模具钢大面积微结构的微细电解和化学蚀刻的比较研究

针对手机后盖表面微结构的特点,采用微细电解和微细蚀刻的方法,对手机后盖压制模具的表面微结构加工进行工艺探索。设计了掩膜图形,研制了微细电解加工的纳秒脉冲电源。利用自行研制的多功能微细特种加工系统,采用阳极掩膜的方法进行微细电解加工,采用改进后的蚀刻机进行模具钢微细蚀刻加工。通过优化工艺,在模具钢材料上加工出尺寸为500μm的阵列微结构,并注塑出手机后盖,达到项目要求。     

微沟槽电解加工试验研究

采用掩膜微细电解加工方法在304不锈钢表面制备微沟槽结构。重点研究了电流密度、加工时间对微沟槽成形质量的影响规律,得到了较优的电流密度及加工时间,获得了宽度为200~250μm、深度为60~90μm的规整微沟槽结构。对比分析了Na NO3+H2SO4混合电解液与单纯Na NO3电解液加工获得的微沟槽形态及尺寸,结果表明Na NO3+H2SO4混合电解液能在一定程度上提高电解加工的定域蚀除能力。     

三维微结构微细电火花和电解组合加工实验研究

提出一种微三维结构的微细电火花和微细电化学组合加工工艺,利用三维伺服扫描微细电火花加工快速去除三维型腔材料和微细电解铣削加工形成高精度和高质量三维型腔轮廓表面的互补优势,实现三维微结构的高效率和高精度加工。该组合加工工艺可在同一台微细电加工装置上进行。以在四方体型腔内形成设计尺寸为400μm×400μm×180μm四棱柱结构的加工为例,实验加工出尺寸为410μm×406μm×181μm的四棱柱结构,加工材料的去除速度分别为微细电火花加工31 182μm3/s,微细电解加工11 017μm3/s,得到了加工效率和加工精度的优化组合。     

印刷电解法制备具有可控微纳结构的防结霜铜金属功能表面

目的提出一种在金属表面制备可控的微纳结构的方法,改善金属表面的疏水性。方法利用丝网印刷快速制备可控微细图案,电解加工快速加工出微细结构,化学氧化法制备出纳米结构,从而成功地在铜表面制备了具有微米纳米复合结构的超疏水表面。在此过程中,首先通过丝网印刷辅助电解加工制备有序微圆柱阵列,然后利用化学氧化在微圆柱表面制备纳米结构,通过扫描电子显微镜(SEM)和接触角来表征铜表面的超疏水性能,用质量变化法研究了铜表面的抗结霜性能。结果丝网印刷的圆形掩膜直径为140~160μm,电解加工后,圆柱直径为130~140μm,高度为15μm左右。SEM测试结果表明,用15wt%FeCl_3溶液进行蚀刻,在铜表面出现了圆柱阵列的微纳复合结构。用氟硅烷乙醇溶液改性微纳复合结构圆柱阵列铜表面时,最大接触角为155°,表现出超疏水性能。抗结霜测试表明,所测试的超疏水表面的抗结霜性能显著增强。结论印刷电解法可以制备出形状和尺寸可控的微结构,对微结构进一步处理可得到微纳复合结构。该结构可以构成超疏水表面,且具有抗结霜性能。     

微细阵列群电极电解加工关键技术研究

提出了基于阴极优化的微细阵列圆柱凸台群电极电化学腐蚀加工法。根据电化学腐蚀基本原理,通过有限元方法分析计算群电极电化学腐蚀加工过程中的电极表面电场分布,以电流密度分布均匀性为目标,优化设计阴极形状,并进行阵列群电极制备。在制备出直径均匀的阵列群电极的基础上,探索用局部涂胶保护法制备大长径比的盘状阵列群电极,用于微细孔电解加工,进一步提高电解加工的定域性。     

微细电解加工技术的发展现状

结合近些年国内外微细电解加工技术的研究进展,论述了微细电解加工技术在微细机械加工领域取得的最新研究成果,如脉冲微细电解加工、掩膜微细电解加工、微细电解铣削加工、复合电解微细加工等,这些成果在未来的微细电解加工领域应用将更为广泛,具有很好的使用价值。     

