异质材料曲面微结构加工方法技术

本发明专利技术提供了一种异质材料曲面微结构加工方法，步骤包括：步骤1、基材选择：选取具有曲面轮廓的零件作为基材；步骤2、超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗基材；步骤3、吹干：高压气流吹干基材；步骤4、射频清洗：射频清洗基材的镀膜面；步骤5、金属镀膜：金属靶材在基材的镀膜面形成均匀致密的金属镀层；步骤6、超快激光加工：超快激光精密加工机床在覆有金属镀层的基材镀膜面超快激光加工微结构得到样件；步骤7、二次超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗样件；步骤8、吹干：高压气流吹干样件。根据本发明专利技术提供的异质材料曲面微结构加工方法异质材料间结合强、加工范围广、参数调节方便、表面微结构精度高。

【技术实现步骤摘要】
异质材料曲面微结构加工方法
本专利技术涉及材料表面加工领域，具体地，涉及异质材料曲面微结构加工方法，尤其涉及复杂曲面零件表面异质材料功能微结构的精密加工方法。
技术介绍
随着航空、航天和其他高端装备领域对关键零部件高性能、轻量化、小型化及低损耗等要求的不断提高，通过在复杂构件表面制备功能化金属图案而成的零部件越来越成为提升装备性能的重要手段，典型产品如星载半球谐振陀螺仪、航天器固面天线反射器、雷达罩、超宽频信号发送/接收器等。这类零件的制备往往存在以下问题：结构表面具有平面、柱面、凹球面和凸球面等复杂曲面；基底结构件材料和表面覆层金属材料在物理、化学及力学性能方面差异大；零件表面金属图案尺寸跨度大且形状位置精度要求高。基于以上多种极为苛刻的制造要求，导致该类零件表面功能化金属图案的高质量加工难度极大。目前，采用传统平面光刻技术对该类零件表面金属图案进行加工时，存在曲面加工精度低的难点，无法满足我国新一代航天器搭载的表面具有功能化金属图案结构件的精度要求。国内尚无该类零件的精密制备方法，而国外对相关研究成果严密封锁。一种能够实现零部件表面功能化金属图案高质量加工的异质材料曲面微结构加工方法亟待被开发。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种异质材料曲面微结构加工方法。根据本专利技术提供的异质材料曲面微结构加工方法，步骤包括：步骤1、基材选择：选取具有曲面轮廓的零件作为基材；步骤2、超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗基材；步骤3、吹干：高压气流吹干基材；步骤4、射频清洗：射频清洗基材的镀膜面；步骤5、金属镀膜：金属靶材在基材的镀膜面形成均匀致密的金属镀层；步骤6、超快激光加工：超快激光精密加工机床在覆有金属镀层的基材镀膜面超快激光加工微结构得到样件；步骤7、二次超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗样件；步骤8、吹干：高压气流吹干样件。优选地，步骤1中，基材表面无缺陷。优选地，步骤4中，使用防锈铝工装对基材的非镀膜面进行装夹和保护，并对射频清洗环境抽真空形成真空室，真空度5.0×10-3Pa，在真空室中通入氩气，射频放电并通过电磁场控制清洗基材的镀膜面。优选地，步骤5中，磁控溅射金属靶材，将金属靶材粒子射向基材的镀膜面，形成均匀致密的金属镀层。优选地，步骤5中，金属靶材包括金、铬和铝，不同金属靶材能够依次镀膜，在基材的镀膜面形成多层异质金属镀层。优选地，步骤6中，超快激光的激光频率为100～1000KHz，脉冲宽度为1～100ps，光斑半径为1～10um，扫描速度50～500mm/s。优选地，样件镀膜面的微结构毛刺长度能够低于4um。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、通过先超声波清洗和射频清洗再利用磁控溅射工艺镀覆金属镀层，有效去除基材表面杂质污物的同时，提高了基材与金属镀层的结合力；2、通过使用超快激光加工微结构，利用超快激光脉宽窄的特点，缩短了激光脉冲与材料的作用时间，热影响区域小，具有冷加工的特点，因而微结构毛刺较短，微结构成型精度高；3、在五轴联动精密加工平台上，对表面呈平面、柱面、凹球面和凸球面等复杂曲面的结构均可加工，同时基于超快激光功率密度大的特性，可用于加工各种高熔点、高硬度等传统方法难加工材料，加工范围广；4、采用磁控溅射技术镀覆金属镀层，可方便调节金属镀膜参数，如偏远电源频率、脉宽、电压、氩气流量等；采用超快激光加工，可方便调节激光加工参数。得到不同几何尺寸的微槽或微孔结构，因而参数调节方便。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为异质材料曲面微结构加工方法的示意图；图2为采用磁控溅射工艺进行金属镀膜的示意图；图3为超快激光加工的示意图；图4为超快激光加工的微槽试验观测图。图中：具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例图1～图4为本专利技术提供的一种异质材料曲面微结构加工方法的示意图。