本发明专利技术公开了一种高硬度表面上复合微结构的缝隙腐蚀制备方法与装置，通过在拉刀各刀齿前刀面上固定碳纤维网，再对拉刀加热控温，并依次在各刀齿前刀面的碳纤维网上滴加腐蚀液，腐蚀液会被碳纤维网的碳纤维束以及结点吸引自动聚集在附近的碳纤维束以及结点上，且结点处液滴量多于碳纤维束处。本发明专利技术利用碳纤维网节点毛细集聚效应和沿纤维微小缝隙的毛细集聚效应，通过缝隙腐蚀方法在高硬度表面制备功能微结构，使用不同形状碳纤维网能改变微结构形状，改变腐蚀液滴大小能改变微结构尺寸，微结构表面不规则，提高了高硬度表面的润湿、导热和散热性能，可增加刀具的微池润滑效果，加速刀具散热，提升刀具的切削性能。提升刀具的切削性能。提升刀具的切削性能。
【技术实现步骤摘要】
一种高硬度表面上复合微结构的缝隙腐蚀制备方法与装置
[0001]本专利技术涉及高硬度表面微结构的制备
，特别是涉及一种在高硬度表面上复合功能微结构的缝隙腐蚀制备方法与装置。
技术介绍
[0002]高硬度表面制备功能微结构向来并非易事，如今常用的方法有拉削成型、激光刻蚀、电化学蚀刻等等。而这些方法普遍存在一些缺点，例如制备成本高、时间长、方法复杂(所需的原料多且制备困难)、形状及位置不可控等等。
[0003]目前，在相关领域并没有能够只通过腐蚀液滴加浸润来制备高硬度表面功能微结构的方法与装置。如申请号为201110036479.0(授权公告号为102134055A，授权公告日为2011年7月27日)的专利技术专利公开了一种在石英或玻璃表面蒸镀一层金属膜，而后通过涂光刻胶与曝光的方式使其与金属膜之间形成缝隙，将整个样片置入腐蚀液腐蚀，最终用去离子水冲洗，洗去光刻胶结构得到金属纳米结构的方法。但该方法步骤多，过程复杂，成本高，并且无法在高硬度表面上具有内凹型的表面上一次成形制备多尺度功能微结构；申请号为202010395363.5(授权公告号为111380770A，授权公告日为2020年7月7日)的专利技术专利公开了一种金属缝隙腐蚀的模拟装置及金属缝隙腐蚀模拟实验的方法，其使用垫片之间的缝隙来达成缝隙腐蚀的区域要求，可以做到较为实际的反应垫片之间缝隙腐蚀的反应形貌与程度，但是由于其缝隙腐蚀形状的不可改变以及腐蚀程度以及速度不可控，只能用于代替现实缝隙腐蚀的现象，无法在指定位置对其进行定量的反应控制。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对目前在精密复杂刀具、齿轮等高硬度表面上制备功能微结构存在难度高、效率低和微结构形状单一等问题，提供一种基于碳纤维元素吸附和缝隙腐蚀原理的高硬度表面上复合功能微结构制备方法与装置。本专利技术是一种将不同形状碳纤维网与高硬度表面构成微小缝隙的方法；是一种利用碳纤维网节点毛细集聚效应和沿纤维微小缝隙的毛细集聚效应的蚀刻液体和蚀刻元素(离子团)汇聚方法；是一种高硬度表面上复杂功能微结构的可编程和区域化制备方法；是一种蚀刻液滴入量可控的三维尺度微结构蚀刻制造方法与装置；是一种通过改变刀具温度来控制蚀刻速度的制备装置。
[0005]本专利技术一种高硬度表面上复合微结构的缝隙腐蚀制备方法，具体步骤如下：
[0006]步骤一、在拉刀的各刀齿前刀面上张紧放置一张碳纤维网，然后用胶带将碳纤维网的两端与拉刀的两侧面分别固定。
[0007]步骤二、将拉刀的刀头置于刀具底托的卡槽内，拉刀的刀柄两侧通过平口钳夹紧固定，使得红外传感器的检测头正对于拉刀的刀齿；然后，平行夹紧气缸驱动两侧的加热片贴紧拉刀的刀柄两侧；其中，平口钳、平行夹紧气缸的缸体和刀具底托均与滑台连接板固定；滑台连接板固定在Z向滑台的滑动平台上；Z向滑台的座体与X向滑台的滑动平台固定。
[0008]步骤三、通过控制器设定加热温度并对加热片通电，使得两侧的加热片对拉刀进
