[实用新型]一种金属表面微凹坑阵列加工装置

说明书

本实用新型属于超声电解加工技术领域，具体涉及一种基于超声电解加工金属表面微凹坑阵列的装置。所述装置包括超声机构和电射流机构，所述电射流机构包括与超声机构相连的工具阴极、工件阳极和电源，所述电源负极与工具阴极相连，所述电源正极与工件阳极相连，所述电源所述工具阴极为电射流电解工具阴极，所述工具阴极与工件阳极之间设有微通孔模板。本实用新型提供的技术方案有利于提高微小凹坑的加工精度，同时，模板微通孔尺寸打破电射流电解加工微小凹坑的尺寸极限；辅助超声振动的“空化”作用实现高深径比微小凹坑的加工。

技术领域

本实用新型属于超声电解加工技术领域，具体涉及一种基于超声电解加工金属表面微凹坑阵列的装置。

背景技术

相互接触和相对运动的摩擦副装置在机械传动中扮演着非常重要的角色，但是在机械运动过程中总是会存在摩擦磨损现象，摩擦磨损不仅会直接影响运动部件的工作效率和工作性能，降低运动部件的使用寿命，甚至会造成零件失效。据资料统计，欧美国家每年在摩擦磨损方面的损失大约占整个国民生产总值的2％到7％，而我们国内在这方面的损失也在几百亿人民币。磨损不仅消耗能源和材料，而且加速设备报废，导致频繁更换零件，对经济造成极大的损失。因此，减少无用的摩擦损耗，控制和减小磨损，改善润滑性能可减少设备维修次数和费用，可以节约能源和提高资源的利用率。减小磨损，降低摩擦也是工程界长期致力于需要解决的重大技术挑战之一。

早在上世纪中期，人们已经认识到汽缸的表面加工纹理对活塞/汽缸摩擦学特性的显著作用，研究人员对金刚石、陶瓷以及橡胶等不同表面加工工具对表面加工纹理的影响进行了细致的研究，发现一定加工纹理的存在，能够起到保存润滑油，防止活塞/缸体产生咬死和擦伤的效果。目前表面摩擦学领域研究表明，具有一定形状和尺寸分布的表面为坑阵列在减摩/增摩、减振、减磨损、抗粘附以及抗蠕爬等方面具有重要的作用。在密封端面加工出微小凹坑阵列形成的润滑油膜可以显著提高密封件的润滑性能和承载力；织构化处理的刀具具有减摩、耐磨、润滑和抗粘性等优异性能；微沟槽等特征结构在微通道散热器方面能够降低流体热传导和扩散传质阻力，提高传热性能。在生物医学领域，研究表明具有微凹槽结构的钛合金植入体表现出良好的生物相容性，与周围人体软组织表现出良好的融合效果。

有效的微小凹坑阵列加工技术是该项技术工程化的重要保证。近年来，研究人员在摩擦副表面微小凹坑阵列制造加工领域倾注了极大的研究热情，提出了多种制造加工方法，试图解决这个制造难题。目前摩擦副表面织构制造加工方法主要有激光加工技术，磨料气射流技术，电火花加工技术，电解加工技术等。其中，电解加工是一种利用电化学阳极溶解原理去除材料的特种加工方法。与其他加工方法比较，具有加工范围广，生产效率高，表面质量好，工具无损耗等突出优点。用电解方法加工微小凹坑效率高，表面质量好，成本低。

目前国内外使用电解加工微小凹坑阵列的方法主要有：(1)光刻电解。此工艺首先经光刻工艺在工件表面形成镂空图案，然后通过电化学方法在工件表面形成所需图案。此加工方法虽能实现大面积微坑阵列的一次加工成形，但是，液态光刻胶制备模板时光刻过程繁琐，批量生产时加工效率比较低，制造成本高。(2)活动模板电解加工。该方法是绝缘的环氧树脂板和导电铜层挤压粘接在一起形成的覆铜板作为活动模板，电解加工结束后活动模板可与工件分离，且活动模板无损伤可重复使用。然而，由于活动模板厚度较大，内部电解液受模板的影响流速慢，电解产物蚀除能力受限，无法实现大深度微织构的加工。(3)电解转印加工。该方法是将一个带有贯穿群孔结构、表面附有绝缘层的工具阴极直接与工件紧密贴合，阴阳极接通电源后进行电解加工，在工件表面得到群坑结构。该方法加工效率高，成本低廉。但在加工阵列微小凹坑时，容易出现微小凹坑杂散腐蚀严重，导致加工定域性和均匀性差。

因此，如何实现高深径比、高加工精度微小凹坑的加工，是制造加工领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种金属表面微凹坑阵列加工装置，用以解决目前电解方法在金属表面加工微小凹坑阵列存在的加工成本高，可控性差等问题。