二维薄片队列微电极电解加工三维微型腔

【作者】 雷建国； 伍晓宇； 伍博； 钟金明； 徐斌； 郭登极； 江凯； 伍朝志；

【机构】 深圳大学机电与控制工程学院；

【摘要】 微细电解加工可制备复杂的三维微型腔,目前主要采用一维微柱状电极进行逐层扫描电解铣削加工或三维微电极单向进给加工。由于微柱状电极横截面尺寸非常细小,容易受到电解液流动等因素的干扰,影响加工精度且加工时间较长。而三维微电极电解加工微型腔时相当于加工盲孔,随着加工深度的增加,加工间隙内电解液更新越来越困难,电解产物不易快速排出,难以获得大深度三维微型腔。为了促进加工间隙内电解液的快速更新和电解产物的顺利排出,实现大深度三维微型腔微细电解加工,文章提出了一种二维薄片队列微电极逐片往复式电解加工工艺。首先,根据三维微型腔轮廓形貌,采用电火花线切割工艺在60μm厚的304不锈钢箔上加工出对应的队列微电极;然后采用磁控溅射系统在薄片队列微电极的两厚度底面溅射SiO₂绝缘膜（1.5-2μm）,以减弱厚度底面产生对微型腔侧壁的杂散腐蚀并且在工作面形成高聚集电流场;最后将其用于逐片往复式微细电解加工制备大深度三维微型腔。研究了电解液浓度、加工电压和回退距离对厚度底面绝缘的单片电极加工微型腔结果的影响规律,获得了合理的工艺参数并以此为依据加工三维微型腔。实验结果表明:NaNO₃电解液浓度为2.5g/L、回退距离为50μm、加工电压为9-30V时,微型腔开口宽度W₀可控制在200±10μm范围之内,其与加工深度基本无关,并且加工深度越大,微型腔侧壁斜度越小;其中加工电压为30V时,加工效率最高。基于优化的工艺参数,采用薄片队列微电极逐片往复式电解加工分别获得了盲孔型、含矩形孤岛和含半圆弧孤岛的大深度三维微型腔,其加工深度均超过1000μm。与一维柱状微电极逐层扫描电解铣削加工三维微型腔相比,二维薄片微电极具有更好的抗干扰能力和更高的加工效率;与单方向进给加工的三维微电极相比,二维薄片微电极不仅制备更加简单,而且往复式进给运动可使得微型腔底部电解液容易向电极厚度底面两侧更新,间隙流场环境大大改善,同时待加工微结构相邻层区域的逐步去除使得加工间隙流场更新更加容易,可实现大深度三维微型腔的加工。更多还原