根据本专利技术提供的异质材料曲面微结构加工方法，步骤包括：步骤1、基材选择：选取具有复杂曲面轮廓的零件作为基材9，基材9表面无缺陷，具体地，无毛刺、伤痕、锈斑和裂纹等缺陷。步骤2、超声波清洗：将基材9放置在无水乙醇中，在无水乙醇中超声波清洗基材9。步骤3、吹干：基材9清洗完成后使用高压气流吹干基材9或者烘干基材9。步骤4、射频清洗：射频清洗基材9的镀膜面，使用防锈铝制作的工装对基材9的非镀膜面进行装夹和保护，并对射频清洗环境抽真空形成真空室，真空度5.0×10-3Pa，在真空室中通入氩气，射频放电并通过电磁场控制清洗基材9的镀膜面，在该真空室中通入工作气体氩气，在射频放电下，真空室内的氩气离化产生氩离子体，在电磁场的控制下，氩离子体轰击到基材9的镀膜面，去除基材9的镀膜面的杂质污物，提高金属镀层10与基材9的镀膜面的结合力。步骤5、金属镀膜：金属靶材在基材9的镀膜面形成均匀致密的金属镀层10，具体地，采用磁控溅射方法，在真空环境中，利用氩离子体在磁力线作用下轰击阴极金属靶材表面，将金属靶材以原子、离子、电子等粒子形式溅射出来，被溅射出来的金属靶材粒子射向基材9的镀膜面，形成均匀致密的金属镀层10，金属靶材包括金、铬和铝等金属材料，不同金属靶材能够依次镀膜，在基材9的镀膜面形成多层异质金属镀层10。步骤6、超快激光加工：超快激光精密加工机床在覆有金属镀层10的基材9镀膜面超快激光加工微结构11得到样件，调整激光束使焦点聚焦在金属镀层10表面，确定激光加工参数，按照实际所需微结构11的图案轮廓制定激光扫描路径后，对金属镀层10表面进行微结构11的超快激光加工，优选地，超快激光精密加工机床为五轴联动超快激光精密加工机床，超快激光的激光频率为100～1000KHz，脉冲宽度为1～100ps，光斑半径为1～10um，扫描速度50～500mm/s。步骤7、二次超声波清洗：将样件放置在无水乙醇中，在无水乙醇中超声波清洗样件。步骤8、吹干：样件清洗完成后使用高压气流吹干样件或者烘干样件，样件镀膜面的微结构11毛刺长度能够低于4um。具体地，以在环形曲面石英玻璃4表面上制备异质金属镀层微结构11为例对本专利技术提供的异质材料曲面微结构加工方法。步骤1、基材选择：选取环形曲面石英玻璃4作为基材9，厚度为8mm，使用40倍显微镜检查环形曲面石英玻璃4的镀膜面，镀膜面表面无缺陷，具体地，无毛刺、伤痕、锈斑和裂纹等缺陷。步骤2、超声波清洗：将环形曲面石英玻璃4放置在无水乙醇中，在无水乙醇中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质材料曲面微结构加工方法，其特征在于，步骤包括：/n步骤1、基材选择：选取具有曲面轮廓的零件作为基材(9)；/n步骤2、超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗所述基材(9)；/n步骤3、吹干：高压气流吹干所述基材(9)；/n步骤4、射频清洗：射频清洗所述基材(9)的镀膜面；/n步骤5、金属镀膜：金属靶材在所述基材(9)的镀膜面形成均匀致密的金属镀层(10)；/n步骤6、超快激光加工：超快激光精密加工机床在覆有所述金属镀层(10)的基材(9)镀膜面超快激光加工微结构(11)得到样件；/n步骤7、二次超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗所述样件；/n步骤8、吹干：高压气流吹干所述样件。/n

【技术特征摘要】
1.一种异质材料曲面微结构加工方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1、基材选择：选取具有曲面轮廓的零件作为基材(9)；
步骤2、超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗所述基材(9)；
步骤3、吹干：高压气流吹干所述基材(9)；
步骤4、射频清洗：射频清洗所述基材(9)的镀膜面；
步骤5、金属镀膜：金属靶材在所述基材(9)的镀膜面形成均匀致密的金属镀层(10)；
步骤6、超快激光加工：超快激光精密加工机床在覆有所述金属镀层(10)的基材(9)镀膜面超快激光加工微结构(11)得到样件；
步骤7、二次超声波清洗：在无水乙醇中超声波清洗所述样件；
步骤8、吹干：高压气流吹干所述样件。


2.根据权利要求1所述的异质材料曲面微结构加工方法，其特征在于，所述步骤1中，所述基材(9)表面无缺陷。


3.根据权利要求1所述的异质材料曲面微结构加工方法，其特征在于，所述步骤4中，使用防锈铝工装对所述基材(9)的非镀膜面进行装夹和保护，并对...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜洋，赵凯，鞠鹏飞，程灵钰，刘京周，张春杰，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31