关键词：
电化学抛光
线电极
表面粗糙度
微槽
微孔
摘要：
微结构的表面质量对其工作性能、使用寿命等具有重要影响,是加工质量的重要评估标准之一。为了去除微结构加工过程中产生的表面缺陷,如高能束加工中的热影响层、机械加工中的毛刺等,需要对微结构进行抛光处理。作为一种典型的非接触式抛光方法,电化学抛光不受材料强度、硬度等限制,抛光过程中无应力产生,工件无变形,抛光后能够获得表面粗糙度较低的光滑表面。由于电化学抛光中材料以离子形式被去除,理论上可以达到离子级别的抛光精度,因此具有抛光微结构的能力。微槽和微孔是两种应用较为广泛的微结构,本文针对微槽和微孔的电化学抛光进行了以下研究:(1)针对微槽的抛光,提出了线电极电化学抛光方法。测量了3J21合金在磷酸溶液中的极化曲线,分析了阳极溶解由初始钝化-活化-钝化-过钝化的转变过程。推导了线电极电化学抛光中的材料去除量公式,公式表明,减小抛光间隙和电极移动速度以及增大线电极半径和抛光电压可以增加材料去除量。(2)建立了微槽电化学抛光的电场模型,仿真结果表明,线电极电化学抛光中,由于电极的移动,抛光的流密度将经历先增大后减小的过程,该过程有助于抛光后钝化膜的形成;同等条件下,采用线电极抛光的材料去除速率及去除量小于方形电极;方形电极绕中心轴的偏转会造成抛光可重复性差的问题,相比线电极,方形电极对电极装夹的精度要求更高;线电极抛光中,微槽拐角处存在抛光死角,使用小直径的线电极抛光能够缩小抛光死角范围。(3)建立了线电极电化学抛光试验系统,在此系统上开展了微槽电化学抛光试验,研究了线电极直径、抛光电压、脉冲周期、占空比、电极移动速度、抛光间隙、电极形状对抛光效果的影响。试验验证了微槽电化学抛光的材料去除量公式以及电场仿真结果。试验结果表明:线电极电化学抛光的参数(电压、脉冲周期、占空比、电极移动速度、抛光间隙)与抛光后的表面粗糙度并不是单纯的正相关或负相关关系。为了能够获得理想的抛光效果,每个参数的选值都需要控制在合适的范围内。采用优化的工艺参数组合对初始表面粗糙度为Ra0.304μm的微槽进行抛光,获得了表面粗糙度为Ra 0.036μm的光亮表面。(4)针对微孔孔口的抛光,研制了微孔电化学抛光试验系统,对微孔孔口抛光的工艺参数进行了初步探索,分析了电压、抛光时间、频率、占空比、抛光间隙等参数对孔口缺陷去除效果的影响。试验表明,在优化的工艺参数下,电化学抛光能够有效地去除微孔孔口缺陷。
