技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于pdms模板的溝槽陣列電解加工系統(tǒng)及方法，屬于微細(xì)電解加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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機(jī)械裝置在運(yùn)行中存在多種摩擦副，這些摩擦副的摩擦學(xué)行為影響機(jī)械系統(tǒng)的工作性能，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致零件失效。研究表明，表面織構(gòu)技術(shù)是改善摩擦副表面摩擦學(xué)特性的有效手段，同時(shí)可以增加密封件的密封性能。表面織構(gòu)是指在摩擦副表面通過一定的加工技術(shù)加工出具有一定尺寸和分布的凹坑、溝槽或凸包等圖案的點(diǎn)陣。合理的溝槽陣列結(jié)構(gòu)能夠減小摩擦力。同時(shí)，摩擦副在相對運(yùn)動中會產(chǎn)生一些磨屑，外界也會有一些微小顆粒進(jìn)入摩擦副中，這些磨粒會加劇摩擦副表面的磨損，表面溝槽陣列結(jié)構(gòu)在摩擦運(yùn)動中可以容納微粒，降低摩擦副表面的磨損，提高摩擦副的使用壽命。溝槽陣列結(jié)構(gòu)在熱能交換方面也有這重要的作用。在散熱表面上加工出溝槽陣列結(jié)構(gòu)可以增加熱量交換面積，提高熱量交換效率。在噴霧冷卻中，具有溝槽陣列結(jié)構(gòu)的表面，其冷卻效果比光滑表面更好。

隨著溝槽陣列技術(shù)的廣泛應(yīng)用，溝槽陣列的加工技術(shù)引起了研究人員的興趣，溝槽陣列的加工技術(shù)逐漸成為一個(gè)研究的重點(diǎn)。光刻電解加工技術(shù)是溝槽陣列的一種有效加工方法。傳統(tǒng)的光刻電解加工技術(shù)采用光刻膠作為掩模，光刻膠經(jīng)過旋涂、前烘、曝光、后烘、顯影等步驟形成帶有群縫圖案的模板，貼在陽極工件表面。電解加工時(shí)，通入電解液，工件表面對應(yīng)的模板鏤空區(qū)域裸露在電解液中，在電場力的作用下發(fā)生電解反應(yīng)被溶解去除，最終形成溝槽陣列結(jié)構(gòu)。這種加工方法的光刻工藝復(fù)雜，電解加工后需要去除光刻膠，生產(chǎn)成本高，制作時(shí)間長。因此為提高陣列的加工效率、降低加工成本，有必要采用一種新的電解加工工藝制作溝槽陣列結(jié)構(gòu)。

研究人員采用一種聚二甲基硅氧烷(pdmd)群孔模板成功制作出微坑陣列結(jié)構(gòu)。pdms是一種有彈性的有機(jī)高分子聚合物，具有良好化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性，其注模復(fù)制精度高。在微坑陣列的電解加工中，pdms模板貼合在陽極工件上，電解加工結(jié)束后可以直接從工件表面揭下。由于pdms模板可以重復(fù)使用，微坑陣列的這種加工方法具有成產(chǎn)成本低、效率高的優(yōu)勢。但是由于pdms模板具有柔性，容易變形，直接采用pdms模板貼在陽極工件表面進(jìn)行溝槽加工時(shí)，各個(gè)條狀pdms的間距難以控制，加工出的溝槽寬度不均勻。而且pdms模板與陽極工件的粘結(jié)力弱，采用條狀pdms模板進(jìn)行加工時(shí)，pdms模板容易從陽極工件表面脫離，造成雜散腐蝕，影響溝槽的加工質(zhì)量。