行整体加热，同时红外传感器进行温度数据的实时采集，并将温度数据反馈给控制器，控制器将温度显示在外部控制屏上。
[0009]步骤四、注射器吸取腐蚀液后，将注射器的针筒固定在精密滑台的滑动平台上；其中，精密滑台的座体与Y向滑台的滑动平台固定。
[0010]步骤五、控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台，使拉刀远离注射器的针尖；然后，通过控制器控制Z向滑台的驱动电机带动Z向滑台上升，使拉刀的第一排刀齿的容屑槽与注射器的针尖在高度上齐平，且拉刀的第一排刀齿前刀面与注射器的针尖垂直距离为k，k的取值范围为3～5mm；最后，通过控制器控制Y向滑台的驱动电机带动Y向滑台、精密滑台和注射器靠近拉刀，使注射器的针尖在Y轴上的坐标比拉刀刀刃在Y轴上的坐标小k。
[0011]步骤六、控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台靠近注射器的针尖，使注射器的针尖伸入拉刀的容屑槽内，且与拉刀远离注射器的侧面相距k。
[0012]步骤七、通过控制器启动音圈电机，音圈电机的振动传递到注射器，使注射器的针尖处也产生振动。
[0013]步骤八、控制器控制精密滑台的驱动电机带动固定在精密滑台的滑动平台上的推送板移动预设距离一，使推送板带动注射器的活塞向注射器的针筒内推入，从而将固定体积的腐蚀液从振动的针尖处滴落在拉刀前刀面的碳纤维网上，由于碳纤维网的碳纤维束与拉刀前刀面之间间隙以及碳纤维网结点上各碳纤维束之间的毛细集聚效应，腐蚀液会被碳纤维网的碳纤维束以及结点吸引自动聚集在附近的碳纤维束以及结点上，且结点的吸引作用比碳纤维束强，导致结点处液滴量多于碳纤维束处。
[0014]步骤九、控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台向远离注射器的针尖方向移动步进距离h，然后重复步骤八。
[0015]步骤十、重复步骤九，直到m
×
h＞L
‑
k时，通过控制器停止音圈电机，且控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台向远离注射器的针尖方向移动，使注射器的针尖不再位于拉刀的容屑槽内。其中，m为步骤九执行的次数，L为拉刀宽度。
[0016]步骤十一、通过控制器控制Y向滑台的驱动电机带动Y向滑台沿靠近拉刀方向移动预设距离二；然后，控制器控制Z向滑台的驱动电机带动Z向滑台上升预设距离三，使注射器的针尖与下一排刀齿的容屑槽齐平，且拉刀的该排刀齿前刀面与注射器的针尖垂直距离为k。
[0017]步骤十二、重复步骤六至步骤十一，直至拉刀最后一排刀齿的碳纤维网上滴加好腐蚀液。
[0018]优选地，还包括步骤十三，具体为：每隔预设时间重复一次步骤五至步骤十二；达到预设次数后，完成微结构蚀刻。
[0019]优选地，所述碳纤维网的网格形状呈正方形、菱形、鱼鳞形或矩形。
[0020]本专利技术一种高硬度表面上复合功能微结构的缝隙腐蚀制备装置，主要由支承桌、拉刀固定机构、腐蚀液注射机构和碳纤维网组成。所述的拉刀固定机构包括滑台支架、X向滑台、Z向滑台、滑台连接板、斜支架、平行夹紧气缸、夹紧气缸连接板、平口钳、加热片夹块、加热片、红外传感器和刀具底托；X向滑台的座体固定在两个滑台支架上；两个滑台支架均固定在支承桌上；Z向滑台的座体固定在X向滑台的滑动平台上；滑台连接板固定在Z向滑台的滑动平台上；斜支架、平行夹紧气缸的缸体和刀具底托均固定在滑台连接板上，且刀具底