玻璃微结构电解电火花铣削加工试验研究

为满足石英玻璃等非导电硬脆材料微结构的加工需求,对微细电解电火花铣削加工工艺进行了深入的试验研究,在玻璃工件上进行了一系列微细电解电火花铣削加工工艺试验。首先,基于电解电火花加工的原理搭建了微细电解电火花铣削试验平台;其次,通过对比试验,研究了加工电压、脉冲频率、占空比和进给速度等工艺参数对铣削槽宽的影响,并通过优化工艺参数加工出微槽阵列;最后,成功加工出多个玻璃微结构包括二维微流道和三维微结构,试验结果表明微细电解电火花铣削工艺在加工非导电硬脆材料微结构方面具有很大潜力。     

基于微细线电极的轴对称微结构电解磨削加工试验研究

随着各种新材料和难加工材料的大量应用,传统方法难以加工复杂轴对称微结构,而线电极电解磨削技术因加工效率高、表面质量好、无电极损耗等优点彰显巨大优势。通过优化各工艺参数对线电极电解磨削加工的影响,成功获得微细轴电极并原位加工出微细通孔,最后通过线电极电解磨削方法成功加工出复杂轴对称微结构,证明了线电极电解磨削加工是一种制造复杂轴对称微结构的有效方法。     

基于LIGA技术的微细电火花加工优化研究

比较了活动掩膜法与固定掩膜法得到的PMMA胶结构,实验表明固定掩膜法更适合于多次曝光.结合LIGA技术和微细电火花加工的优点,用LIGA技术制备出具有复杂形状的铜微细工具电极,再用该工具电极进行微细电火花加工,在不锈钢上加工出异形微细孔.并通过进一步调整电火花加工工艺参数,优化了加工尺寸精度和表面粗糙度.     

微流控芯片注塑模具的微细电解加工

基于电解加工电极不损耗的优势,研究了一种微细电解加工微流控芯片注塑模具微结构的工艺,针对微小V型槽和微孔,解决微细电极在线制备和测量、微结构成形精度、群微结构加工等关键问题。加工实验结果表明:该工艺可实现曲线V型槽和群微结构加工,通过微细电解加工的模具具有较高的形状精度和表面质量。     

模具钢喷淋微细蚀刻的侧蚀研究

对掩膜处理的模具钢进行喷淋微细蚀刻,观测表面微观结构,分析掩膜间隙尺寸、喷淋压力对侧蚀量的影响。实验表明,随着掩膜间隙尺寸的增大,侧蚀量增大,这是因为微结构凹坑内部蚀刻液的滞留和对O2阻碍作用,造成了不同部位蚀刻速率不同,发生侧蚀;喷淋压力增大也导致侧蚀量增加,因为较大压力下蚀刻液的侧向蚀除力大,侧向蚀除作用强,同时蚀刻液更新频率快,反应速率提高,侧蚀增大。在微细蚀刻加工中合理地选择掩膜间隙尺寸,控制加工时间和喷淋压力,可以较好地控制侧蚀,保证较高的加工尺寸精度。     

曲面金属表面粒子掩膜电沉积微坑阵列研究

目的在曲面金属表面制作微结构阵列。方法提出一种采用界面转移法在曲面金属零件表面制作胶体粒子掩膜,并在胶体粒子间隙中电沉积金属制作微坑阵列的工艺。采用扫描电子显微镜和接触角测量仪,对沉积层的表面形貌和润湿性能进行检测。结果采用界面转移法可以在金属零件表面形成均匀排列的单层胶体粒子掩膜,在0.3 A/dm~2的电流密度下电沉积20 min去除粒子掩膜后,在曲面金属零件表面得到均匀排列的微坑阵列,单个微坑尺寸约为3.4μm。在0.3 A/dm~2的电流密度下电沉积10～50 min,微坑的尺寸随电沉积时间的增大而增大,疏水性随微坑尺寸的增大而先增大后减小,微坑尺寸为5μm左右时,沉积层的疏水性最好,其圆柱面接触角约为120°。结论采用界面转移方法制作胶体粒子掩膜并结合电沉积工艺,可以在曲面金属表面制作均匀的微坑阵列。带有微坑阵列的沉积层为疏水表面,通过调节电沉积电流密度和沉积时间可获得疏水性最好的微坑结构阵列。     

微结构超声复合加工机理分析与试验

提出制作微结构的超声复合电加工方法.分析微细超声、超声复合电火花、超声复合电解微细加工过程机理.用微细放电组合技术制作多种截面形状微细工具电极;完善超声复合电加工试验系统,进行了多种材料、形状的微结构超声复合加工试验.结果表明:用超声加工是制作硬脆材料微结构的有效方法,用超声复合电火花制作的金属材料微结构有好的精度及稳定性;超声复合电解加工兼有效率高、精度好的技术优势.     

