接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法，屬電解加工【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法，首先通過照相掩膜的方式在工件陽極表面制得需要電解的光刻膠膜圖案，工件陽極與工具陰極分別與電源的正負(fù)極連接，將工件陽極浸入到電解液中，工具陰極與工件陽極上的光刻膠膜接觸，接通電源進(jìn)行電解加工。利用本發(fā)明工具陰極與工件陽極上的光刻膠膜接觸，可以改善加工區(qū)域的電場(chǎng)分布，使得加工區(qū)域周圍和中心的電場(chǎng)強(qiáng)度趨于一致，顯著提高電解加工陣列微小凹坑的加工精度和定域性。
【專利說明】接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了一種接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法，屬電解加工【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]機(jī)械零件的表面磨損是機(jī)械零件失效的主要形式之一，不僅浪費(fèi)大量能源與資源，而且導(dǎo)致零部件頻繁更換與維修，加快了設(shè)備的報(bào)廢，間接和直接地造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失，及大地影響了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。據(jù)測(cè)算，紡織機(jī)械干摩擦所消耗的功率是其總功率的85%。汽車的功率消耗中，摩擦損失占48%，遠(yuǎn)高于用于保持巡航的17%和用于加速的35%。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，歐美國家每年在摩擦磨損方面的損失大約占整個(gè)國民生產(chǎn)總值的2%到7%，而我們國內(nèi)在這方面的損失也在幾百億人民幣。由此可見，摩擦磨損造成的損失是巨大的。因此，減少無用的摩擦損耗，控制和減小磨損，改善潤滑性能可減少設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，可以節(jié)約能源和提高資源的利用率。減小磨損，降低摩擦也是工程界長期致力于需要解決的重大技術(shù)挑戰(zhàn)之一。
[0003]改善機(jī)械系統(tǒng)的摩擦性能對(duì)提高機(jī)器的承載能力和使用壽命有著重要作用。工程實(shí)踐表明，通過改變潤滑油的化學(xué)成分以及降低潤滑油粘度可以減少潤滑油中硫、磷含量，降低環(huán)境污染；另一種合理的方法是對(duì)摩擦副工作表明進(jìn)行精加工，如表明拋光、研磨等，從而達(dá)到減小摩擦副之間的摩擦損耗的目的，但受材料性質(zhì)和加工精度的影響，粗糙度的提高已經(jīng)達(dá)到了極限水平。表面工程技術(shù)的進(jìn)步為更好地控制材料的摩擦學(xué)行為提供了多種有效的解決方法，其中表面織構(gòu)技術(shù)作為精確表面工程提高摩擦副承載能力以及抗磨減摩性能方面有著明顯的改善效果。大量的理論研究和工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，合理的表面織構(gòu)能夠產(chǎn)生流體動(dòng)壓，儲(chǔ)存潤滑油，為表面提供潤滑、容納磨屑以及減少表面吸附力等效果。日本本田汽車株式會(huì)社的研究者利用粒徑40 μ m陶瓷球高速噴射(v> 100m/s)的方法在活塞表面加工出平均深度0.6μπι-1.8μπι的微小凹坑。運(yùn)行120小時(shí)后，發(fā)動(dòng)機(jī)整體的機(jī)械損失降低了 2% -2.6%。近年來，隨著研究的不斷深入，研究人員形成共識(shí):摩擦副表面的微小凹坑陣列具有極佳的抗磨減摩性能。
[0004]有效的微小凹坑陣列制造技術(shù)是該項(xiàng)技術(shù)工程化的重要保障。近年來，研究人員在摩擦副表面微小凹坑陣列制造加工領(lǐng)域傾注了極大的研究熱情，提出了多種制造加工方法，試圖解決這個(gè)制造難題。目前摩擦副表面織構(gòu)制造加工方法主要有激光加工表面織構(gòu)技術(shù)，磨料氣射流技術(shù)，電火花加工技術(shù)，電解加工技術(shù)等。其中，電解加工是一種利用電化學(xué)陽極溶解原理去除材料的特種加工方法。與其他加工方法比較，具有加工范圍廣，生產(chǎn)效率高，表面質(zhì)量好，工具無損耗等突出優(yōu)點(diǎn)。用電解方法加工微小凹坑效率高，表面質(zhì)量好，成本低。
[0005]目前國內(nèi)外使用電解加工微小凹坑陣列的方法主要有:(I)、照相電解。此工藝首先經(jīng)光刻工藝在工件表面形成鏤空?qǐng)D案，然后通過電化學(xué)方法在工件表面形成所需圖案。此加工方法加工過程繁瑣，生產(chǎn)效率比較低，制造成本高；(2)、群電極電解加工。該方法是使用一排電極分幾次加工完成或使用群電極一次加工完成。該工藝制造群坑深度的一致性很難保證；(3)、固定陰極加工。該方法是將一個(gè)帶有貫穿群孔結(jié)構(gòu)、表面附有絕緣層的工具陰極直接與工件緊密貼合，陰陽極接通電源后進(jìn)行電解加工，在工件表面得到群坑結(jié)構(gòu)。該方法加工效率高，成本低廉。但在加工陣列微小凹坑時(shí)，容易出現(xiàn)微小凹坑雜散腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致加工定域性和均勻性差；(4)、電液束加工。電液束加工屬于單點(diǎn)或單排加工，加工效率比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)目前電解加工陣列微坑尺度加工精度和定域性差的缺點(diǎn)，提出了接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法。利用本發(fā)明可以顯著提高電解加工微小陣列微坑尺度定域性能力。
