本发明专利技术公开了一种小孔径内壁面微细凹槽的电解加工工艺及装置，所述的工艺为：利用本发明专利技术的电解加工装置，以２００～１０００μｍ的导电金属丝制成的绝缘段与导电段相间的变截面结构为成形工具阴极定位在工件预先加工的光孔中，以工件为阳极，使电解液沿电极丝径向流动，在光孔中进行电解加工，并保持电解液压力在１～５ＭＰａ，冲刷掉加工后的产物在光孔内壁面得到微细凹槽结构。本发明专利技术采用紫外光掩模固化技术和电铸工艺制得的成形工具阴极直径尺寸可小至几百微米，结合电解加工工艺可以得到孔径尺寸１ｍｍ左右的肋化冷却孔结构。本发明专利技术采用的工艺过程易掌握，投资小，可加工的最小孔径小，加工精度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及小孔径内壁面微细凹槽的电解加工工艺及装置，属电 解加工
(二)
技术介绍
能源问题时当今世界的重大问题之一，我国"十一五"能源方针 要求能源消费降两成，由此看出节能的紧迫性与必要性。此外，随着 工业的迅速发展，以及大规模与超大规模集成电路的产生，在推动技 术和信息革命发展的同时，对与其相关的技术也提出了更高的要求， 如高性能航空发动机的发展，要求开发有效的冷却方法来降低发动机 叶片所承受的热负荷，以保证发动机正常运行；近年来，发展有效的 冷却技术己成为计算机及其他电子行业发展的前提基础。所以这些都 促使人们不断研究有关传热强化的理论技术，尽可能利用低品位能 源，节能和降低成本。内壁带有凹槽的肋化冷却通道被证明是一种高效低阻的冷却通 道。此种形状的冷却通道在传热过程中，冷却孔侧壁上的微肋对流体 有较大的扰动作用，这种扰动作用破坏了冷却通道内流体的边界层， 减小了热边界层所产生的热阻，加速了冷却气体由层流向湍流的转化，同时这种肋化的冷却通道增大了换热面积，具有较好的冷却效果， 可用于航空航天、电子微电子散热、能源与化工、余热回收、空调制 冷、太阳能利用等领域的冷却装置中。有研究资料表明，微肋孔传热 效率可达光孔的300%。近年来，研究人员针对这种微细凹槽的制备 方法进行了研究与探索，提出了多种制备方法如滚压加工方法、机床辅助刻切方法、激光珩磨方法、 电解加工方法等，以上方法的共同特点 是只能加工孔径尺寸相当较大(3mm以上)的孔壁凹槽，对于孔 径较小(lmm左右)、难加工材料(如硬质合金)孔壁的微细凹槽难 以实现。机械加工方法加工效率低，造成加工工作量大、加工周期长、 生产成本高。专利中提出的电解加工法，由于受到加工工艺的限制， 工艺过程复杂、设备投资大；由于光刻胶直接涂在金属管表面，在加 工过程中受到电解液的高速冲刷，光刻胶易脱落。研究新的、适合现 代科技进步要求的加工方法尤其重要。电解加工是以离子的形式去除材料的，加工后工件表面无再铸 层、无应力、加工与材料硬度无关，近年来常用于微结构的加工。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种小孔径内壁面微细凹槽 的电解加工工艺及装置，以解决目前小尺寸变截面孔加工的工具电极 制备困难、加工孔径大、光刻胶易脱落、加工过程不稳定、加工效率和成形精度低的问题。本专利技术采用如下技术方案 一种小孔径内壁面微细凹槽的电解加工工艺，所述的工艺为以200 1000um的导电金属丝制成的绝缘段与导电段相间的变截面结构为成形工具阴极定位在工件预先加工 的光孔中，以工件为阳极，使电解液沿电极丝径向流动，在光孔中进行电解加工，并保持电解液压力在1 5MPa，冲刷掉加工后的产物在 光孔内壁面得到微细凹槽结构。本专利技术中工件在进行电解加工前需预制光孔，可采用电解加工、 电火花加工或其他机械加工方法制备光孔。本专利技术采用紫外光掩模固化技术和电铸工艺制作成形工具阴极， 由于紫外光固化速度快、固化性能好，可以采用较细的导电金属丝作 为成形工具阴极的基底，在其表面掩模固化一层绝缘层，掩模固化后 采用电铸技术在金属丝裸露部位电铸一层金属，以提高绝缘胶在基底 的结合强度。具体的，本专利技术中所述的成形工具阴极按如下方法制得选取200 1000um的导电金属丝，所述导电金属丝的外表面通过紫外光 掩模固化技术固化一层设定形状的50 100um的绝缘层，由显影液 将未固化部分去除形成裸露导电层，然后通过电铸技术在金属丝裸露 导电层部分沉积一层50 100ii m的金属，得到绝缘段与导电段相间 的变截面结构即为成形工具阴极。