管内壁表面非连续微结构微细电解加工实验工艺研究

摘要

管内壁表面非连续微结构是指在物体内表面加工出规则的微米级大面积阵列微结构。这些表面织构具有特定的功能，如导热性、疏水性等，因此为新型微电子散热技术提供了极大保障，促进了电子行业的极大发展。微电解加工技术是加工表面织构的重要方法。不同于传统的机械加工技术，电解加工是阳极（工件）在电解液中以“离子”状态发生溶解，从而达到去除材料，将零件加工成型的一种技术。由于电解加工过程是以“离子”形式进行，属于非接触加工，所以具有不存在机械应力，不受材料硬度、强度等性能的限制，工具电极无损耗，适合于批量加工等优点，所以电解加工技术在微细制造领域具有广阔的发展前景。
　　本文针对管内壁非连续微结构的加工工艺要求----加工出深度200-500μm，宽度300-800μm的非连续微结构，并结合三D打印技术，光刻技术等对非续微结构的加工工艺进行了探索。本文主要对管内壁非连续微结构研究的主要指标是:加工深度和加工宽度。因此本文的工艺探索也是围绕这二个方面进行的。根据管内壁非连续微结构加工的要求结合微细电解加工的工艺特点，设计了满足微细电解加工所需的实验平台和专用的夹具。因为本文是基于静态加工的工艺研究，所以实验室平台主要是关于电解液循环系统的搭建和夹具的设计。在微细电解加工中，电源的精度直接决定了最终的加工精度，该实验中采用高精度的SmartWave SW型号脉冲电源进行加工。采用不同的加工电压，占空比，脉宽，电解液浓度等参数条件下进行试验和比较，研究发现电压、占空比、NaNO3浓度、、脉冲频率和电压波形等参数对微结构的加工深度和加工宽度有显著的影响。微结构的加工深度和加工宽度随NaNO3浓度的增大先增加后减小，随电压、占空比的增大而增大，脉冲频率的提高有利于微结构的加工深度增加，加工宽度降低，不同的电压波形对加工效果影响较大。经过大量的实验探索各加工参数对电解加工管内壁非连续微结构的影响规律，并通过正交性实验获得最佳电解加工的工艺方案。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 本课题的研究背景

1．3 内壁表面微结构加工技术的研究现状

1．3．1 机械加工技术

1．3．2 激光珩磨加工

1．3．3 超声加工技术

1．3．4 微细电解加工

1．4 微细电解加工技术的研究现状

1．4．1 掩膜微细电解加工技术

1．4．2 脉冲微细电解加工技术

1．4．3 微细电解电射流加工技术

1．4．4 微细电解线切割技术

1．4．5 其他电解加工技术

1．5 本课题的研究概述

1．5．1 研究的目的和意义

1．5．2 课题来源

1．5．3 课题的研究内容及目标

第二章 微细电解加工中的若干基础问题

2．1 电解加工的相关理论

2．1．1 电解加工基本原理

2．1．2 电解加工的特点

2．1．3 电极电位的形成

2．1．4 阳极极化曲线

2．1．5 法拉第定律

2．2 电解加工参数的特性

2．3 高频窄脉冲电解加工

第三章 管内壁表面非连续微结构电解加工试验系统

3．1 螺旋电极微细电解加工实验

3．2 螺旋电极微细电解加工试验系统介绍

3．2．1 电解加工电源

3．2．2 电解液循环系统

3．2．3 管内壁非连续微结构检测设备

3．3 多线螺旋电极的制备

3．3．1 多线螺旋电极的介绍

3．3．2 基于多线螺旋电极的电解流场研究

3．3．3 工具电极的制备

3．4 实验夹具的设计

3．5 阳极工件的选择

3．6 密封装置的设计

第四章 多线螺旋电极电解加工方案及可行性验证

4．1 掩膜多线螺旋电极电解加工工艺研究

4．1．1 掩膜单线螺旋电极的电解加工工艺研究

4．1．2 掩膜多线螺旋电极的电解加工工艺研究

4．2 三D打印的多线螺旋电极电解加工工艺研究

4．3 机械加工的多线螺旋电极电解加工工艺研究

第五章 多线螺旋电极电解加工实验研究

5．1 电艇液浓度对加工深度和加工宽度的影响

5．1．1 NaNO3浓度对加工深度的影响

5．1．2 NaNO3浓度对加工宽度的影响

5．2 电压对加工深度和加工宽度的影响

5．2．1 电压对加工深度的影晌

5．2．2 电压对加工宽度的影响

5．3 占空比对加工深度和加工宽度的影响

5．3．1 占空比对加工深度的影响

5．3．2 占空比对加工宽度的影响

5．4 脉冲频率对加工深度的影响

5．4．1 脉冲频率对加工深度的影响

5．4．2 脉冲频率对加工宽度的影响

5．5 电解加工的正交试验

5．5．1 正交试验参数的选定

5．5．2 正交试验及结果分析

5．5．3 实验结果的验证及分析

5．6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文与申请专利

声明

致谢