超声波辅助作用下微细电解加工机理及技术研究

随着微纳米技术的不断发展，微细加工技术作为实现其应用的关键技术和重要基础，成为当今制造业最为活跃的研究热点之一。目前工业制造中存在着大量的meso-scale (尺寸介于数微米至数百微米)金属微细结构。本研究以电解技术为基础手段，结合超声加工技术，探求制造meso-scale微细结构经济、高效的方法。理论分析和基础试验均已表明，微细电解加工过程中的溶解定域性是影响金属微细结构成型精度和成型质量最关键的核心问题。本研究提出了在以往的研究中被人们普遍忽视的一个问题-电解液扰动特性对加工溶解定域性的影响。主要研究在微米级的加工间隙内，超声波形成的电解液扰动排除间隙内电解产物的机理和动力学特性，研究电解液扰动对加工间隙实时分布的影响机理及工具阴极的超声振动进给影响电解产物瞬态扩散速度的机理，进而探索上述内容对加工溶解定域性的影响，寻找新的提高微细电解加工溶解定域性的途径

随着微纳米技术的不断发展，微细加工技术作为实现其应用的关键技术和重要基础，成为当今制造业最为活跃的研究热点之一。目前工业制造中存在着大量的Meso-scale (尺寸介于数微米至数百微米)金属微细结构。本课题以该尺度范围内的微细孔、微细圆柱体电极及微细缝槽等典型结构为研究对象，以电解工艺为基础，结合超声加工工艺，探求制造上述微细结构经济、高效的工艺规律及制备机理。本课题首先独立研制了一套数字化超声辅助微细电解加工系统，并对该系统的低速运动及抗瞬时干扰特性进行了重点分析，该加工系统为后续的试验研究提供了基本的设备平台。针对微细孔加工，本课题研究了超声辅助微细电解工艺中超声频率影响微细孔加工精度、加工间隙分布、加工效率及溶解定域性的基本规律并阐明了超声形成的电解液扰动影响间隙内电解产物排除速度及动力学特性等机理性问题。此外本部分还研究了其他工艺因素如脉冲电流频率（微秒级及纳秒级）、加工电压、脉冲宽度、工件电极材料、电极进给速度、电解液成分及其浓度等对微细孔加工精度、间隙分布及溶解定域性的影响规律。在微细圆柱体电极制备工艺中，本课题以直径400μm微细钨丝电极为制备对象，阐明了超声辅助微细电解制备工艺中加工电压、电极浸入电解液深度、加工时间、电源性质、电极运动速度及运动方式、超声频率等工艺参数影响微细圆柱体电极加工精度（直径及长径比）的基本工艺规律，并着重分析探讨了超声因素介入对微细圆柱体电极制备效率的影响机理，试验发现超声扰动电解液可明显加速WO42–的扩散迁移速度，有效改善钨丝微细圆柱体电极趋向“纺锤”状的倾向，有利于获得直径均匀的微细钨丝电极。理论分析和基础试验均证实了超声因素在微细电极制备工艺中的积极作用。在微细缝槽结构电解加工工艺试验中，本课题在纳秒级电流脉冲条件下，探讨了电解液成分及浓度、工具电极类型及直径、电极进给速度及有无超声辅助等工艺因素影响微细缝槽结构的加工精度，间隙分布及溶解定域性的基本规律，并着重分析了电极类型及直径对微细缝槽结构加工稳定性的影响规律。