电化学加工虚拟仿真实验建设与应用

电化学加工现有实验教学以模型演示和装备讲解为主,学生自主学习和实验教学效果较差.基于此,开发完成了"电化学虚拟仿真实验"教学项目,营造逼真的虚拟实验环境,模拟真实电化学加工成材成形过程.学生可以根据需要选择合适的加工方式,掌握具体操作过程和工艺参数,在沉浸式环境下弄清电化学加工由"无形反应"到"有形实物"的工艺过程实质.

基于NaCl溶液的射流电解微铣削加工Ti-6Al-4V试验研究

钛合金在航空航天、生物医疗、精密仪器等领域的微小构件制造中的应用前景广阔。基于电化学阳极溶解原理去除材料的射流电解微铣削加工技术在钛合金微细加工方面具有原理优势。然而,在电化学作用下,钛合金表面极易生成致密的钝化膜,导致材料溶解过程难以持续稳定进行。对此,试验测试了Ti-6Al-4V在不同组分和不同浓度电解液中的极化曲线,发现质量分数10%NaCl溶液对钝化膜的破除能力强,且钝化-溶解过程相对稳定。在此基础上,探究了金属喷嘴内径、加工电压、扫描速度对射流电解微铣削加工微槽深宽比和杂散腐蚀范围的影响规律。最后,采用金属喷嘴内径300μm、加工电压35 V、扫描速度75μm/s的优选工艺参数,在Ti-6Al-4V表面加工出平均槽宽为823.1μm(标准差为10.42μm),平均槽深为157.26μm(标准差为5.89μm),表面粗糙度为2.006μm(标准差为0.088μm)的方形螺旋微结构。

微细金属管制造技术现状与研究进展

微细金属管具有微环境下的微通道封闭、定向导向、稳流导流等功能,被广泛应用于医疗、电工电子、传热、光学等领域。受加工工具小型化、尺寸效应对材料性能和摩擦行为的改变等限制,微细金属管的制备极具挑战性。总结了微细金属管常用制备技术的制备原理、特点、制造能力以及优缺点,包括热挤压成形、冷拔成形、无模拉拔成形以及电铸成形,并对微细金属管制造技术的未来发展趋势与研究重点进行了展望。

GH4169镍基高温合金射流电解加工微坑阵列试验研究

表面微坑阵列在机械密封、摩擦磨损、表面润滑、传热散热等方面有巨大作用。为了能在GH4169镍基高温合金上射流电解加工微坑阵列,通过测试合金在不同溶液中的极化曲线,优选了射流电解加工合金的电解液,并在此基础上设计试验,探究了加工电压、射流速度对射流电解加工微坑的影响规律,并通过优选工艺参数加工出微坑阵列。最后,以质量分数10%的NaNO_(3)溶液为电解液,以加工电压25 V、射流速度10 m/s加工出平均深径比为0.376、深径比标准偏差为0.004372的加工精度高、一致性好的微坑阵列结构。

超声微细电铸试验研究

试验研究和分析了电解液施加超声搅拌作用时不同声强对试样形貌质量的影响，优选了工艺参数，在此基础上，进行了超声微结构电铸试验，并制备出多种金属微器件。试验结果表明：超声搅拌声强为12～14W／cm^2时，电铸出的镍微器件积瘤、针孔等缺陷少，塌角、圆边现象明显减少，表面平整。微细电铸时，电解液施加适量大小声强的超声搅拌，能显著改善微细电铸器件形貌质量，提高金属充填能力。

UV-LIGA技术制备微型柔性镍接触探针

对探针的制作方法、关键工艺环节等进行了分析与研究,给出了基于UV-LIGA技术制备微型柔性镍接触探针的工艺过程,分析了制备的技术关键,试验优选了关键制备环节的工艺参数,在此基础上,制作出微型柔性镍接触探针。试验结果表明:采用工艺条件优选的UV-LIGA技术,如前烘60℃,120 min,90℃,120 min;较大曝光剂量;后烘65℃,10min,95℃,45 min;匀胶后静置、随炉冷却和超声辅助显影等辅助措施,所制备出的柔性接触探针(主体总长4 mm,宽80μm,高100μm;弹簧处高宽比为5(100μm:20μm))尺寸精度高;三角锥状针尖曲率半径小于5μm;缺陷少,形貌质量高。