一般而言，导电金属丝可选用不锈钢丝、铜丝等；绝缘层材料可 选用环氧树脂材料，如352AUV胶、WF-106UV胶、623A-80UV胶等。本专利技术通过紫外光掩模固化技术固化绝缘层，通常采用2KW紫 外光灯，固化时间控制在2 10秒钟。由于电解加工中，微细凹槽的形状决定于电镀金属层的形状，而 电镀金属层的形状跟绝缘层的形状直接相关，所以一般可以根据需要 得到的微细凹槽的形状如环状、螺旋状等，来确定绝缘层的形状。所 述成形工具阴极表面的绝缘层的形状则可通过紫外光掩模固化技术 中紫外光和导电金属丝的相对运动来实现。本专利技术中的电铸过程为常规操作， 一般电铸液采用含有电铸金属 离子的硫酸盐、氨基磺酸盐、氟硼酸盐和氯化物等的水溶液，在本发 明中，电铸的金属通常为铜或镍，推荐电铸液为CuS04、氨基磺酸镍 溶液等，控制电镀液浓度为120g/L 250g/L，电镀液温度保持为20 30°C，直流电源的电压为5 8 V，搅拌下电解一定时间得到电铸金 属层，电镀时间可根据所需达到的电铸金属层的厚度来决定。本专利技术在电解加工过程中，电解液一般可选用NaCl、 NaN03、 NaC103等，通常控制电解液浓度为120g/L 300g/L，加工电压设置 为5 15V，加工时间则可根据所要求的尺寸及施加的电压大小，由 法拉第定律分析来定。电解液温度一般保持在20 30。C。本专利技术提供了一种小孔径内壁面微细凹槽的电解加工装置，所述 的加工装置包括电解槽、电解液储槽及与电解槽电连接的电源，所述 的电解液储槽通过真空泵及循环管路与电解槽循环连通，所述的电解 槽包括加工腔(2)、固定在加工腔(2)底部的底座(34)、用来固定 预制有光孔的工件(30)的上盖板(4)、下盖板(1)及夹具，所述的下盖板(1)固定在底座上，所述的夹具连接在所述的下盖板(1) 上，所述的上盖板(4)及预制有光孔的工件通过夹具与下盖板(1) 固定，所述的上盖板(4)、下盖板(1)均设有紧固成形工具阴极的 紧固件，所述的紧固件的位置确保所述的成形工具阴极固定后凌空穿 越所述的预制有光孔的工件的光孔当中，所述的成形工具阴极与电源 的负极电边接，所述的预制有光孔的工件与电源的正极电连接。进一步，所述的加工腔(2)底部设有电解液出口 (31)，所述加 工腔(2)上部设有电解液进口 (28)，所述的电解液出口 (31)依次 通过电解液储槽(13)、真空泵(10)、电解液进口 (28)循环连通， 所述的循环管路上设有调节阀(8)。所述的电解液储槽(13 )与电解液进口 (28 )之间设有过滤器(9 )。 所述的循环管路上设有流量计(7)及压力表(6)。 所述的电解液储槽(13)连通过滤器(9)后与电解液进口 (28) 之间另设一回路直接连通电解液储槽(13)，形成电解液循环系统， 保证了加工中电解液的供给。所述的电解液储槽(13)还设有温控装置，所述的温控装置包括 温控仪(14)，与温控仪(14)连接的加热器(11)和温度计(7)。与现有技术相比，本专利技术采用紫外光掩模固化技术、电铸技术与 电解加工技术相结合，通过制备微细成形工具阴极加工得到了孔径尺 寸lmm左右的孔壁微细凹槽结构，并提出了小孔径内壁面微细凹槽 的电解加工装置。本专利技术具有以下优点1、 采用紫外光掩模固化技术和电铸工艺制作成形工具阴极，充 分发挥紫外光固化速度快、固化性能好的优势，由于可以采用较细的 金属丝作为成形工具阴极的基底，可以制备出直径尺寸几百微米的成形工具阴极；掩模固化后采用电铸技术在金属丝裸露部位电铸一层金 属，电铸金属提高了绝缘胶在基底的结合强度，避免了金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种小孔径内壁面微细凹槽的电解加工工艺，其特征在于所述的工艺为：以２００～１０００μｍ的导电金属丝制成的绝缘段与导电段相间的变截面结构为成形工具阴极定位在工件的光孔中，以工件为阳极，使电解液沿电极丝径向流动，在光孔中进行电解加工，并保持电解液压力在１～５ＭＰａ，冲刷掉加工后的产物在工件的光孔壁面得到微细凹槽结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王明环，彭伟，章巧芳，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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