一种双脉冲变极性同步电解的系统与方法与流程

本发明涉及到微电解加工领域，更具体的，涉及一种双脉冲变极性同步电解的系统与方法。

背景技术：

近年来，研究人员在摩擦副表面上做出表面织构结构提出了多种制造方法，如激光加工表面织构技术，磨料气射流技术，电火花加工技术，电解加工技术等。电解加工具有诸多优点，如：与工件材料的硬度无关，加工表面无热影响层等，因此，该技术引起了研究人员的关注。电解加工是利用工件阳极在电解液中发生阳极溶解的原理，将工件加工成形的一种制造技术。由于电解加工过程中，工件材料的减少过程以离子的形式进行，因此这种溶解去除方式使电解加工技术在微细制造领域有着巨大的发展潜力。

对于一般的微细电解加工中，加工间隙比较小，使得电解产物不容易排出,容易发生断路,甚至使加工无法进行，对于掩膜电解加工，加工区被约束在掩膜孔内，电解加工中产物排出对加工精度和过程稳定性都会有很大的影响，并且目前的掩膜电解加工都是单工位单个工件加工，加工效率低。因此，有必要探索一种提高电解加工生产效率、加工过程的稳定性以及加工质量的电解加工方法。

技术实现要素：

针对现有技术中微细电解加工中，因加工间隙较小，易使得电解产物不易排出，容易发生断路的技术缺陷，本发明提出一种双脉冲变极性同步电解的系统，提高加工效率、加工质量和加工过程的稳定性。

本发明采用的技术方案是：

一种双脉冲变极性同步电解的系统，包括双脉冲电源、夹具、第一金属工件和第二金属工件；

所述的双脉冲电源正负极分别与第一金属工件、第二金属工件进行电连接；

所述的夹具使用亚克力等绝缘材料，其两端设置电解液的进液口和出液口；

所述的第一金属工件、第二金属工件设置在夹具内，使用3m胶、磁铁、机械式方式等使其固定在夹具体内，第一金属工件和第二金属工件之间留有间隙，间隙两端连通进液口和出液口。

本发明申请的双脉冲变极性同步电解的系统，第一金属工件、第二金属工件以夹具对称平面安装，第一金属工件与第二金属工件紧贴于夹具内部。第一金属工件和第二金属工件分别与双脉冲电源两端电连接，电解液从进液口进入夹具中第一金属工件和第二金属工件的间隙，与两金属工件接触电解后从出液口流出。

在一种优选方案中，所述的第一金属工件、第二金属工件表面覆盖有掩膜。

在一种优选方案中，所述的掩膜设置有贯穿微孔，第一金属工件、第二金属工件表面的掩膜的贯穿微孔一一对应安放，第一金属工件、第二金属工件表面覆盖有一致的带有贯穿微孔的掩膜，在电解加工时，两工件每个对应镂空区域在活动掩膜的约束下，电场更加均匀，大大提高电解加工的定域性。

在一种优选方案中，所述的双脉冲电源的脉冲频率为500hz-30khz，正负脉冲占空比设置一致，确保第一金属工件与第二金属工件进行同步电解，保证加工出来的两个工件表面加工出来的微结构结果一致。

在一种优选方案中，正负脉冲占空比在10％-50％之间连续可调。

在一种优选方案中，所述的双脉冲电源的输出电压为5v-20v，电解液的泵出水压大于0.1mpa，第一金属工件与第二金属工件之间的间隙1-5mm。

本发明提供的一种双脉冲变极性同步电解的系统电解加工过程中两电极具体电化学反应如下：

阳极：

m-ne→mⁿ⁺

mⁿ⁺+noh^-→m(oh)n

4oh^--4e→o2↑+2h2o

阴极：

2h⁺+2e→h2↑

由电极反应可知，在阳极工件表面除了金属离子的溶解并生成絮状产物之外，有少量氧气的析出；在阴极表面主要是析出氢气。

一种双脉冲变极性同步电解的方法，应用于上述的系统，包括以下步骤：

第一金属工件、第二金属工件以夹具的进液口、出液口作为上下对称平面对称安装，并紧贴于夹具内部；

电解液从进液口进入夹具，电解液沿着两个掩膜之间向出液口流动，部分电解液通过掩膜内部的微孔结构与两金属工件进行接触，并发生电解，电解液从出液口流出夹具；

将双脉冲电源的正极、负极分别与第一金属工件、第二金属工件电连接；

当双脉冲电源接通后，两金属工件的极性在一个脉冲周期内转换一次，阳极发生离子溶解同时产生一些絮状产物并发生堆积，阴极发生产生大量氢气。当正负脉冲转换后，阴极产生大量氢气，将之前金属工件产生的絮状产物随着氢气泡的扩散而迅速排出。该过程随着脉冲极性的转变重复进行，从而实现两金属工件的同步掩膜电解加工，提高加工效率、加工质量和加工过程的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明利用双脉冲电源输出正、反向电压来改变两金属工件的极性，实现双工位的同步电解加工，大大提高生产效率；在两金属工件互为阴、阳极变极性电解加工时，阴极电化学反应产生的氢气泡有助于电解产物的排出，提高加工效率、加工质量和加工过程的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的一种双脉冲变极性同步电解的系统的示意图