基于UV-LIGA技术制造微结构器件试验研究

试验研究了UV-LIGA各工艺环节(包括前后烘、曝光、显影、去胶、电铸等)对金属基片上制造金属微结构器件质量的影响,并组合优化了操作条件和工艺参数。试验结果表明:采用优化后的UV-LIGA工艺条件,制造出的金属微结构器件(如微齿轮、微流道)轮廓清晰,表面质量好,无明显缺陷,与基底结合良好。

电铸工艺对工具电极材料抗电蚀性能的影响研究

提升基于准LIGA工艺制作的微细电火花加工工具电极材料的耐电蚀能力,是准LIGAMicroEDM组合加工高深宽比三维微结构可靠实现的重要研究内容。论述了该组合加工的技术优势及其工艺路线,理论分析了电铸电极材料电蚀性的影响因素,试验研究了电沉积工艺参数和操作条件如添加剂种类及其添加量、电流密度、温度等对电铸铜工具电极电蚀能力的影响。结果表明,组合添加适量明胶和Cl-,在适当的电流密度和温度等工作条件下,电铸出的铜工具电极在微细电火花加工中表现出超强的耐电蚀能力,重量相对损耗为0.3%。

纳米氧化镧对电铸电极材料抗电蚀性的影响

增强工具电极材料的耐电蚀能力,降低电极损耗是微细电火花加工技术可靠、稳定且高效制造高深宽比微结构和器件的研究关键之一。选用纳米量级稀土氧化物-氧化镧为电铸基液添加剂制备了微工具铜电极材料,探讨了它的作用机理,分析了电铸铸层的微观形貌,并实验研究了纳米氧化镧添加剂对电铸电极材料抗电蚀性能的影响,优选了电沉积工艺参数。结果表明:添加适量纳米氧化镧添加剂并在适当电沉积条件下,电铸铜电极材料表现出较强的抗电蚀能力,且综合机械性能优异。

铜-石墨复合电极材料制备及抗电蚀性能分析

通过复合电铸技术,在耐电蚀性强的铜主体中引入抗电蚀性能优异的石墨微粉,制备了铜-石墨复合电极材料,探讨了复合电沉积条件与石墨含量的关系,用扫描电子显微镜分析了复合铸层的形貌特点,测定了表面粗糙度和显微硬度,试验研究了复合电极材料的抗电蚀能力。结果表明,在一定工艺条件下制备的铜-石墨复合电极材料表现出较优异的抗电蚀性能。

用UV-LIGA技术制造大通孔率精细镍网(英文)

高开孔率、大厚度金属精细网板的制造是网板业界的技术难题。分析了现有的精细金属网板制造工艺的优缺点,并提出采用基于SU-8光刻胶的UV-LIGA技术来制备高开孔率大厚度精细金属网板的工艺思路。优选了关键工艺环节的操作参数,表征了试样的形貌特点,检测并分析了试样的相关性能。结果显示,采用优化的工艺条件(前烘65 ℃/20min,95 ℃/20 min;适量曝光剂量;后烘65 ℃/10 min,95 ℃/15min;匀胶后静置、随炉冷却;超声辅助显影等)所制备的六边形镍网(边200μm) ,不仅开孔率高(88%) ,厚度大((120±3)μm) ,且具有尺寸精度高(形位误差±2μm)、孔形一致性好(筋宽偏差<3μm)、孔壁平滑等特点。结果表明,UV-LIGA技术是一种制备高通孔率、大厚度精细金属网的有效工艺手段。

高深宽比微细结构电铸时传质过程数值分析

针对高深宽比微细结构电铸时存在严重传质受限的问题,以微深槽特征为分析对象建立液相传质两种数学模型——维扩散模型和二维对流—扩散模型,并分别用Matlab专用工具箱和Fluent 6.2流体仿真软件进行数值求解,依次分析以扩散、强制对流-扩散、复合对流(强制对流和自然对流)-扩散等为主导传质模式作用下微细电铸时,流场和离子浓度场的空间变化规律及其对液相传质效果的影响,并进行试验验证。结果表明:微细结构电铸时,单一扩散作用仅能用于深宽比小于2且电流密度小于2A/dm^2的液相传质场合;槽外强制对流只能对深宽比小于2的微槽内电解液产生一定搅拌作用;强化槽内自然对流作用并与槽外强制对流协同配合时,槽(深宽比为5)内可形成独特的单个或多个占据整个槽空间的涡流循环胞,涡流流速约为强制对流流速的1/20～1/2,明显改善传质效果,试验结果与此相印证。

磁电化学沉积技术研究进展

阐论述了磁电化学沉积技术的作用机理,包括磁流体力学效应、磁力效应和磁化力效应.分析了磁场对电沉积工艺特性参数和沉积层性能的影响,指出在一定条件下,磁场能够提高电解液的分散能力和覆盖能力、增大极限电流密度与沉积速度、改善沉积层表面状态和物化性能、改变织构和合金成分,但在微观磁流体力学效应研究方面和对一些现象给出的理论解释方面还有待完善,且当前研究主要集中在常规尺度层面,对微观尺度层面的研究或将成为磁电化学沉积技术研究的新趋势.

