喷嘴或空气压缩雾化喷嘴。
3.根据权利要求1所述的一种微结构阵列的加工方法，其特征是，所述的乳化蜡液滴直径大小均匀，且小于50µm。
4.根据权利要求1所述的一种微结构阵列的加工方法，其特征是，所述的乳化蜡液滴在待加工工件表面上的离散程度可以通过喷涂过程的时间来调整。
5.根据权利要求1所述的一种微结构阵列的加工方法，其特征是，所述的固化处理方法为溶剂蒸发法。
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