UV-LIGA技术制备微细金结构试验研究

利用基于SU-8光刻胶的UV-LIGA技术加工微细金结构.针对所沉积的微结构出现凹形的现象,建立了加工过程的电场数学模型,利用有限元方法对这种现象进行仿真研究,发现当光刻胶厚度大于微结构厚度时,可以明显改善这种情况.另外,试验还研究了阴阳极距离、电流密度对沉积层表面平整度的影响.优化参数组合,最终制备出厚度0.2 mm...     

微模具电铸成型工艺研究

针对微细电铸成型技术中微流道模具的铸层均匀性、铸层气孔和表面粗糙度等工艺问题,提出了控制成型过程中阴极电流密度、增加辅助阴极和阴极平动的方法。通过正交实验对基底蚀刻深度、光刻掩膜厚度、电铸槽温度和阴极电流密度等因素进行工艺优化研究。结果表明,得到最佳工艺参数为阴极电流密度4 A/dm~2、二次辅助阴极电流密度1.5 A/dm~2,阴极平动速率0.01 m/s,温度50℃、掩膜厚度50μm、刻蚀深度20μm。获得了尺寸均匀性好、铸层气孔少,表面粗糙度为Ra 0.5μm的微模具。     

基于流体动压效应的扫描阴极掩膜电解加工试验

针对目前掩膜电解加工深度溶解能力受限问题，以微凹坑阵列为研究对象，提出了基于流体动压效应的扫描阴极掩膜电解加工新方法。利用高流速电解液冲刷微凹坑表面堆积的电解产物，提高深度溶解能力，并且借助扫描阴极射流产生的流体动压效应使掩膜与工件表面动态贴合，从而简化工艺装置设计。基于加工试验，探讨了不同平底阴极结构和加工参数耦合作用对微凹坑尺寸变化的影响，最终实现直径259.8μm、深度44.1μm和直径418.1μm、深度102.7μm微凹坑阵列的加工，论证了扫描阴极掩膜电解加工方法具有提高深度溶解的能力。     

微细电解铣削加工技术研究进展及展望

微细电解铣削加工技术具有工具电极无损耗、加工柔性高、与工件材料硬度无关等特点,在金属微结构器件制造领域展现出极具诱惑力的应用前景。通过综合国内外文献资料,按照不同的电解液供给方式介绍微细电解铣削加工技术的研究进展,分析微细电解铣削加工相关技术研究中存在的不足,并展望该领域的未来发展趋势。     

线阴极滚印式掩膜电解加工微坑阵列试验研究

目的 为了解决现有电解加工技术中难以使用同一装置在多种型面零件表面一次性大面积制备高精度微坑阵列的现状。方法 提出一种可用于多种型面零件批量加工微坑阵列的线阴极滚印式掩膜电解加工技术,设计了一种滚筒式掩膜复合线阴极的阴极工具装置,采用铜丝(直径500μm)作为阴极,图形化的聚氯乙烯(PVC)作为掩膜,在10%NaNO₃电解液、0.1 mm极间间隙条件下,在不锈钢304材料工件表面进行电解微坑试验,探究电压、阴极工具旋转速度、阴极尺寸对加工微坑阵列形貌的影响,通过超景深显微镜、扫描电子显微镜以及奥林巴斯显微镜对电解后的工件试样表面进行表面微观形貌观测。结果 选用10.5 V的电压、0.2 r/min的旋转速度可在工件表面加工出高精度、高一致性的微坑阵列,其微坑直径分布范围为402.8～440.3μm,深度范围为66.2～74.2μm,微坑粗糙度范围为0.42～0.83μm。与传统的圆环型阴极电解加工结果对比,线阴极电解加工出的微坑阵列直径偏离掩膜孔尺寸小、定域性高。结论 使用线阴极滚印式掩膜电解加工方法可在不锈钢304材料工件平面、内圆柱面及外圆柱面制备大批量、高精...     

基于MEMS器件的电解微细加工技术的研究

基于MEMS器件的微细加工技术,提出了在微电流密度下电化学钝化机理基础上,用高频振动效应消除钝化,用与高频振动同频同步的窄脉冲电流电解作用去除机体材料,实现电解复合微细加工,这是微细加工技术的新构想及发展趋势.     

金属薄板微小群孔掩膜电解加工技术研究

介绍了掩膜电解加工微小群孔的技术,深入研究了掩膜厚度、加工电压、电解液种类等参数对微小群孔加工效果的影响.通过对这些参数的优化,提高了微小群孔结构的均匀性和微孔的加工精度.