本發(fā)明涉及基于雙層模板的微坑陣列電解系統(tǒng)與方法及模板制備方法，屬于微細(xì)電解加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

機(jī)械裝置在運(yùn)行中存在多種摩擦副，這些摩擦副的摩擦學(xué)行為影響機(jī)械系統(tǒng)的工作性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致零件失效。研究表明，微坑陣列可以改善摩擦副表面的摩擦磨損性能，減小摩擦力，降低磨損，提高摩擦副的使用壽命。合理的微坑陣列結(jié)構(gòu)能夠儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，形成良好的油膜，提高摩擦副的潤(rùn)滑效果和耐磨性。同時(shí)，摩擦副在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生一些磨屑，外界也會(huì)有一些微小顆粒進(jìn)入摩擦副中，這些磨粒會(huì)加劇摩擦副表面的磨損，表面微坑陣列結(jié)構(gòu)在摩擦運(yùn)動(dòng)中可以容納微粒，降低摩擦副表面的磨損，提高摩擦副的使用壽命。微坑陣列結(jié)構(gòu)在熱能交換方面也有這重要的作用。在散熱表面上加工出微坑陣列結(jié)構(gòu)可以增加熱量交換面積，提高熱量交換效率。在噴霧冷卻中，具有微坑陣列結(jié)構(gòu)的表面，其冷卻效果比光滑表面更好。

隨著微坑陣技術(shù)在科學(xué)研究和工程中的廣泛應(yīng)用，微坑陣列的高效、高精度加工技術(shù)成為一個(gè)研究重點(diǎn)。光刻電解加工技術(shù)是微坑陣列的一種有效加工方法。電解加工是利用陽(yáng)極在電解液與電場(chǎng)的作用下發(fā)生陽(yáng)極溶解的原理，將零件加工成形的一種制造技術(shù)。傳統(tǒng)的光刻電解加工技術(shù)采用光刻膠作為掩模，光刻膠經(jīng)過旋涂、前烘、曝光、后烘、顯影等步驟形成帶有群孔圖案的模板，貼在陽(yáng)極工件表面；工件表面對(duì)應(yīng)的模板鏤空區(qū)域發(fā)生電解反應(yīng)，最終形成微坑陣列結(jié)構(gòu)。這種加工方法的光刻工藝復(fù)雜，電解加工后需要去除光刻膠，生產(chǎn)成本高，制作時(shí)間長(zhǎng)。為提高微坑陣列的加工效率、降低加工成本，研究中們采用了一些措施來(lái)改善光刻電解加工技術(shù)，其中聚二甲基硅氧烷模板引起了研究者們的興趣。聚二甲基硅氧烷（pdms）是一種有彈性的有機(jī)高分子聚合物，具有良好化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性，其注模復(fù)制精度高。以pdms通孔模板作為柔性模板進(jìn)行電解加工具有較大的優(yōu)勢(shì)。加工時(shí)pdms模板貼合在陽(yáng)極工件上，電解加工結(jié)束后可以直接從工件表面揭下。柔性模板可以有效地貼合在剛性陽(yáng)極工件表面。在電解加工過程中pdms模板沒有受到損傷，可以重復(fù)使用，在微坑陣列的批量加工中成產(chǎn)成本低、效率高。

在微坑電解加工過程中，通孔模板與工件需要緊密貼合。由于pdms模板與工件之間的粘結(jié)力很弱，電解加工過程中電解液的擾動(dòng)容易造成pdms模板與工件表面分離，使得電解液進(jìn)入pdms模板與工件的貼合面內(nèi)，造成雜散腐蝕，降低加工精度。因此有必要采取措施促使pdms模板與工件緊密貼合。

