带式活动掩膜电解加工微织构技术研究

【作者】 申继文； 明平美； 张新民； 秦歌； 张云燕； 郑兴帅； 王伟； 李欣潮；

【机构】 河南理工大学特种加工技术与装备研究所；

【摘要】 基于掩膜电解加工技术实现圆柱面、曲面等非平面分布海量功能微织构的高效、高一致性、无接缝一次性制备,至今仍是未得以实现的领域难题,也是研究热点之一。对此,提出了一种带式活动掩膜电解加工微织构技术。其工作原理为:带有镂空图案结构的掩膜带在收带轮、储带轮、驱动源等的共同作用下压贴在工件表面并驱动工件运动(移动或者转动),压贴于掩膜带另一面同工件配置为电极对的阴极作跟随性运动,喷射送进的电解液在掩膜带的携带作用下进入加工间隙,此时,被掩膜带包裹但未被屏蔽的工件表面微区在电解液与电场等的综合作用下不断地被选择性和移动式溶解,最终在工件表面形成海量微织构。对带式活动掩膜电解加工微织构技术的两种模式(单圈加工模式和多圈加工模式)都进行了研究。在单圈加工模式下,主要探究了加工电压和工件转速等与所成形的微织构几何形状特征的关系,并进行了工艺参数优化。研究结果表明:加工电压与工件转速需形成正比例匹配关系,即加工电压大,工件转速需增大,反之,工件转慢;在圆柱面制备的阵列微织构尺寸与几何形状一致性好,分布均匀。在多圈加工模式下,主要研究了工件旋转圈数即重复加工次数对微织构几何形状的影响,重点分析了其演变规律,并评测了微织构化表面的润湿特性。结果显示:随着重复加工次数的增加,阵列微织构间的凸台带逐渐变窄直至消失变薄,与此同时,工件表面结构逐渐分形化,最终形成微-纳米分形特征明显、分布均匀的微织构化表面(经过FAS-17氟化处理后对水和豆油的接触角分别高达163.7°和154.3°)。带式活动掩膜电解加工技术在高效低成本制备高品质圆柱体功能微织构表面方面具有潜在工艺优势。更多还原