托位于滑台连接板最底端；两块夹紧气缸连接板与平行夹紧气缸的两个夹爪分别固定；每块夹紧气缸连接板上固定两块加热片夹块；所述的加热片夹块上固定有加热片；所述的平口钳固定在斜支架上；所述的红外传感器固定在其中一块夹紧气缸连接板上；X向滑台和Z向滑台分别由一个驱动电机驱动。所述的腐蚀液注射机构包括Y向滑台、Y向滑台板、底座、安装板、精密滑台、推送板、针管抱箍、注射器和音圈电机。Y向滑台的座体固定在支承桌上；Y向滑台板的一端固定在Y向滑台的滑动平台上；安装板通过底座固定在Y向滑台板的另一端；精密滑台的座体固定在安装板上；推送板固定在精密滑台的滑动平台上，且推送板开设有凹槽的一端朝向本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高硬度表面上复合微结构的缝隙腐蚀制备方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、在拉刀的各刀齿前刀面上张紧放置一张碳纤维网，然后用胶带将碳纤维网的两端与拉刀的两侧面分别固定；步骤二、将拉刀的刀头置于刀具底托的卡槽内，拉刀的刀柄两侧通过平口钳夹紧固定，使得红外传感器的检测头正对于拉刀的刀齿；然后，平行夹紧气缸驱动两侧的加热片贴紧拉刀的刀柄两侧；其中，平口钳、平行夹紧气缸的缸体和刀具底托均与滑台连接板固定；滑台连接板固定在Z向滑台的滑动平台上；Z向滑台的座体与X向滑台的滑动平台固定；步骤三、通过控制器设定加热温度并对加热片通电，使得两侧的加热片对拉刀进行整体加热，同时红外传感器进行温度数据的实时采集，并将温度数据反馈给控制器，控制器将温度显示在外部控制屏上；步骤四、注射器吸取腐蚀液后，将注射器的针筒固定在精密滑台的滑动平台上；其中，精密滑台的座体与Y向滑台的滑动平台固定；步骤五、控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台，使拉刀远离注射器的针尖；然后，通过控制器控制Z向滑台的驱动电机带动Z向滑台上升，使拉刀的第一排刀齿的容屑槽与注射器的针尖在高度上齐平，且拉刀的第一排刀齿前刀面与注射器的针尖垂直距离为k，k的取值范围为3～5mm；最后，通过控制器控制Y向滑台的驱动电机带动Y向滑台、精密滑台和注射器靠近拉刀，使注射器的针尖在Y轴上的坐标比拉刀刀刃在Y轴上的坐标小k；步骤六、控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台靠近注射器的针尖，使注射器的针尖伸入拉刀的容屑槽内，且与拉刀远离注射器的侧面相距k；步骤七、通过控制器启动音圈电机，音圈电机的振动传递到注射器，使注射器的针尖处也产生振动；步骤八、控制器控制精密滑台的驱动电机带动固定在精密滑台的滑动平台上的推送板移动预设距离一，使推送板带动注射器的活塞向注射器的针筒内推入，从而将固定体积的腐蚀液从振动的针尖处滴落在拉刀前刀面的碳纤维网上，由于碳纤维网的碳纤维束与拉刀前刀面之间间隙以及碳纤维网结点上各碳纤维束之间的毛细集聚效应，腐蚀液会被碳纤维网的碳纤维束以及结点吸引自动聚集在附近的碳纤维束以及结点上，且结点的吸引作用比碳纤维束强，导致结点处液滴量多于碳纤维束处；步骤九、控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台向远离注射器的针尖方向移动步进距离h，然后重复步骤八；步骤十、重复步骤九，直到m
×
h＞L
‑
k时，通过控制器停止音圈电机，且控制器控制X向滑台的驱动电机带动X向滑台向远离注射器的针尖方向移动，使注射器的针尖不再位于拉刀的容屑槽内；其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪敬，冯凯，庄凯，汪子璇，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。