转印掩膜电解加工宏量金属微结构

金属宏量微结构的高效、高质量、整体无接缝电化学加工至今仍面临重大技术挑战。对此,提出了转印掩膜电解加工技术,以滚动印制方式克服传统面对面静印式掩膜电解加工在制备金属微结构方面的局限性和不足。数值仿真分析了新技术加工微坑结构过程中的电场分布特性及其时空变化规律、廓形演变规律,开展了阵列微结构制备的试验研究,探究了主要工艺参数对阵列微结构表面与几何轮廓特征、成形精度等的影响,评测了在平面和圆柱面工件上加工宏量微结构的工艺效果。结果表明:转印掩膜电解加工时,阳极、阴极和掩膜虽均处于运动状态,但是各加工微区的电场时空分布保持较高的一致性,且其轮廓演变过程与最终廓形特征主要受工件旋转速度、极间电压的影响;基于优选工艺参数,在不锈钢圆柱面和平面上均能高效加工出廓形特征一致性高的宏量阵列微坑/微孔结构,360°圆柱面上2266个深度89μm的阵列微坑用时仅250 s,直径和深度CV值分别低至3.21%和3.68%,表面粗糙度Ra小于0.65μm,加工平面分布8360个深度50μm的阵列微孔用时仅460s,其直径CV值低至2.19%,入口与出口直径偏差仅1.06%~3.22%。转印掩膜电解加工技术在圆柱面和大尺寸(超长、宽幅)平面工件上高效、高精度制备微结构方面具有很强工艺能力与发展潜能。