辅助交变低气压-温度梯度微细电铸技术

具有超深或高深宽(径)比(HAR)微结构特征的高质量电铸,是制造金属微机械器件和半导体通孔金属化的技术关键之一。开发了一种新的电铸技术:辅助交变低气压-温度梯度微细电铸技术,并介绍了该技术的基础理论,分析了其作用机理,研制了实施该技术的专用装置,进行了微细电铸试验。分析了微细电铸镍元部件的形貌特征及其影响因素。研究结果表明,与常规电铸工艺相比,采用辅助交变低气压微细电铸工艺,能显著减少电铸件的气孔缺陷,增强电充填深铸能力,改善形貌质量。

铜-石墨复合电极材料耐电蚀性试验研究

通过复合电铸技术在耐电蚀性强的铜主体中引入抗电蚀性能优异的微粉石墨成功制备了铜-石墨复合电极材料,试验研究了复合电极材料的抗电蚀能力.结果表明:在微粉石墨添加量36～48 g/L,阴极电流密度2～3 A/dm2以及适当温度和搅拌强度等条件下制备的复合电极材料表现出优异的耐电蚀性能.

可溶性单金属联合阳极面积比对镍-钴合金电铸的影响

以电铸Ni-Co合金为例,通过分析可溶性Ni-Co联合阳极的面积比与合金电铸层各组分含量的对应关系,并结合极化曲线测量,探讨了联合阳极的面积效应问题。结果表明:各单阳极施加相同电流时,Ni-Co合金电铸层各组分的含量比随两阳极面积比的变化而变化,但不呈比例关系;单阳极面积比不变时,合金电铸层的组分比几乎不随各阳极所加电流大小的改变而改变; Ni-Co阳极面积比为1∶1或3∶1时,对应的Ni-Co合金电铸层的组分均维持在很窄的变化范围内,Co的质量分数分别为27. 1%～28. 2%和22. 3%～24. 5%; Ni-Co合金层的显微硬度受阳极面积比的影响较大,合金电铸层中Co的质量分数越大,硬度越高。采用可溶性单金属联合阳极进行电铸时,合金电铸层组分含量比除决定于各阳极的面积比外,还与各阳极相对于阴极的面积比有关,而与各阳极上施加的电流关系不大。

微细电火花加工MEMS器件技术关键分析

微细电火花加工作为一种低成本、高材料选择度的柔性非接触式加工技术,在微加工中具有独特的工艺优势。本文研究分析了利用微细电火花加工技术制造MEMS微结构、微器件的技术关键及其解决思路。

金属Micro/Meso结构器件制造技术

具有特定功能或满足特定需要的复杂形状金属micro/meso结构器件的加工,是非硅基MEMS制造和微细加工领域的一项重要内容。论述了制造金属micro/meso结构器件的几种常用加工技术(精密机械加工技术、LIGA和LIGA-like技术、微细电火花加工技术、微细电解加工技术和选择性电沉积技术等)及其工艺进展,并分析了它们的优缺点。

电解研磨扩孔新技术研究

电解研磨扩孔是在吸收电解磨削、电解珩磨和金刚石类磨具研磨等技术优点的基础上开发的一种能浮动定心的高效、低成本的孔后处理加工技术。对该技术的工艺原理、表面粗糙度的影响因素、加工精度及磨具电极的使用寿命等方面进行了研究分析。试验结果和初步应用表明 ,该技术能有效去除孔加工后的变质层 (如再铸层等 ) ,改善表面粗糙度 ,降低或消除残余应力 。

微细电铸法制造高开孔率精细网片

依托微细电铸技术为主要工艺平台,以制造90%左右开孔率的高质量精细网片为目标,重点探讨了芯模制备中电沉积等关键工艺环节的技术要点和难点,并对其操作条件和主要工艺参数进行优选和优化。研究结果表明,基于微细电铸法能制造出缺陷极少、形貌质量好、孔廓形精度高的超高开孔率精细金属网片。