[发明专利]一种基于涂覆多孔聚合物掩膜的电解加工微结构方法

说明书

本发明公布了一种基于涂覆多孔聚合物掩膜的电解加工微结构方法，包括以下步骤：金属工件表面清洗与亲水性处理；将亲水性表面涂覆聚苯乙烯‑b‑聚丙烯酸与有机溶剂CS₂配制的聚合物溶液，迅速将其放在恒流速、恒湿度的气流中，随有机溶剂的快速挥发，气流中的水蒸气在聚合物溶液表面冷凝成微型水滴，随后，有机溶剂挥发、微型水滴长大、下降与挥发并存，待有机溶剂与微型水滴完全挥发，且聚合物溶液完全固化后，以微型水滴为模板形成含有大量微通孔的多孔聚合物膜；以金属工件为阳极，多孔聚合物膜为掩膜，进行电解加工，得到所需的微结构。本发明制备的多孔聚合物掩膜与工件压贴效果好、表面形状适应性强、工艺成本低、设备简单、易于实现。

技术领域

本发明涉及微结构的掩模电解加工方法，尤其涉及一种基于涂覆多孔聚合物掩膜的电解加工微结构方法，属于电化学加工领域。

背景技术

微尺度凹坑、孔、槽等金属微结构化常是相关产品关键功能和重要性能主控载体，具有改善表面摩擦特性、增强传热效果、抗污抗粘、自洁等特性。金属微结化构制造一直是先进制造领域的研究热点，目前金属微结构化的主要加工方法有机械加工、激光加工、化学刻蚀加工、掩模电解等。掩膜电解因具有加工范围广、加工速度快、可一次形成数量众多且形状各异的群微结构而备受青睐，广泛应用于微结构加工制备中。传统的掩膜电解加工技术采用光刻工艺来制备掩膜，该工艺制作过程中需要涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等一系列操作，操作较为复杂，并且需要专用的设备才可以制备掩膜，加工成本较高。

为了解决上述难题，公开号为 CN109014462A的发明专利公布了一种金属表面微结构电解加工装置，该专利通过利用绝缘粒子作为掩膜来电解加工出微织构，然而在实际实验中，绝缘粒子粒径相差较大，难以对其进行压贴，影响加工质量。公开号为CN110369815A的发明专利公布了一种电解加工微织构的方法。该方法通过在工件阳极表面铺设电化学惰性的金属微粒子层来作为掩膜进行加工，但在实际操作中金属微粒子的排布难以均匀有序且金属微粒子层难以达到统一均匀厚度，进而影响了加工效果。为此，有必要开发一种兼顾工艺简单、经济性高以及掩膜与工件表面压贴性良好的金属微结构制备方法。

发明内容

本发明旨在提供一种工艺简单、工艺成本低、掩膜适应性好的金属微结构制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案，包括以下步骤：

（a）对金属工件的待加工区域按顺序进行打磨、抛光、除油、水洗、干燥、亲水性处理；

（b）把双亲性的嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸与有机溶剂CS₂配制成浓度为2mg/ml~5mg/ml的聚合物溶液，将聚合物溶液均匀涂覆在待加工区域上；

（c）在20℃~25℃的室温下，将涂覆有聚合物溶液的金属工件迅速放入流速为1L/min~3L/min、湿度为70%~90%的恒流速恒湿度气流环境中，此时，聚合物溶液中的有机溶剂挥发导致聚合物溶液表面温度降低，水蒸气便在其表面冷凝成微型水滴，此后，有机溶剂挥发、聚合物溶液表面下降、微型水滴的长大、下降与挥发并行发生，有机溶剂优于微型水滴挥发完毕，待微型水滴完全挥发以及聚合物溶液完全固化后，以微型水滴为模板形成含有大量孔径为2μm~7μm微通孔的多孔聚合物膜；

（d）取出金属工件并对其非加工区表面贴敷电绝缘掩膜，然后以金属工件为阳极，在电解槽中对金属工件的待加工区域进行电解加工，此时，待加工区域表面因覆盖有多孔聚合物膜而发生选择性电化学溶解，进而形成大量微结构；

（e）当微结构大小达到设定要求后，停止电解加工，取出金属工件，去除电绝缘掩膜和多孔聚合物膜，完成加工。

所述的聚苯乙烯-b-聚丙烯酸的相对分子量为4000~10000。

所述的多孔聚合物膜的厚度为1μm~3μm。

本发明的加工原理如下。