由于pdms模板在表面織構(gòu)電解加工中可以重復(fù)使用，將pdms模板應(yīng)用到溝槽陣列的電解加工中，可以顯著地提高溝槽陣列的加工效率，降低加工成本。針對pdms模板容易變形、與陽極工件表面結(jié)合力弱、影響溝槽加工質(zhì)量等情況，需要固定條狀pdms模板的間距，保證pdms模板與工件的有效貼合。為提高溝槽陣列的加工精度，有必要改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，探討一種新的基于pdms模板的溝槽陣列電解加工系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種基于pdms模板的溝槽陣列電解加工系統(tǒng)及方法，解決了電解加工中條狀pdms模板的間距不一致，pdms模板與工件貼合不牢，雜散腐蝕嚴(yán)重等問題，顯著地提高了加工精度。。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于pdms模板的溝槽陣列電解加工系統(tǒng)，包括夾具、陽極工件、陰極工具、電源、電解液以及pdms模板，所述夾具內(nèi)部為工作腔，陽極工件、pdms模板以及陰極工具均位于工作腔內(nèi)，所述陽極工件和陰極工具分別連接電源的正負(fù)極，所述夾具具有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口和出液口分別位于夾具兩側(cè)，所述陽極工件位于工作腔底部，陽極工件位于pdms模板下方，pdms模板由長方體狀的pdms構(gòu)成，各個(gè)pdms模板彼此間隔開，所述陰極工具具有溝槽陣列結(jié)構(gòu)，溝槽的一端貫通、另一端為非貫通結(jié)構(gòu)，溝槽用于安裝pdms模板時(shí)的定位，陰極工具上的溝槽的寬度與每個(gè)pdms模板的寬度相等，陰極工具上的溝槽的長度與每個(gè)pdms模板的長度相等，陰極工具上的溝槽的深度比每個(gè)pdms模板的厚度小300μm。

進(jìn)一步地，所述陰極工具上溝槽的非貫通結(jié)構(gòu)的寬度為300μm。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種基于pdms模板的溝槽陣列電解加工方法，其特征在于：包括如下步驟：

a、制作夾具，夾具的進(jìn)液口和出液口分別位于夾具兩側(cè)，保證電解液流動方向與待加工溝槽方向一致；

b、制作陰極工具，陰極工具具有均勻溝槽陣列結(jié)構(gòu)，溝槽的一端貫通、另一端為非貫通結(jié)構(gòu)；

c、制作pdms模板，采用抽真空輔助的方式使pdms膠體填充模具，加熱固化后得到pdms模板，陰極工具上的溝槽的寬度與每個(gè)pdms模板的寬度相等，陰極工具上的溝槽的長度與每個(gè)pdms模板的長度相等，陰極工具上的溝槽的深度比每個(gè)pdms模板的厚度小300μm；

d、分別將各個(gè)pdms模板塞進(jìn)陰極工具上的溝槽中；

e、將帶有pdms模板的陰極工具和陽極工件通過夾具裝夾在一起，pdms模板與陽極工件表面貼合；

f、陽極工件和陰極工具分別連接電源的正負(fù)極；

g、電解液通過采用側(cè)向沖液的方式從陰極工具和陽極工件之間的間隙流過；

h、接通電源，進(jìn)行電解加工。

進(jìn)一步地，所述電解液壓強(qiáng)大于0.1mpa。

本發(fā)明具有如下有益效果：采用上述基于pdms模板的溝槽陣列電解加工系統(tǒng)進(jìn)行溝槽的電解加工，將pdms模板嵌入陰極工具的溝槽結(jié)構(gòu)中，通過陰極工具固定pdms模板的位置，有利于保證各個(gè)pdms模板的間距，克服了pdms模板容易變形的缺陷，使得所加工處的溝槽具有均勻的寬度。同時(shí)，將pdms模板與陰極工具組裝在一起，pdms模板隨陰極工具一起移動，電解加工時(shí)貼在陽極工件表面，電解加工完成后可以直接將陰極工具與陽極工件分離，提高了溝槽的電解加工效率。在電解加工時(shí)對陰極工具施加壓力，可以使pdms模板緊密貼在陽極工件表面，有利于抑制電場的相互干擾和雜散腐蝕，提高溝槽的加工精度。電解加工過程中，陰極工具、pdms模板與陽極工件之間形成高約為300μm的方形通道，電解液采用側(cè)向充液的方式從通道內(nèi)流過，通道內(nèi)發(fā)生電解反應(yīng)，在陽極工件表面形成溝槽結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的電解產(chǎn)物被電解液帶走。采用壓強(qiáng)大于0.1mpa的電解液有利于去除電解產(chǎn)物，提高溝槽的加工精度。。