陳曉磊、曲寧松提出了一種方法使柔性模板與工件貼合進(jìn)行微坑電解加工（采用柔性模板提高陣列微坑電解加工定域性的系統(tǒng)及方法，專利申請(qǐng)?zhí)枺篶n201410752718.6）。該方法采用高速電解液正向沖擊柔性模板來(lái)確保柔性模板與工件的貼合，提高了微坑陣列電解加工的定域性，但是由于電解液流場(chǎng)的復(fù)雜性，在微坑陣列的長(zhǎng)時(shí)間加工中，難以有效保證pdms模板與工件的持續(xù)貼合。對(duì)于采用pdms模板的微坑陣列電解加工技術(shù)，為了保證pdms模板與工件的有效貼合，提高微坑陣列的加工精度，有必要改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，探討新的電解加工系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于雙層模板的微坑陣列電解系統(tǒng)與方法及模板制備方法，解決了原有電解加工中pdms模板與工件貼合不牢，雜散腐蝕嚴(yán)重等問題，顯著地提高了加工精度。

一種基于雙層模板的微坑陣列電解系統(tǒng)，包括：陰極工具、雙層模板、陽(yáng)極工件、夾具、電解液、電源；上述夾具內(nèi)部為工作腔，陽(yáng)極工件、雙層模板、陰極工具均位于工作腔內(nèi)；陽(yáng)極工件和陰極工具分別連接電源正負(fù)極；上述夾具具有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口位于夾具上方，出液口沿周向均勻分布于夾具側(cè)壁；上述陰極工具位于雙層模板上方，陽(yáng)極工件位于雙層模板下方，陰極工具具有均勻群縫結(jié)構(gòu)，雙層模板具有通孔陣列；其特征在于：上述雙層模板的上下兩層分別為環(huán)氧樹脂模板和pdms模板，環(huán)氧樹脂模板和pdms模板通過結(jié)合劑粘結(jié)在一起；環(huán)氧樹脂模板和pdms模板具有相同的中心距，pdms模板的通孔直徑小于環(huán)氧樹脂模板；電解加工時(shí)雙層模板中的pdms模板貼在陽(yáng)極工件表面；上述夾具在上述雙層模板的環(huán)氧樹脂模板一面施加壓力，使雙層模板緊密貼合在陽(yáng)極工件表面；電解液的壓強(qiáng)大于0.4mpa。

上述系統(tǒng)電解加工過程中，微坑陣列的尺寸由pdms模板的通孔尺寸控制，環(huán)氧樹脂模板增強(qiáng)了雙層模板的剛度。由環(huán)氧樹脂模板和pdms模板組成的雙層模板具有一定的剛度，電解加工過程中不易變形，通過夾具對(duì)環(huán)氧樹脂模板施加壓力，上述雙層模板的pdms模板緊密貼在陽(yáng)極工件表面，有利于阻止電解液滲透進(jìn)入pdms模板和陽(yáng)極工件表面的貼合處，減小微坑周圍的雜散腐蝕，提高加工精度。采用上述雙層模板，既利用環(huán)氧樹脂的剛度提高了微坑陣列的加工穩(wěn)定性，又利用pdms模板的柔性促使pdms模板緊密貼合在陽(yáng)極工件表面，提高加工精度。

上述方式中，電解液采用正向流動(dòng)的方式通過陰極工具縫隙流向陽(yáng)極工件，壓強(qiáng)大于0.4mpa；雙層模板厚度大，模板通孔的深徑比大，正向流動(dòng)的高壓強(qiáng)電解液能夠充分克服模板的疏水性，充分進(jìn)入陽(yáng)極工件表面，有利于電解加工的順利進(jìn)行。

上述系統(tǒng)中的雙層模板的制備方法，其特征在于包括以下步驟：a、制作pdms模板：采用光刻技術(shù)制作su-8膠微群柱模具，微群柱高度在100-300μm；在su-8膠模具微群柱上表面一層膠帶制作微群柱通道，并放入制模容器內(nèi)；采用抽真空的方式使pdms膠體填充模具微群柱通道；對(duì)上述模具進(jìn)行加熱，使pdms膠完全；將固化后的pdms膠與微群柱模具和膠帶分離，得到pdms模板；b、制作環(huán)氧樹脂模板：在環(huán)氧樹脂板的一面貼上雙面膠，環(huán)氧樹脂板的厚度為0.5mm；采用機(jī)械鉆孔的方法在環(huán)氧樹脂板和雙面膠上加工出群孔陣列，群孔間距與pdms模板的群孔間距一致，孔徑大于pdms模板的孔徑；c、pdms模板與環(huán)氧樹脂模板的貼合：揭去環(huán)氧樹脂模板上的雙面膠的保護(hù)層，將pdms模板貼在雙面膠上，使環(huán)氧樹脂模板和pdms模板緊密貼合，同時(shí)保證環(huán)氧樹脂模板的群孔與pdms模板的群孔相對(duì)應(yīng)，兩層模板的通孔的軸線近似重合，得到雙層模板。

