CN104772538A - 一种铜铝复合微电解电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜铝复合微电解电极及其制备方法,属于电解电极领域。本发明的一种铜铝复合微电解电极,包括复合电极和用于夹紧复合电极的夹具,所述的复合电极包括若干铜片和铝片,所述的铜片和铝片沿高度方向交替排列,并由夹具夹紧;所述的复合电极的电极端面通过化学腐蚀使铜片或铝片腐蚀,形成以一定间距排列的微阵列腐蚀微坑。本发明还公开了一种铜铝复合微电解电极的制备方法。本发明将铜片和铝片交替叠加复合后,将铜或铝进行腐蚀形成以一定间距排列的微阵列电极,可用于表面微织构电解加工,具有结构简单、成本低的特点,且该方法简单易行,制备的电解电极尺寸可达到微米级范围,具有广泛地应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解电极及其制备方法,更具体地说,涉及一种铜铝复合微电解电极及其制备方法。
背景技术
机械零件的表面磨损是机械零件失效的主要形式之一,不仅浪费大量能源与资源,而且导致零部件频繁更换与维修,加快了设备的报废,间接和直接地造成了大量的经济损失,极大地影响了国民经济的发展。摩擦磨损造成的损失是巨大的,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。
改善机械系统的摩擦性能对提高机器的承载能力和使用寿命有着重要作用。工程实践表明,通过改变润滑油的化学成分以及降低润滑油粘度可以减少润滑油中硫、磷含量,降低环境污染;另一种合理的方法是对摩擦副工作表明进行精加工,如表明抛光、研磨等,从而达到减小摩擦副之间的摩擦损耗的目的,但受材料性质和加工精度的影响,粗糙度的提高已经达到了极限水平。表面工程技术的进步为更好地控制材料的摩擦学行为提供了多种有效的解决方法,其中表面织构技术作为精确表面工程提高摩擦副承载能力以及抗磨减摩性能方面有着明显的改善效果。大量的理论研究和工程实践发现,合理的表面织构能够产生流体动压,储存润滑油,为表面提供润滑、容纳磨屑以及减少表面吸附力等效果。并且,随着近年来研究的不断深入,研究人员已经形成共识:摩擦副表面的微小凹坑阵列具有极佳的抗磨减摩性能。
然而,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。
电解加工微小凹坑阵列所用电极的表面结构对工件表面的性能有重要影响,微小凹坑阵列尺寸很小,导致一般工艺方法难以加工制造满足要求的微小结构电极,因此,如何制备用于电解加工微小凹坑阵列的微电极成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有电解加工表面织构用电解电极制备困难的不足,提供一种铜铝复合微电解电极及其制备方法,采用本发明的技术方案,将铜片和铝片交替叠加复合后,将铜或铝进行腐蚀形成以一定间距排列的微阵列电极,可用于表面微织构电解加工,具有结构简单、成本低的特点,且该方法简单易行,制备的电解电极尺寸可达到微米级范围,具有广泛地应用前景。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种铜铝复合微电解电极,包括复合电极和用于夹紧复合电极的夹具,所述的复合电极包括若干铜片和铝片,所述的铜片和铝片沿高度方向交替排列,并由夹具夹紧;所述的复合电极的电极端面通过化学腐蚀使铜片或铝片腐蚀,形成以一定间距排列的微阵列腐蚀微坑。
更进一步地,所述的铜片和铝片的厚度不超过50μm。
更进一步地,所述的复合电极的电极端面两侧还设有用于化学腐蚀的腐蚀定位面。
更进一步地,所述的腐蚀微坑的深度为0.5mm~1mm。
更进一步地,所述的夹具包括压板和螺栓,所述的压板安装于复合电极的上下面上,且上下两块压板通过螺栓紧固,将复合电极夹紧于两块压板之间。
本发明的一种上述的电极的制备方法,包括以下步骤:
(a)将铜片和铝片压平,保证铜片和铝片的平整度误差不小于0.01mm;
(b)将步骤(a)中压平的若干上述的铜片和铝片沿高度方向交替排列后夹紧,形成铜铝复合块;
(c)利用慢走丝机床对步骤(b)中的铜铝复合块端面进行切割,保证切割端面精度不大于0.02mm;
(d)将步骤(c)中的铜铝复合块端面浸入浓度不超过5%的NaOH溶液中腐蚀,使铝片被腐蚀,得到铜电极;或者,将步骤(c)中的铜铝复合块端面浸入浓度不超过5%的HCl溶液中腐蚀,使铜片被腐蚀,得到铝电极。
更进一步地,步骤(a)中所述的铜片和铝片的厚度不超过50μm。
