[发明专利]一种金属表面微结构电解加工装置

说明书

本发明公开了一种金属表面微结构电解加工装置，属于电解加工领域。该装置包括电解槽、固定于电解槽底部中心位置的阳极夹具、工具阴极、阴极盖板、密封圈和压紧机构。电解槽两侧侧壁对称地设置两个出液口；工具阴极上设有用于电解液通过的通孔群；工具阴极上表面与阴极盖板紧密贴合，二者贴合后的外轮廓中间部分形成沟槽，密封圈装配在沟槽中；阴极盖板和工具阴极外侧与电解槽内壁间隙配合，密封圈外圈与电解槽内壁紧密贴合；工具阴极与工件阳极之间的间隙填充绝缘粒子；压紧机构采用调节支撑板上螺栓的高低来保证工具阴极和工件阳极的平行以及绝缘粒子的压紧。此装置避免了掩膜制造的难题，且工艺成本低，加工质量高，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种金属表面微结构电解加工装置，属于电解加工技术领域。

背景技术

机械系统中常用到各种形式的摩擦副，并在不同的工况下发生着不同程度的磨损行为。摩擦磨损成为工业设备失效的主要原因之一。据资料统计，工业化国家能源的30％消耗于机械磨损，大约有80％的零件损坏是由于各种形式的磨损引起的。摩擦磨损不仅造成了能源和材料的损失，还提高了零件的报废速度，增加了设备操作的危险指数，是工业领域中的潜在隐患。因此，减少磨损，降低活动摩擦副中的摩擦系数、增大润滑指数是降低能源消耗、减少设备维修次数、提高安全指数的有效手段，也是目前工程界所面临的一大挑战。

研究表明，在摩擦副接触表面制备出微坑阵列结构能够有效地降低摩擦损耗。早在上世纪中期，人们就已将该技术用于发动机的活塞缸表面来减轻活塞缸工作时的磨损和发热，并取得了显著地成效。微结构增大了零部件的表面积，从而表现出优异的耐摩性、传热特性、能量转换特性、仿生特性等。

微细电解加工技术是通过控制加工电压、加工时间来控制阳极金属的溶解速度，实现零部件表面微纳织构的加工。相对于机械载具和能束加工，电解加工方法避免了加工后零件表面残余应力和微观裂纹等缺陷，可得到较好的表面质量。掩膜电解加工是电解加工微坑中最为常用的方法，该方法可有效地将工件表面未被掩膜覆盖部分的金属蚀除，加工定域性好，但掩膜的制作过程十分复杂，操作繁琐，工艺成本高。因此，研发出一种操作简单、适用范围广、工艺成本低的表面微结构电解加工装置显得十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属表面微结构电解加工装置，有效避免了掩膜制造的复杂工艺过程，降低工艺成本，提高加工质量和可操作性。

一种金属表面微结构电解加工装置，包括电解槽、固定于电解槽底部中心位置的阳极夹具、工具阴极、阴极盖板、密封圈和压紧机构，其特征在于：所述的电解槽侧壁对称地设置有两个出液口；所述的阳极夹具上表面设有用于工件阳极嵌合的卡槽，工件阳极安装在卡槽内；所述的工具阴极背面设有用于电解液配流的凹槽，凹槽处设有用于电解液通过的通孔群；所述的阴极盖板与工具阴极背面紧密贴合，所述的密封圈装配在工具阴极和阴极盖板贴合后形成的外轮廓沟槽中；所述的阴极盖板和工具阴极外侧与电解槽内壁间隙配合，密封圈外圈与电解槽内壁紧密贴合；所述的工具阴极与工件阳极之间的间隙填充绝缘粒子；所述的压紧机构包括螺栓和支撑板。

所述的电解槽两侧侧壁对称设置的两个出液口，其中心位置低于阳极夹具上表面的高度。

所述的工具阴极上的通孔的面积总和与两出液口前端的通孔面积总和之比大于1，可选为1.2~3。

所述的阴极盖板下部设有和工具阴极上部的凹槽尺寸相同的凸台，其顶部设有用于电解液流入的进液口。

所述的工件阳极和工具阴极之间的距离通过填充绝缘粒子的多少进行调节，可选为0.1~10mm。

所述的阳极夹具上部设置的用于工件阳极嵌合的卡槽深度小于工件阳极的厚度。

所述的绝缘粒子为球状微纳米颗粒，其尺寸根据所要加工的微结构的尺寸确定，其材料为耐腐蚀硬质绝缘材料，如二氧化硅、氧化锆、三氧化二铝。