上述方式中，采用光刻工藝制作pdms模板，pdms模板的精度高，有利于微坑陣列的高精度加工。環(huán)氧樹脂模板的通孔直徑大于pdms模板孔徑，有利于制作環(huán)氧樹脂模板。采用雙面膠可以有效地將環(huán)氧樹脂模板和pdms模板緊密貼合在一起，電解加工后雙層模板直接從陽(yáng)極工件表面揭下，因此雙層模板可以重復(fù)使用。

附圖說(shuō)明

圖1微坑陣列的電解加工裝置示意圖；

圖2雙層模板示意圖；

圖3pdms模板制作示意圖；

其中標(biāo)號(hào)名稱：1、環(huán)氧樹脂模板，2、雙面膠，3、pdms模板，4、陽(yáng)極工件，5、夾具，6、陰極工具，7、電解液，8、電源，9、雙層模板，10、膠帶，11、pdms膠體，12、su-8膠微群柱模具，13、制模容器，14、真空箱，15、真空泵，16、真空計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明本發(fā)明：基于雙層模板的微坑陣列電解系統(tǒng)與方法及模板制備方法，包含以下步驟：

a、制作夾具5和陰極工具6，陰極工具6具有均勻群縫結(jié)構(gòu)，夾具進(jìn)液口直徑為20mm，在位于陰極工具6下表面處設(shè)置兩個(gè)出液口，直徑為1mm；

b、制作具有通孔陣列的雙層模板9，如圖2；

c、將雙層模板9中的pdms模板1貼在陽(yáng)極工件4上，使用夾具5將陰極工具6、陽(yáng)極工件4和雙層模板9裝夾在一起，其中陰極工具4和柔性模板9的距離為15mm；

d、陽(yáng)極工件4和陰極工具6分別連接電源8的正負(fù)極；

e、電解液7通過陰極工具群縫流向陽(yáng)極工件，電解液壓強(qiáng)為0.4mpa；

f、接通電源8，進(jìn)行電解加工。

其中雙層模板的制備包含以下步驟：

a、制作pdms模板：采用光刻技術(shù)制作su-8膠微群柱模具12，微群柱高度在250μm，微柱體直徑為150μm，中心間距為500μm；在su-8膠模具12微群柱上表面一層膠帶10制作微群柱通道，并放入制模容器13內(nèi)；將制模容器13放入真空箱14內(nèi)抽真空，氣壓低于10pa后卸壓，pdms膠體11填充模具微群柱通道；將制模容器13放入干燥箱內(nèi)，在70℃固化30min，使pdms膠11固化完全；將固化后的pdms膠11與微群柱模具12和膠帶10分離，得到pdms模板3；

b、制作環(huán)氧樹脂模板：在環(huán)氧樹脂板的一面貼上雙面膠2，采用機(jī)械鉆孔的方法在環(huán)氧樹脂板和雙面膠2上加工出群孔陣列，環(huán)氧樹脂板的厚度為0.5mm，通孔直徑為250μm，中心間距為500μm；

c、pdms模板與環(huán)氧樹脂模板的貼合：揭去環(huán)氧樹脂模板1上的雙面膠的保護(hù)層，將pdms模板3貼在雙面膠上，使環(huán)氧樹脂模板1和pdms模板3緊密貼合，同時(shí)保證環(huán)氧樹脂模板1的群孔與pdms模板3的群孔相對(duì)應(yīng)，兩層模板的通孔的軸線近似重合，得到雙層模板9。