CN104014879A - 随动式电解加工阵列微小凹坑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种随动式电解加工阵列微小凹坑的方法，属电解加工技术领域。该方法首先是制作工具阴极，工具阴极由金属工具与带有贯穿群孔结构的掩模板组成，工件阳极、工具阴极分别与电源正负极连接，将工件阳极浸入到电解液中，将工具阴极与工件阳极表面紧密贴合，接通电源进行电解加工；一次电解加工结束后，切断电源将工具阴极抬起，工件阳极表面电解液得到更新，再将工具阴极与工件阳极表面紧密贴合，接通电源进行电解加工。如此周期性地将工具阴极抬起、落下，电解加工。利用本发明工具阴极与工件阳极紧密贴合，产生的气泡堆积在微坑侧壁，可以有效地减弱加工区域周围的杂散腐蚀，显著提高电解加工的定域性和微细加工能力。

Description

随动式电解加工阵列微小凹坑的方法

技术领域

本发明提出了一种随动式电解加工阵列微小凹坑的方法，属电解加工技术领域。

背景技术

机械装置存在着各种形式的摩擦副，而且摩擦副的接触表面在相对运动过程中存在摩擦和磨损，导致机构装置使用寿命降低甚至损坏，大大降低了工作效率和能量利用率。摩擦磨损是工业设备失效的主要原因之一，据资料统计，欧美国家每年在摩擦磨损方面的损失大约占整个国民生产总值的2％到7％，而我们国内在这方面的损失也在几百亿人民币。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挑战之一。

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。(4)、电液束加工。电液束加工属于单点或单排加工，加工效率比较低。

发明内容

本发明的目的是针对目前电解加工阵列微坑尺度定域性差的缺点，提出了随动式电解加工阵列微小凹坑的方法。利用本发明可以有效地减小加工区域周围的杂散腐蚀，显著提高电解加工微小阵列微坑尺度定域性能力。

本发明采用的随动式电解加工阵列微小凹坑的方法，其特征在于下列步骤：

(a)、制作工具阴极，由金属工具和带有贯穿群孔结构的掩模板组成；

(b)、工件阳极与工具阴极分别与电源正负极连接；

(c)、将工件阳极浸入到电解液中；

(d)、将工具阴极与工件阳极表面紧密贴合；

(e)、接通电源进行电解加工；

(f)、一次电解加工结束后，切断电源将工具阴极抬起；

(g)、更新电解液排除电解产物和气泡后，重复上述步骤((c)—(f))；

其中电解加工重复次数根据预定的微坑的尺寸来决定。

作为改进，电解产物和气泡的堆积使得电流瞬间发生急剧下降的时候作为一次电解加工结束，此时切断电源，将工具阴极抬起。

本发明的有益特点在于：工具阴极周期性地抬起、落下重复电解实验，利用有限元电场计算分析，在电解加工过程中，电位等位面密的区域，电力线越密，即电场强度高，材料去除的速度快。在本发明中采用工具阴极与工件阳极表面紧密贴合电解加工微坑时，工件阳极表面加工区域边缘和中心电力线分布变得趋于一致，电场强度在整个工件加工表面趋于一致，由于电流密度和电场强度的关系为：

i＝κ·E

腐蚀速度与电流密度的关系为：

ν＝ηωi

其中：

i--电流密度

κ--电导率

E--电场强度

ν--腐蚀速度

η--加工效率

ω--电化学当量

由此可见，工件加工表面边缘和中心的电流密度趋于均匀，使得整个工件加工表面的腐蚀强度和速度趋于一致，电解产生的气泡堆积在微坑侧壁，可以有效地减弱加工区域周围的杂散腐蚀，显著提高电解加工的定域性。

附图说明

图1本发明随动式电解加工阵列微小凹坑的方法示意图；

图2工具阴极与工件阳极有加工间隙时电解加工阵列微小凹坑电流密度图；

图3本发明随动式电解加工阵列微小凹坑电流密度图；

图4工具阴极与工件阳极有加工间隙时电解加工阵列微小凹坑示意图；

图5本发明随动式电解加工阵列微小凹坑示意图。

图1中标号名称：1—工具阴极，2—金属工具，3—掩模板，

               4—工件阳极，5—电源，6—电解液。

具体实施方式

下面结合附图具体说明实施本发明——“随动式电解加工阵列微小凹坑的方法”。

本发明采用随动式电解加工阵列微小凹坑的方法，包括下列步骤：

(a)、制作工具阴极1，由金属工具2和带有贯穿群孔结构的掩模板3组成；

(b)、工件阳极4与工具阴极1分别与电源5的正负极连接；

(c)、将工件阳极浸入到电解液6中；

(d)、工具阴极1与工件阳极4表面紧密贴合；

(e)、接通电源5进行电解加工；

(f)、一次电解加工结束后，切断电源5将工具阴极1抬起；

(g)、更新电解液排除电解产物和气泡后，重复上述步骤((c)—(f))；

其中电解加工重复次数根据预定的微坑的尺寸来决定。

上述工具阴极与工件阳极表面紧密贴合，工具阴极周期性地抬起、落下，重复电解加工实验。使得整个工件阳极加工表面电场强度趋于一致，整个工件加工表面的腐蚀强度和速度趋于一致，提高了电解加工的定域性。

本发明能有效提高电解加工阵列微小凹坑的定域性，但是以上描述并不能理解为对本发明专利的限制。应该提出的是，对于本领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改善，这些均应落入本发明专利的保护。

Claims (2)

1.一种随动式电解加工阵列微小凹坑的方法，其特征在于包括下列步骤：

 （a）、制作工具阴极（1），由金属工具（2）和带有贯穿群孔结构的掩模板（3）组成；

 （b）、工件阳极（4）与工具阴极（1）分别与电源（5）正负极连接；

（c）、将工件阳极（4）浸入到电解液（6）中；

（d）、将工具阴极（1）与工件阳极（4）表面紧密贴合；

 （e）、接通电源（5）进行电解加工；

 （f）、一次电解加工结束后，切断电源（5），将工具阴极（1）抬起；

（g）、更新电解液排除电解产物和气泡后，重复上述步骤(（c）—（f）)；其中电解加工重复次数根据预定的微坑的尺寸来决定。

2.根据权利要求1所述的一种随动式电解加工阵列微小凹坑的方法，其特征在于所述步骤（f）中，电解产物和气泡的堆积使得电流瞬间发生急剧下降的时候作为一次电解加工结束，此时切断电源（5），将工具阴极（1）抬起。