[发明专利]一种提高不锈钢表面电化学加工孔洞均匀性的方法

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，其具体涉及一种提高不锈钢表面电化学加工孔洞均匀性的方法，

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，通过改变材料表面的微观形貌来改善材料表面性能具有重要意义，多孔表面加工技术是实现其表面性能的基础，而在进行大面积表面微孔织构过程中，均匀性是一项重要的评价指标，它将直接影响加工表面粘附性的一致程度。表面微孔结构由于尺寸小、数量大，属于大面积微观结构的制造，其制备技术既要考虑加工精度，又要考虑加工效率及经济性。现有的一些多孔洞表面制备方法包括粉末烧结法、化学刻蚀法、电化学法等。

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，如图1所示，为采用烧结法制备的多孔金属表面形貌。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。

化学刻蚀法是利用化学反应将材料去除的加工方法，包括干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀是通过等离子体与被刻蚀材料发生化学反应，实现表面微结构的加工。该方法加工效率高，刻蚀精度好，但对设备要求高。湿法刻蚀则是通过化学刻蚀液和被刻蚀材料间的化学反应来去除材料形成表面微结构的方法。该方法操作简单，适应性强，可用于大面积制造，但刻蚀各向同性，精度低，且对人及环境的危害大。

电化学法是利用电化学的氧化/还原反应来制备微观结构的方法。电化学加工中材料的去除过程是以离子的形式进行的，这使该方法在微细制造领域具有极大优势，但加工间隙中电场形成的杂散电流会对工件造成杂散腐蚀，降低了其加工的精度，也限制了其应用。但是本发明根据控制阴极尺寸、加工间隙以及增加辅助电极等措施，可以有效改善阳极表面电场分布的均匀性，进而改善加工表面的不均匀度。

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。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。

化学刻蚀法是利用化学反应将材料去除的加工方法，包括干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀是通过等离子体与被刻蚀材料发生化学反应，实现表面微结构的加工。该方法加工效率高，刻蚀精度好，但对设备要求高。湿法刻蚀则是通过化学刻蚀液和被刻蚀材料间的化学反应来去除材料形成表面微结构的方法。该方法操作简单，适应性强，可用于大面积制造，但刻蚀各向同性，精度低，且对人及环境的危害大。电化学法是利用电化学的氧化/还原反应来制备微观结构的方法。电化学加工中材料的去除过程是以离子的形式进行的，这使该方法在微细制造领域具有极大优势，但加工间隙中电场形成的杂散电流会对工件造成杂散腐蚀，降低了其加工的精度，也限制了其应用。

本发明的目的是：1、提出采用辅助电极来改善加工表面的电场分布的方法，以有效改善阳极表面电场分布的均匀性，从而改善加工表面孔洞的不均匀度；2、针对阴极尺寸对电化学加工均匀性影响显著问题，研究阴极尺寸对加工均匀性的影响，以获得最佳阴极尺寸，从而改善加工表面孔洞的不均匀度；3、研究加工间隙大小对阳极表面的电流密度分布情况，寻找最佳加工间隙，从而改善加工表面孔洞的不均匀度。

发明内容

为解决加工间隙中电场形成的杂散电流会对工件造成杂散腐蚀，降低其加工的精度等问题，本发明提出采用辅助电极来改善加工表面的电场分布的方法，以有效改善阳极表面电场分布的均匀性，从而改善加工表面孔洞的不均匀度。

本发明提出的一种提高不锈钢表面电化学加工孔洞均匀性的方法包括使用电化学加工系统对所述不锈钢表面进行孔洞的电化学加工，所述电化学加工系统包括，电源 (1)，电解液(3)，离子(4)以及电极，所述方法还包括使用辅助电极进行加工。