附圖說明：

圖1為溝槽陣列的電解加工裝置示意圖。

圖2為圖1沿線a-a的剖視圖。

圖3為圖1沿線b-b的剖視圖。

圖4為陰極工具示意圖。

圖5為pdms模板制備示意圖。

圖6為陰極工具和pdms模板組裝示意圖。

其中：

1、夾具，2、陽極工件，3、陰極工具，4、電源，5、電解液，6、pdms模板，7膠帶，8、pdms膠體，9、微群縫模具，10、制模容器，11、真空箱，12、真空泵，13、真空計(jì)。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明基于pdms模板的溝槽陣列電解加工系統(tǒng)，包括夾具1、陽極工件2、陰極工具3、電源4、電解液5以及pdms模板6，夾具1內(nèi)部為工作腔，陽極工件2、pdms模板6以及陰極工具3均位于工作腔內(nèi)，陽極工件2和陰極工具3分別連接電源4的正負(fù)極，夾具1具有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口和出液口分別位于夾具1兩側(cè)，且保證電解液流向與待加工溝槽方向一致，陽極工件2位于工作腔底部，陽極工件2位于pdms模板6下方，pdms模板6由長方體狀的pdms構(gòu)成，各個(gè)pdms模板彼此間隔開。陰極工具3具有溝槽陣列結(jié)構(gòu)，溝槽的一端貫通、另一端留有寬為300μm的非貫通結(jié)構(gòu)，用于安裝pdms模板6時(shí)的定位，陰極工具3上的溝槽的寬度與每個(gè)長方體狀pdms模板6的寬度相等，陰極工具3上的溝槽的長度與每個(gè)長方體狀pdms模板6的長度相等，陰極工具3上的溝槽的深度比每個(gè)pdms模板6的厚度小300μm。

本發(fā)明基于pdms模板的溝槽陣列電解加工方法，包括如下步驟：

a、制作夾具1，夾具1的進(jìn)液口和出液口分別位于夾具兩側(cè)，保證電解液5流動方向與待加工溝槽方向一致；

b、制作陰極工具3，陰極工具3具有均勻溝槽陣列結(jié)構(gòu)，溝槽的一端貫通、另一端留有寬為300μm的非貫通結(jié)構(gòu)，溝槽寬度為0.15mm，深度為0.3mm，長度為20mm，相鄰的溝槽中心間距為0.1mm，如圖4；

c、制作pdms模板6，在微群縫模具9上方貼上膠帶7放入制模容器10中，再將pdms材料和固化劑按1:1混合配制形成pdms膠體8后倒入制模容器10中，然后將制模容器10放入真空箱11內(nèi)，采用抽真空輔助的方式使pdms膠體填充模具，再用干燥箱加熱到70℃固化30min，脫模后得到pdms模板，模板寬度為0.15mm，厚度為0.6mm，長度為20mm，如圖5；

d、分別將各個(gè)pdms模板6塞進(jìn)陰極工具3上的溝槽中，如圖6；

e、將帶有pdms模板6的陰極工具3和陽極工件2通過夾具1裝夾在一起，pdms模板6與陽極工件2表面貼合；

f、陽極工件2和陰極工具3分別連接電源4的正負(fù)極；

g、電解液5通過采用側(cè)向沖液的方式從陰極工具3和陽極工件2之間的間隙流過，電解液壓強(qiáng)為0.2mpa；

h、接通電源5，進(jìn)行電解加工。

pdms模板6嵌入陰極工具3的溝槽里，pdms模板6與陰極工具3一起移動，電解加工時(shí)對上述陰極工具3施加壓力，使pdms模板6與陽極工件2緊密接觸。采用側(cè)向沖液的電解加工方法，電解液5從上述陰極工具3、pdms模板6和陽極工件2構(gòu)成的矩形通道中流過并帶走電解產(chǎn)物，電解液5的壓強(qiáng)大于0.1mpa。上述陰極工具3、pdms模板6和陽極工件2構(gòu)成的矩形通道中發(fā)生電解反應(yīng)，陽極工件2表面上所加工的溝槽寬度與陰極工具3上相鄰的pdms模板6的間距有關(guān)。電解加工后，陰極工具3帶動pdms模板6離開陽極工件2表面，pdms模板6可以重復(fù)使用。

采用具有溝槽結(jié)構(gòu)的陰極工具3固定各個(gè)pdms模板6的位置，克服了pdms模板的易變形的缺陷，保證所加工溝槽的寬度均勻，同時(shí)采用陰極工具3輔助施加壓力，pdms模板6與陽極工件2緊密接觸，有利于提高溝槽陣列的電解加工精度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。