[发明专利]一种基于PDMS模板的沟槽阵列电解加工系统及方法

说明书

本发明公开一种基于PDMS模板的沟槽阵列电解加工系统及方法，其中方法包括：a、制作夹具，b、制作带有沟槽结构的阴极工具；c、制作PDMS模板；c、将PDMS模板嵌入阴极工具的沟槽中；d、装夹PDMS模板、阴极工具和阳极工件；d、阳极工件和阴极工具分别连接电源正负极；e、向夹具内通入电解液，电解液压强大于0.1MPa；f、接通电源，进行电解加工。采用本方法进行电解加工，阴极工具固定PDMS模板的位置，保证所加工沟槽的宽度均匀，同时PDMS模板与阳极工件紧密接触，有利于提高沟槽阵列的电解加工精度；由于PDMS模板可以重复使用，该方法提高了沟槽阵列的加工效率。

技术领域：

本发明涉及一种基于PDMS模板的沟槽阵列电解加工系统及方法，属于微细电解加工领域。

背景技术：

机械装置在运行中存在多种摩擦副，这些摩擦副的摩擦学行为影响机械系统的工作性能，严重时会导致零件失效。研究表明，表面织构技术是改善摩擦副表面摩擦学特性的有效手段，同时可以增加密封件的密封性能。表面织构是指在摩擦副表面通过一定的加工技术加工出具有一定尺寸和分布的凹坑、沟槽或凸包等图案的点阵。合理的沟槽阵列结构能够减小摩擦力。同时，摩擦副在相对运动中会产生一些磨屑，外界也会有一些微小颗粒进入摩擦副中，这些磨粒会加剧摩擦副表面的磨损，表面沟槽阵列结构在摩擦运动中可以容纳微粒，降低摩擦副表面的磨损，提高摩擦副的使用寿命。沟槽阵列结构在热能交换方面也有这重要的作用。在散热表面上加工出沟槽阵列结构可以增加热量交换面积，提高热量交换效率。在喷雾冷却中，具有沟槽阵列结构的表面，其冷却效果比光滑表面更好。

随着沟槽阵列技术的广泛应用，沟槽阵列的加工技术引起了研究人员的兴趣，沟槽阵列的加工技术逐渐成为一个研究的重点。光刻电解加工技术是沟槽阵列的一种有效加工方法。传统的光刻电解加工技术采用光刻胶作为掩模，光刻胶经过旋涂、前烘、曝光、后烘、显影等步骤形成带有群缝图案的模板，贴在阳极工件表面。电解加工时，通入电解液，工件表面对应的模板镂空区域裸露在电解液中，在电场力的作用下发生电解反应被溶解去除，最终形成沟槽阵列结构。这种加工方法的光刻工艺复杂，电解加工后需要去除光刻胶，生产成本高，制作时间长。因此为提高阵列的加工效率、降低加工成本，有必要采用一种新的电解加工工艺制作沟槽阵列结构。

研究人员采用一种聚二甲基硅氧烷(PDMD)群孔模板成功制作出微坑阵列结构。PDMS是一种有弹性的有机高分子聚合物，具有良好化学稳定性和绝缘性，其注模复制精度高。在微坑阵列的电解加工中，PDMS模板贴合在阳极工件上，电解加工结束后可以直接从工件表面揭下。由于PDMS模板可以重复使用，微坑阵列的这种加工方法具有成产成本低、效率高的优势。但是由于PDMS模板具有柔性，容易变形，直接采用PDMS 模板贴在阳极工件表面进行沟槽加工时，各个条状PDMS的间距难以控制，加工出的沟槽宽度不均匀。而且PDMS模板与阳极工件的粘结力弱，采用条状PDMS模板进行加工时，PDMS模板容易从阳极工件表面脱离，造成杂散腐蚀，影响沟槽的加工质量。

由于PDMS模板在表面织构电解加工中可以重复使用，将PDMS模板应用到沟槽阵列的电解加工中，可以显著地提高沟槽阵列的加工效率，降低加工成本。针对PDMS 模板容易变形、与阳极工件表面结合力弱、影响沟槽加工质量等情况，需要固定条状 PDMS模板的间距，保证PDMS模板与工件的有效贴合。为提高沟槽阵列的加工精度，有必要改进这项技术，探讨一种新的基于PDMS模板的沟槽阵列电解加工系统及方法。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于PDMS模板的沟槽阵列电解加工系统及方法，解决了电解加工中条状PDMS模板的间距不一致，PDMS模板与工件贴合不牢，杂散腐蚀严重等问题，显著地提高了加工精度。。