采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统及方法，属微细电解加工技术领域。该系统，包括工件阳极（4）、紧密贴于工件阳极（4）表面的带有贯穿群孔的掩模板（3）、工具阴极（1）、分别与工件阳极（4）、工具阴极（1）相连的电源（5），其特征在于：上述工具阴极（1）具有均匀开缝，它位于工件阳极（4）正上方；上述掩模板（3）为受电解液冲击后边缘可变形的柔性模板。本发明专利技术采用正流式电解加工方法可以实现工件与模板的紧密贴合，同时利用高速电解液正向冲击柔性模板造成孔边缘的变形有效地保护微坑边缘，减弱微坑边缘的杂散腐蚀，提高电解加工的定域性。

【技术实现步骤摘要】
采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统及方法
本专利技术涉及一种采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统及方法，属微细电解加工

技术介绍
摩擦磨损是工业设备失效的主要原因之一，据统计，工业化国家能源的30%消耗在机械磨损，大约有80%的零件损坏是由于各种形式的磨损引起。磨损不仅消耗能源和材料，而且加速设备报废，导致频繁更换零件，对经济造成极大的损失。因此，减少无用的摩擦损耗，控制和减小磨损，改善润滑性能可减少设备维修次数和费用，可以节约能源和提高资源的利用率。减小磨损，降低摩擦也是工程界长期致力于需要解决的重大技术难题之一。早在上世纪中期，人们已经认识到汽缸的表面加工纹理对活塞/汽缸摩擦学特性的显著作用，研究人员对金刚石、陶瓷以及橡胶等不同表面加工工具对表面加工纹理的影响进行了细致的研究，发现一定加工纹理的存在，能够起到保存润滑油，防止活塞/缸体产生咬死和擦伤的效果。目前在表面摩擦学性能的研究中，表面织构技术在改善表面摩擦磨损性能方面起到了积极的作用，尺寸为数微米至数百微米的微小凹坑和微小沟槽形状的表面织构已成功地应用在在机械部件、磁性存储器等摩擦表面，取得了显著的提高承载力、减小磨损、以及避免表面粘附和咬死的效果。近年来，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。有效的微小凹坑阵列制造技术是该项技术工程化的重要保障。近年来，研究人员在摩擦副表面微小凹坑阵列制造加工领域倾注了极大的研究热情，提出了多种制造加工方法，试图解决这个制造难题。目前摩擦副表面织构制造加工方法主要有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，电解加工是一种利用电化学阳极溶解原理去除材料的特种加工方法。与其他加工方法比较，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。用电解方法加工微小凹坑效率高，表面质量好，成本低。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。此工艺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。此加工方法加工过程繁琐，生产效率比较低，制造成本高。（2）、群电极电解加工。该方法是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。该工艺制造群坑深度的一致性很难保证。（3）、固定阴极加工。该方法是将一个带有贯穿群孔结构、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。但在加工阵列微小凹坑时，容易出现微小凹坑杂散腐蚀严重，导致加工定域性和均匀性差。在电解加工中，只要阴阳极间充满电解液，就会发生阳极溶解现象，这就意味着有些已加工部位或不需要加工部位也可能会出现材料去除，这种现象通常称为杂散腐蚀。目前，要彻底消除杂散腐蚀是不可能的。减小杂散腐蚀一直是电解加工研究的一项重要课题，研究人员也已经从多个方面进行了探索和尝试。减小杂散腐蚀的方法主要有：（1）改进电解液。采用低浓度电解液，可以减小杂散腐蚀，但是加工效率低；（2）采用混气电解加工方法，在电解液进入加工区前混入大量压缩空气，使电解液成为气液混合两相流（气泡流），在侧面间隙区域电解液在流动方向上的压力迅速降低，气泡体积因此会急剧增大，从而局部电解液电导率会显著降低，侧面间隙区域溶解速度降低，从而抑制了杂散腐蚀。但是混气法由于装置复杂，加工效率低，使用不多；（3）小间隙电解加工方法，突出部位的去除速度大大高于低凹处，提高整平效果。采用小间隙加工，对提高加工精度、提高生产效率都是有利的。但是间隙愈小，对流液的阻力愈大，间隙内电解液温升快、温度高，间隙过小容易引起短路。以上方法对于阵列微坑加工均不大合适，因此，有必要探索新的加工效率高、成本低廉、杂散腐蚀小的微细阵列微坑电解加工方法。
技术实现思路
本专利技术提出了一种采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统及其方法，解决现有模板电解加工中掩模板与阳极贴合不牢，杂散腐蚀比较大的缺陷，显著提高微细电解加工定域性和加工精度。一种采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统，包括工件阳极、紧密贴于工件阳极表面的带有贯穿群孔的掩模板、工具阴极、分别与工件阳极、工具阴极相连的电源，其特征在于：上述工具阴极具有均匀开缝，它位于工件阳极正上方；上述掩模板为受电解液冲击后边缘可变形的柔性模板。利用所述系统的方法，加工过程中，电解液通过开缝的工具阴极正向冲向柔性模板，有助于模板与工件之间的结合；同时，在电解液的压力下柔性模板的通孔边缘发生变形，使其紧贴凹坑侧壁，保护微坑边缘，减弱微坑边缘的杂散腐蚀。由于本方法是利用模板的变形提高电解加工定域性，因此只有柔性膜才能够满足要求，而传统的照相电解使用的硬质膜是无法满足要求的。附图说明图1工具阴极示意图；图2柔性模板掩模电解加工示意图；图3柔性模板变形示意图；其中标号名称：1、带有均匀细缝结构的工具阴极，2、电解液，3、带贯穿孔的柔性掩模板，4、工件阳极，5、电源。具体实施方式下面结合附图具体说明本专利技术——采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统及其方法：（a）制作具有贯穿群孔结构的柔性模板3；（b）将柔性模板3与工件阳极4的表面紧密贴合；（c）电解液2通过均匀开缝的工具阴极1喷射向柔性模板3，通过贯穿孔进入工件阳极4表面；（d）使工件阳极4和工具阴极1分别与电源6正负极相连；（e）接通电源6进行电解加工。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统，包括工件阳极（4）、紧密贴于工件阳极（4）表面的带有贯穿群孔的掩模板（3）、工具阴极（1）、分别与工件阳极（4）、工具阴极（1）相连的电源（5），其特征在于：上述工具阴极（1）具有均匀开缝，它位于工件阳极（4）正上方；上述掩模板（3）为受电解液冲击后边缘可变形的柔性模板。

【技术特征摘要】
1.一种采用柔性模板提高阵列微坑电解加工定域性的系统，包括工件阳极(4)、紧密贴于工件阳极(4)表面的带有贯穿群孔的掩模板(3)、工具阴极(1)、分别与工件阳极(4)、工具阴极(1)相连的电源(5)，其特征在于：上述工具阴极(1)具有均匀开缝，它位于工件阳极(4)正上方；上述掩模板(3)为受电解液冲击后边缘可变形的柔性模板，电解液通过开缝的工具阴极(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓磊，曲宁松，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32