本发明专利技术提供了一种金属材料表面大面积微/纳米织构的快速可控制造方法，结合了激光干涉光刻和微细电解加工均可以达到亚微米、纳米级的分辨率的特点，同时利用激光干涉光刻容易实现大面积曝光，而微细电解加工能够加工几乎所有的导电材料的特性，实现了在金属表面以低成本高效率，从简单到复杂、大面积的、尺寸可控的微/纳米结构的制备。不仅能够降低加工成本，大大缩短了加工周期，而且对研究织构化表面的摩擦学特性具有重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光刻/微细电化学加工领域，具体是一种。
技术介绍
零件的摩擦磨损是影响机械系统性能和可靠性的主要因素。据调查统计，大约有80%的零件失效是由各种形式的机械摩擦和磨损引起的。因此，保证机械系统功能和使用寿命的关键在于如何降低构件间的摩擦磨损问题。经研究发现，表面织构化技术是改善材料表面摩擦学特性的一种有效手段。随着机械系统的不断微型化，对于表面织构特征尺寸的需求逐渐缩小至微米、亚微米甚至纳米尺度。而在机械系统中，大部分器件是由金属材料制成。因此，针对金属材料表面的微织构化技术的研究具有十分重要的意义。目前，常采用的方法主要包括:微细铣削、激光加工、磨料气射流和电火花加工等。然而，以上方法均存在一定的局限性，例如:(I)微细铣削存在加工应力和表面残余应力，且很难实现对难加工材料表面的织构化处理；(2)激光加工和电火花加工表面均存在热影响区，表面粗糙度较差；磨料气射流仅适用于对脆性材料的加工等。另外，这些方法所加工出的织构的特征尺寸一般在几十到几百微米之间，很难实现数微米或更小尺寸织构的制备。电解加工(ECM)是一种基于电化学阳极溶解原理的减材制造方法，加工过程中工件材料以“离子”的形式去除。而“离子”的大小处于纳米量级，因此，ECM在制备微/纳米尺度结构方面具有原理上的优势。同时，ECM还具有可成型范围广(可加工几乎所有的导电材料)、表面质量好(无毛刺、微裂纹、再铸层和热影响区)、工具无损耗和生产效率高等特点。掩模电解加工(TMECM)是ECM的一种特殊形式，其原理是首先将阳极表面经光刻处理后再进行电解加工。该技术结合了光刻技术的高分辨率和ECM的高效率，也是金属材料表面织构制备的常用方法之一。对于TMECM来说，前期掩模板的制作十分重要，它对最终织构的特征参数起着决定性作用。目前，掩模的制作方法主要有照相精缩法、电子束直写法和聚焦离子束直写法等。但这些方法均存在价格昂贵、制作周期长和掩模板面积小等缺点。而这些问题在制备特征尺寸为亚微米、纳米尺度的掩模板时显的尤为突出。此外，织构的类型、尺寸和疏密程度在不同环境下对材料表面摩擦学特性影响很大。当所需织构的特征参数需要改变时，如果采用传统的TMECM工艺，掩模板则必须重新制作，这不仅造成了材料的浪费，而且将大大延长工艺周期。激光干涉光刻(LIL)是一种新兴的光刻技术，其不需要昂贵的光学镜头和掩膜板，用现有的光源和抗蚀剂就容易在大的曝光场范围内得到精细的结构。同时，LIL还具有以下优点:(I)易于实现不同类型周期性结构的制备。通过改变参与曝光光束的数量，可以得到不同类型的结构，例如:条纹结构-双光束干涉曝光、呈三角形排列的孔阵列结构-三光束干涉曝光、呈矩形排列的孔阵列结构-四光束干涉曝光等；(2)容易实现亚微米、纳米尺度结构的制备，其最小分辨率可达激光波长的1/4倍。(3)结构的特征尺寸可实现动态调控。通过调节干涉光束的入射角度，可以改变织构的排布周期，即疏密度；通过改变曝光剂量，可以实现对结构占空比的控制。综上所述，LIL技术能够以低成本高效率，实现从简单到复杂、大面积的、尺寸可控的微/纳米结构的制备。激光干涉光刻和微细电解加工均有各自的优缺点，若能将两种工艺进行结合，更易于实现在金属表面大面积亚微米、纳米尺度织构的制备。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种，将激光干涉光刻和微细电解加工工艺进行结合，易于实现在金属表面大面积亚微米、纳米尺度织构的制备，并且降低了加工成本，大大缩短了加工周期。