更进一步地,步骤(d)中所述的铝片或铜片的腐蚀深度为0.5mm~1mm。
更进一步地,步骤(d)中所述的腐蚀过程中对铜铝复合块进行冷却,用于防止铜片或铝片变形。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
(1)本发明的一种铜铝复合微电解电极,其复合电极包括若干铜片和铝片,铜片和铝片沿高度方向交替排列,并由夹具夹紧;复合电极的电极端面通过化学腐蚀使铜片或铝片腐蚀,形成以一定间距排列的微阵列腐蚀微坑,可用于表面微织构电解加工,具有结构简单、成本低的特点;可得到铜或者铝两种阵列的电解电极,适用性更好;
(2)本发明的一种铜铝复合微电解电极,其铜片和铝片的厚度不超过50μm,电解电极尺寸为微米级范围,可达到20μm,实现精密加工;并且,通过改变铜片或铝片的叠加厚度实现阵列电极间距的改变,使用灵活方便;
(3)本发明的一种铜铝复合微电解电极,其复合电极的电极端面两侧还设有用于化学腐蚀的腐蚀定位面,腐蚀微坑的深度为0.5mm~1mm;利用腐蚀定位面可以方便地定位复合电极,使腐蚀微坑的深度尺寸均匀精确,保证了电解加工的精度;
(4)本发明的一种铜铝复合微电解电极的制备方法,将压平的铜片和铝片交替叠加复合夹紧后,利用慢走丝机床切割出电极端面,将电极端面上的铜或铝进行腐蚀形成以一定间距排列的微阵列电极;该方法简单易行,具有广泛地应用前景,为电解加工表面微小凹坑阵列结构提供了技术保证,降低了加工成本,提高了加工效率。
附图说明
图1为本发明的一种铜铝复合微电解电极的立体结构示意图;
图2为本发明的一种铜铝复合微电解电极的主视结构示意图;
图3为本发明的一种铜铝复合微电解电极的侧视结构示意图;
图4为本发明的一种铜铝复合微电解电极的俯视结构示意图。
示意图中的标号说明:
1、复合电极;2、压板;3、螺栓;11、铜片;12、铝片;13、腐蚀微坑;14、腐蚀定位面。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1至图4所示,本实施例的一种铜铝复合微电解电极,包括复合电极1和用于夹紧复合电极1的夹具,该复合电极1由若干铜片11和铝片12组成,铜片11和铝片12沿高度方向交替排列,并由夹具夹紧;上述的交替排列可以是一片铜片11和一片铝片12交替间隔排列,也可以是多片铜片11和多片铝片12叠加后交替间隔排列;复合电极1的电极端面通过化学腐蚀使铜片11腐蚀,形成以一定间距排列的微阵列腐蚀微坑13,得到电解用铝电极。上述的铜片11和铝片12的厚度不超过50μm,电解电极尺寸为微米级范围,可优选10μm、20μm、30μm和40μm,实现精密加工,并且,通过改变铜片11和铝片12的叠加厚度实现阵列电极间距的改变,使用灵活方便。此外,本实施例中的复合电极1的电极端面两侧还设有用于化学腐蚀的腐蚀定位面14,可以方便地定位复合电极,使腐蚀微坑13的深度尺寸均匀精确,保证了电解加工的精度,腐蚀微坑13的深度可以为0.5mm~1mm。
接续图1所示,本实施例中的夹具包括压板2和螺栓3,压板2安装于复合电极1的上下两面上,且上下两块压板2通过4个螺栓3紧固,将复合电极1夹紧于两块压板2之间,形成铜铝复合块,结构简单,制作方便;当然,为了保证复合电极1在压紧时受力均匀,可以设计专用紧密夹具夹紧复合电极1,使电极的制作更加方便,电极尺寸更加精确。
本实施例的一种铜铝复合微电解电极的制备方法,包括以下步骤:
(a)将铜片11和铝片12分别置于试验机上压平,并保证铜片11和铝片12的平整度误差不小于0.01mm;上述的铜片11和铝片12的厚度不超过50μm,实现精密加工,并且,通过改变铜片11和铝片12的叠加厚度实现阵列电极间距的改变,使用灵活方便;
(b)将步骤(a)中压平的若干上述的铜片11和铝片12沿高度方向交替排列后夹紧,形成铜铝复合块;上述的交替排列可以是一片铜片11和一片铝片12交替间隔排列,也可以是多片铜片11和多片铝片12叠加后交替间隔排列;
(c)利用慢走丝机床对步骤(b)中的铜铝复合块端面进行切割,保证切割端面精度不大于0.02mm,保证了铜铝复合块端面的平面度;
(d)将步骤(c)中的铜铝复合块端面浸入浓度不超过5%的HCl溶液中腐蚀30min,在浓度不超过5%的HCl溶液中,铝片12与HCl溶液不发生腐蚀反应,而铜片11被HCl溶液腐蚀,得到铝电极,且控制铜片11的腐蚀深度为0.5mm~1mm;具体可以在铜铝复合块端面两侧设有用于化学腐蚀的腐蚀定位面,利用腐蚀定位面可以方便地定位复合电极,使铜片11腐蚀深度尺寸均匀精确,保证了电解加工的精度;此外,为了防止因铜片11腐蚀放热而使铝片12变形,因此,在铜片11的腐蚀过程中,需要对铜铝复合块进行冷却,用于防止铝片12变形,保证电解电极的制作精度。
