[发明专利]小孔径内壁面微细凹槽的电解加工工艺及装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及小孔径内壁面微细凹槽的电解加工工艺及装置，属电解加工技术领域。

(二)背景技术

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已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[Patent No.：US 6,760,972 B2]、

机床辅助刻切方法[中国专利：CN 1038360C]、激光珩磨方法、电解加工方法[Patent No.：US 6,303,193 B1]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(1mm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。

(三)发明内容

本发明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。

本发明采用如下技术方案：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200～1000μm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。

本发明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，本发明中所述的成形工具阴极按如下方法制得：选取200～1000μm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50～100μm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50～100μm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。本发明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。