本专利技术提供了一种，包括以下步骤: I)将基片表面分别用丙酮、酒精和去离子水进行超声清洗，以除去表面的污渍。之后，在真空干燥箱中进行烘烤，确保基片表面的绝对干燥。2)将光刻胶均匀的涂覆在基片表面，对其进行前烘处理；光刻胶包括正性光刻胶和负性光刻胶。按照所需织构的特征参数，选择合适的曝光方式，调节光束的入射角度为0-90°，光阑孔的大小为l_150mm，设定曝光量，对基片进行干涉曝光；通过改变曝光方式，得到不同类型的织构；改变光束的入射角得到不同周期的织构，所需织构的周期为0.1-1Oymi^变光阑孔径的大小，实现对曝光面积的调节；改变曝光量，得到不同占空比的织构，所需占空比为10-80%。所述的干涉曝光方式包括双光束曝光、三光束曝光和四光束曝光。4)将经步骤3)曝光处理后的基片放入显影液池中进行超声显影，显影结束后，立即用去离子水冲洗掉基片表面残留的显影液，对基片进行硬烘烤，也称为坚膜，以防止后续微细电解加工过程中光刻胶膜从基片表面脱落。5)待基片自然冷却后，将其固定于微细电解加工系统中的阳极夹具内，并与超短脉冲电源的正极相连，进行电解加工；电解加工使用超短脉冲电源，加工时电压为1-20V，周期为0.1-10 μ s，脉宽为10-1000nS。加工过程中，电解液从加工间隙内高速流过，以带走电解产物、氢气泡和反应热等。通过控制加工时间，实现不同深度织构的制备。6)电解加工完毕后，将基片置于去胶液池中，除去表面剩余的光刻胶膜后，利用酒精和去离子水进行反复超声清洗，整个加工工艺过程结束。本专利技术有益效果在于: 1、本专利技术提出了一种基于激光干涉光刻和微细电解加工的复合制造方法，激光干涉光刻和微细电解加工均可以达到亚微米、纳米级的分辨率。同时，激光干涉光刻容易实现大面积曝光，而微细电解加工能够加工几乎所有的导电材料。由此可见，该方法易于实现在金属表面大面积亚微米、纳米尺度织构的制备。2、在整个工艺过程中，该方法无需使用掩模，从而避免了价格昂贵、制作工艺复杂的掩模的制作。这不仅降低了加工成本，而且大大缩短了加工周期。3、改变曝光工艺的相关参数，就可实现对织构类型、疏密程度、占空比的调节，这对研究织构化表面的摩擦学特性具有重要的意义。【附图说明】图1为本专利技术提供的加工方法的工艺流程图。图2(a)为双光束曝光显影后基片表面的光刻胶膜图样示意图。图2(b)为三光束曝光显影后基片表面的光刻胶膜图样示意图。图2(c)为四光束曝光显影后基片表面的光刻胶膜图样示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1 本专利技术一种金属材料表面大面积微织构的可控制造方法，如图1所示，可分为激光干涉光刻和微细电解加工两部分，具体包括以下步骤。(I)基片前处理。基片I的材料选用304不锈钢，将其分别在丙酮、酒精和当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属材料表面大面积微/纳米织构的快速可控制造方法，其特征在于包括以下步骤：1)将基片进行清洗预处理；2)将光刻胶均匀的涂覆在基片表面，对其进行前烘处理；3) 按照所需织构的特征参数，选择合适的曝光方式，调节光束的入射角度为0‑90°，光阑孔的大小为1‑150mm，设定曝光量，对基片进行干涉曝光；4)将经步骤3)曝光处理后的基片放入显影液池中进行超声显影，显影结束后，立即用去离子水冲洗掉基片表面残留的显影液，对基片进行硬烘烤；5)待基片自然冷却后，将其固定于微细电解加工系统中的阳极夹具内，并与超短脉冲电源的正极相连，进行电解加工；6)电解加工完毕后，将基片置于去胶液池中，除去表面剩余的光刻胶膜后，进行清洗。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贺海东，曲宁松，曾永彬，
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
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