[发明专利]一种不锈钢表面多孔结构的非均匀电化学加工方法

说明书

技术领域

本发明属于钝化性金属材料表面改性技术领域，其具体涉及一种不锈钢表面多孔结构的非均匀电化学加工方法。

背景技术

不锈钢具有良好的物理性能、工艺性能和耐腐蚀性能等，在工业生产和日常生活中应用广泛。近年来，随着研究尺度的减小，其在微机械领域如微流体传输、生物医疗等方面的应用价值越发凸显。润湿及粘附性能是固体材料重要的表面性能，在微机械研究领域不可忽视，其直接影响机械的使用性能，如微机械的润滑、微流体的减阻、植入性医疗器械的载药、替代性医疗器械的生物相容性等。

微观结构是影响材料表面性能的重要因素，而多孔结构是表面微结构中最具代表性的一种，现有的一些方法由于加工原理的限制并不适用于不锈钢材料，如脱合金法，阳极氧化法等，而少数能够用于不锈钢材料的方法(如电化学加工法等)由于工艺复杂、成本高、无法适用于复杂形状表面等原因使其应用受到限制。不锈钢是典型的钝化性金属，其表面容易发生小孔腐蚀(即点蚀)而形成孔洞，这是一种典型的电化学局部腐蚀形式，通常认为小孔腐蚀形成数量少，破坏性强，因此有关不锈钢表面小孔腐蚀的研究主要集中于如何避免腐蚀的发生。本发明采用非均匀电化学加工方法在其表面加工数十微米的多孔结构，以期改善其表面性能，使其得到更好的利用，该方法亦可以推广至其他钝化性金属材料。

挤压法是在外力作用下，使基体材料表面发生塑性变形而在表面构建微观结构的方法。华南理工大学汤勇等人在铜管的内壁加工出微沟槽结构，用于改善其传热性能。该方法所需设备复杂，且只适用于部分较软的材料，如铝、铜等。

粉末烧结法是一种较为成熟的表面多孔结构制造方法，它是在金属基体表面涂上粘结剂溶液后，把金属粉末均匀铺开使其粘在基体上，待粘结剂溶液风干后将其烧结，在氧气保护下加热至金属粉末表面熔化，恒温约20min，使粘结剂分解挥发，粉末与基体连成一体，形成多孔金属表面。美国、日本、德国等发达国家采用该方法来提高热管的传热，国内的华南理工大学、华东理工大学等也对此方法开展了大量研究。该方法的工艺简单、成本低，但表面的孔隙率不高，并且连接强度较低。

电化学加工的影响因素很多，其中最主要的是电源和电解液，本发明通过试验研究电源和电解液参数对非均匀电化学加工过程及表面孔洞形貌的影响规律，为实际加工提供理论指导。

挤压法是在外力作用下，使基体材料表面发生塑性变形而在表面构建微观结构的方法。华南理工大学汤勇等人在铜管的内壁加工出微沟槽结构，用于改善其传热性能。该方法所需设备复杂，且只适用于部分较软的材料，如铝、铜等。

粉末烧结法是一种较为成熟的表面多孔结构制造方法，它是在金属基体表面涂上粘结剂溶液后，把金属粉末均匀铺开使其粘在基体上，待粘结剂溶液风干后将其烧结，在氧气保护下加热至金属粉末表面熔化，恒温约20min，使粘结剂分解挥发，粉末与基体连成一体，形成多孔金属表面。美国、日本、德国等发达国家采用该方法来提高热管的传热，国内的华南理工大学、华东理工大学等也对此方法开展了大量研究。该方法的工艺简单、成本低，但表面的孔隙率不高，并且连接强度较低。

本发明的目的是：1、针对挤压法只适用于部分较软的材料，采用非均匀电化学加工方法可以在不锈钢表面加工数十微米的多孔结构，以改善其表面性能，使其得到更好的利用，该方法亦可以推广至其他钝化性金属材料；2、针对粉末烧结法表面的孔隙率不高，并且连接强度较低采用非均匀电化学加工方法在不锈钢表面加工数十微米的多孔结构，以改善其表面性能。

发明内容

本发明提出一种不锈钢表面多孔结构的非均匀电化学加工方法，所述方法包括样品制备、电解液浓度选取、及脉冲电源参数和电解液浓度的组合确定。

进一步的，其中的样品制备具体包括：取a mm厚304不锈钢板，采用线切割或激光切割制备尺寸为x mm×y mm×z mm样品，除加工表面外其余表面均采用环氧树脂绝缘封装，用砂纸对加工表面进行抛光，然后分别在丙酮及纯水中超声清洗去除油污及杂质，再进行冷风干燥，使被加工表面具有一致的表面状态。

进一步的，其中的电解液为NaNO₃溶液，所述电解液浓度选取浓度为大于等于20％。

进一步的，其中的脉冲电源参数和电解液浓度的组合确定为，选取电解液浓度为20％，并且选取脉冲电源参数为脉冲幅值为5V、频率13k、占空比80％。

附图说明

图1是不同浓度NaNO3溶液中表面形貌图

图2是各加工表面局部形貌图

具体实施方式