[0007]本發(fā)明采用的接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法，其特征在于下列步驟:
[0008](a)、通過照相掩膜的方式在工件陽極表面制得需要電解的光刻膠膜圖案；
[0009](b)、工件陽極與工具陰極分別與電源的正負(fù)極連接；
[0010](c)、將工件陽極浸入到電解液中；
[0011](d)、工具陰極與工件陽極上的光刻膠膜接觸；
[0012](e)、接通電源進(jìn)行電解加工。
[0013]本發(fā)明的有益特點(diǎn)在于:工具陰極與工件陽極上的光刻膠膜接觸，利用有限元電場(chǎng)計(jì)算分析，在電解加工 過程中，電位等位面密的區(qū)域，電力線越密，即電場(chǎng)強(qiáng)度高，材料去除的速度快。在本發(fā)明中采用工具陰極與工件陽極上的光刻膠接觸電解加工微坑時(shí)，工件陽極表面加工區(qū)域邊緣和中心電力線分布變得趨于一致，電場(chǎng)強(qiáng)度在整個(gè)工件加工表面趨于一致，由于電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為:
[0014]i = K.E
[0015]腐蝕速度與電流密度的關(guān)系為:
[0016]V = η ω i
[0017]其中:
[0018]i—電流密度
[0019]K--電導(dǎo)率
[0020]E—電場(chǎng)強(qiáng)度
[0021]V —腐蝕速度
[0022]Π —加工效率
[0023]ω—電化學(xué)當(dāng)量
[0024]由此可見，工件加工表面邊緣和中心的電流密度趨于均勻，使得整個(gè)工件加工表面的腐蝕強(qiáng)度和速度趨于一致，顯著提高電解加工的定域性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法示意圖；
[0026]圖2(a)本發(fā)明通過照相掩膜方式在工件陽極表面制得需要電解的光刻膠圖案主視圖；
[0027]圖2(b)本發(fā)明通過照相掩膜方式在工件陽極表面制得需要電解的光刻膠圖案剖視圖；
[0028]圖3工具陰極與工件陽極上的光刻膠膜有微小加工間隙電解加工電流密度圖；
[0029]圖4本發(fā)明接觸式電解加工陣列微小凹坑的電流密度圖；
[0030]圖5工具陰極與工件陽極上的光刻膠膜有微小加工間隙電解加工微坑結(jié)果示意圖；
[0031]圖6本發(fā)明接觸式電解加工陣列微小凹坑結(jié)果示意圖；
[0032]圖中標(biāo)號(hào)名稱:I—工具陰極，2—光刻膠膜，3—工件陽極，4一電源，5—電解液。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖具體說明實(shí)施本發(fā)明——“接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法”。
[0034]本發(fā)明采用接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法，包括下列步驟:
[0035](a)、通過照相掩膜的方式在工件陽極3表面制得需要電解的光刻膠圖案2 ；
[0036](b)、工件陽極3與工具陰極I分別遠(yuǎn)電源4的正負(fù)極連接；
[0037](c)、將工件陽極3浸入到電解液5中；
[0038](d)、工具陰極I與工件陽極3上的光刻膠膜2接觸；
[0039](e)、接通電源4進(jìn)行電解加工。
[0040]上述工具陰極與工件陽極上的光刻膠膜接觸電解加工陣列微小凹坑，改善加工區(qū)域的電場(chǎng)分布，使得整個(gè)工件陽極加工表面電場(chǎng)強(qiáng)度趨于一致，整個(gè)工件加工表面的腐蝕強(qiáng)度和速度趨于一致，顯著提高了電解加工的加工精度和定域性。
[0041]本發(fā)明能有效提高電解加工陣列微小凹坑的加工精度和定域性，但是以上描述并不能理解為對(duì)本發(fā)明專利的限制。應(yīng)該提出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改善，這些均應(yīng)落入本發(fā)明專利的保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種接觸式電解加工陣列微小凹坑的方法，其特征在于包括下列步驟:(a)、通過照相掩膜的方式在工件陽極(3)表面制得需要電解的光刻膠膜圖案(2)；(b)、工件陽極(3)與工具陰極(I)分別與電源(4)的正負(fù)極連接；(C)、將工件陽極(3)浸入到電解液(5)中；(d)、工具陰極(I)與工件陽極(3)上的光刻膠膜(2)接觸；(e)、接通電源(4)進(jìn)行電解加工。
【文檔編號(hào)】B23H9/00GK104001997SQ201410228273
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】曲寧松, 張西方, 陳曉磊, 李寒松 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)