本实施例的一种铜铝复合微电解电极的制备方法,简单易行,具有广泛地应用前景,为电解加工表面微小凹坑阵列结构提供了技术保证,降低了加工成本,提高了加工效率。采用上述方法制备的铜铝复合微电解电极,可用于表面微织构电解加工,具有结构简单、成本低的特点。
实施例2
本实施例的一种铜铝复合微电解电极及其制备方法的基本结构和原理同实施例1,不同之处在于:本实施例的一种铜铝复合微电解电极,复合电极1的电极端面通过化学腐蚀使铝片12腐蚀,形成以一定间距排列的微阵列腐蚀微坑13,得到电解用铜电极。本实施例的一种铜铝复合微电解电极的制备方法,其将铜铝复合块端面浸入浓度不超过5%的NaOH溶液中腐蚀60min,在浓度不超过5%的NaOH溶液中,铜片11与NaOH溶液不发生腐蚀反应,而铝片12被NaOH溶液腐蚀,得到铜电极。与实施例1类似,为了防止因铝片12腐蚀放热而使铜片11变形,因此,在铝片12的腐蚀过程中,需要对铜铝复合块进行冷却,用于防止铜片11变形,保证电解电极的制作精度。
本发明的上述实施例1和实施例2的一种铜铝复合微电解电极及其制备方法,将铜片和铝片交替叠加复合后,将铜或铝进行腐蚀形成以一定间距排列的微阵列电极,可用于表面微织构电解加工,具有结构简单、成本低的特点,且该方法简单易行,制备的电解电极尺寸可达到微米级范围,具有广泛地应用前景。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:包括复合电极(1)和用于夹紧复合电极(1)的夹具,所述的复合电极(1)包括若干铜片(11)和铝片(12),所述的铜片(11)和铝片(12)沿高度方向交替排列,并由夹具夹紧;所述的复合电极(1)的电极端面通过化学腐蚀使铜片(11)或铝片(12)腐蚀,形成以一定间距排列的微阵列腐蚀微坑(13)。
2.根据权利要求1所述的一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:所述的铜片(11)和铝片(12)的厚度不超过50μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:所述的复合电极(1)的电极端面两侧还设有用于化学腐蚀的腐蚀定位面(14)。
4.根据权利要求3所述的一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:所述的腐蚀微坑(13)的深度为0.5mm~1mm。
5.根据权利要求4所述的一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:所述的夹具包括压板(2)和螺栓(3),所述的压板(2)安装于复合电极(1)的上下面上,且上下两块压板(2)通过螺栓(3)紧固,将复合电极(1)夹紧于两块压板(2)之间。
6.一种权利要求1至5任意一项所述的电极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)将铜片(11)和铝片(12)压平,保证铜片(11)和铝片(12)的平整度误差不小于0.01mm;
(b)将步骤(a)中压平的若干上述的铜片(11)和铝片(12)沿高度方向交替排列后夹紧,形成铜铝复合块;
(c)利用慢走丝机床对步骤(b)中的铜铝复合块端面进行切割,保证切割端面精度不大于0.02mm;
(d)将步骤(c)中的铜铝复合块端面浸入浓度不超过5%的NaOH溶液中腐蚀,使铝片(12)被腐蚀,得到铜电极;或者,将步骤(c)中的铜铝复合块端面浸入浓度不超过5%的HCl溶液中腐蚀,使铜片(11)被腐蚀,得到铝电极。
7.根据权利要求6所述的一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:步骤(a)中所述的铜片(11)和铝片(12)的厚度不超过50μm。
8.根据权利要求6所述的一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:步骤(d)中所述的铝片(12)或铜片(11)的腐蚀深度为0.5mm~1mm。
9.根据权利要求6所述的一种铜铝复合微电解电极,其特征在于:步骤(d)中所述的腐蚀过程中对铜铝复合块进行冷却,用于防止铜片(11)或铝片(12)变形。
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