唐 健,张 彦,周克兵,赵 亮,王国乾,褚昊森

(1.南京工业大学 机械与动力工程学院,江苏 南京 211800;2.再制造技术国家重点实验室,北京 100000)

传统观念认为,物体表面越光滑,其减磨减阻性能越好。而仿生学研究发现,自然界中许多动植物的非光滑表面,也表现出良好的减磨减阻、疏水等性能,如鲨鱼皮表面齿状锥形结构鳞片及荷叶表面微纳米级的锥形结构[1-3]。研究表明,在金属表面加工出的微阵列结构同样具有减磨减阻、增强表面疏水性、提高传质传热效率等性能[4]。然而,该类结构尺寸微小、数量庞大、排列紧密、加工精度与阵列一致性要求高,同时加工后要求微结构表面无微裂纹、变形等缺陷,加工难度较大[5-7]。因此,如何实现高密集型、大高径比的金属锥形阵列结构高精度、高质量加工,已成为金属锥形阵列结构制造的重点难题。

为了实现金属锥形阵列结构的制造,目前常用的加工方法主要有传统机械铣削、激光加工、电火花加工、电化学沉积等[8]。然而,上述加工方法存在刀具磨损、应力释放、重铸层、微裂纹、加工效率低等缺陷,难以实现微米级金属锥形阵列结构高精度、高表面质量、高阵列一致性的加工[9-11]。基于电化学溶解原理和光刻工艺,掩膜电解加工技术应运而生。掩膜电解加工利用光刻工艺的高精度模板制备和高定域性电化学刻蚀,可实现大面积微阵列结构的高效率、高精度加工[12-13]。此外,掩膜电解加工过程中,工具阴极表面无损耗,可重复使用,同时掩膜图案制作方便且具有多样性,因此,该方法可广泛用于金属工件表面凹坑、通孔、沟槽以及凸起阵列结构的制备[14-15]。……