图2为本发明提供的双脉冲电池的脉冲波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种双脉冲变极性同步电解的系统，如图1所示，包括第一金属工件1、第二金属工件4、夹具5和双脉冲电源6；

所述的双脉冲电源6正负极分别与第一金属工件1、第二金属工件4进行电连接；

所述的夹具5，两端设置电解液2的进液口和出液口；

所述的第一金属工件1、第二金属工件4设置在夹具5内，第一金属工件1和第二金属工件4之间留有间隙，间隙两端连通进液口和出液口。

本发明申请的双脉冲变极性同步电解的系统，第一金属工件1、第二金属工件4以夹具5的进液口、出液口作为上下对称平面对称安装，第一金属工件1与第二金属工件4紧贴于夹具5内部。第一金属工件1和第二金属工件4分别与双脉冲电源正负极电连接，电解液2从进液口进入夹具5中第一金属工件1和第二金属工件4的间隙，与两金属工件接触电解后从出液口流出。

优选的，所述的第一金属工件1、第二金属工件4表面覆盖有掩膜3。

优选的，所述的掩膜3设置有贯穿微孔7，第一金属工件1、第二金属工件4表面的掩膜3的贯穿微孔7一一对应安放。

优选的，所述的双脉冲电源6的脉冲频率为500hz-30khz，如图2所示，正负脉冲占空比设置一致，确保第一金属工件1与第二金属工件4进行同步电解，保证加工出来的两个工件加工结果一致。

优选的，正负脉冲占空比在10％-50％之间连续可调。

优选的，所述的双脉冲电源6的输出电压为5v-20v，电解液2的泵出水压大于0.1mpa，第一金属工件1与第二金属工件4之间的间隙1-5mm。

本发明提供的一种双脉冲变极性同步电解的系统电解加工过程中两电极具体电化学反应如下：

阳极：

m-ne→mⁿ⁺

mⁿ⁺+noh^-→m(oh)n

4oh^--4e→o2↑+2h2o

阴极：

2h⁺+2e→h2↑

由电极反应可知，当金属工件作为阳极时，金属工件表面除了金属离子的溶解并生成絮状产物之外，有少量氧气的析出；当金属工件作为阴极时，金属工件的表面主要是析出氢气，同时带走金属工件作为阳极时产生的絮状产物。

实施例2

本实施例提供一种双脉冲变极性同步电解的方法，应用于实施例1所述的系统，包括以下步骤：

第一金属工件1、第二金属工件4和表面掩膜3以夹具5上下对称平面对称安装，并紧贴于夹具5内部，第一金属工件1、第二金属工件4的掩膜3贯穿微孔7一一对应；

电解液2通过压力泵从进液口侧向供液，电解液2沿着两个掩膜3之间向出液口流动，部分电解液2通过掩膜3内部的微孔7结构与两金属工件进行接触；其中优选的，所述的双脉冲电源6的脉冲频率为500hz-30khz，正负脉冲占空比设置一致，确保第一金属工件1与第二金属工件4进行同步电解，保证加工出来的两个工件的加工结果一致。双脉冲电源6的正负脉冲占空比在10％-50％之间连续可调，双脉冲电源6的输出电压为5v-20v，电解液2的泵出水压大于0.1mpa，第一金属工件1与第二金属工件4之间的间隙1-5mm。

在本实施例中将双脉冲电源6的正极与第一金属工件1进行电连接、负极与第二金属工件4电连接；

当双脉冲电源6接通后，第一金属工件1作为阳极发生离子溶解同时产生一些絮状产物并发生堆积，第二金属工件4作为阴极发生产生大量氢气。当正负脉冲转换后，第一金属工件作为阴极产生大量氢气，将之前第一金属工件作为阳极产生的絮状产物随着氢气泡的扩散而迅速排出，同时第二金属工件4发生离子溶解并产生一些絮状产物并发生堆积。该过程随着脉冲极性的转变重复进行，从而实现两金属工件的同步掩膜3电解加工，提高加工效率、加工质量和加工过程的稳定性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。