引用论文:
刘金玲，张庆良，张 磊，等. 镀铬层表面微坑阵列PDMS掩膜电解加工研究[J]. 电加工与模具，2024（4）：33-39.
DOI: 10.3969/j.issn.1009-279X.2024.04.005
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1选题依据
2研究方案
3研究内容
本文使用硝酸钠溶液作为掩模电解加工的电解液。传统的流动电解液PDMS掩膜电解加工和高压静液厚层PDMS掩膜电解加工示意如图1。
1.2 试验安排
1.2.1 厚层PDMS膜板制备
制备厚层PDMS膜板的工艺流程，涉及光刻工艺和真空辅助注模法，具体步骤：① 在硅基片表面旋涂一层薄的液态光刻胶作为过渡层，前烘结束后使用接触式曝光机对硅基片进行全曝光，最后完成后烘；② 将干膜光刻胶通过覆膜机压覆在过渡胶层上，经曝光、后烘、显影后得到微群柱；③ 在微群柱表面贴上高温胶带，真空辅助使PDMS胶体填充到微群柱模具中，待胶体固化脱模后，得到具有通孔阵列结构的PDMS模板。通过上述步骤制得厚度250 μm，通孔直径为100 μm的厚层PSMS膜板见图3。
1.2.2 试验加工
图4是采用高压静液厚层PDMS掩膜电解加工系统。
表1是具体的掩膜电解加工试验参数，使用三维轮廓仪对微凹坑的尺寸进行测量，使用扫描电子显微镜对微凹坑阵列进行检验。
1.2.3 试验计算
在PDMS掩膜电解加工时，被模板覆盖的部分区域也会发生腐蚀，当所加工出的微坑直径与模板通孔直径差值越大，表明加工定域性越差。如图5所示，采用腐蚀系数（EF）作为评价定域性的指标，表示为：
式中：h为微坑的加工深度；D为所加工出的微坑直径；D0为PDMS模板通孔直径。EF 值越高，表明加工定域性越好。
通过推导，电解加工的电流效率η可表示为：
式中：ω为金属体积电化学当量；I 为电流；t 为时间；d 为工件被加工区域直径；L为微坑之间的中心距。
2.2 加工电压对加工结果的影响
图11是不同电压下电解加工过程的微坑形貌，发现微坑底部随着加工电压的增高而逐渐平整，这与前文所述不同占空比下的情况类似，加工电压越高，所产生的产物越多，产物堆积越快。
加工时间对电解加工微坑的形貌有重要影响。固定直流电压为30 V、占空比为100%，研究加工时间为10~45 s时在镀铬层表面进行掩膜电解加工的效果，得到的微坑尺寸和极差见图14。可见，随着加工时间的增加，深度逐渐增加，而微坑的直径无明显变化，尺寸均匀性良好，这表明可调节不同的加工时间在镀铬层表面加工出不同深度的高加工精度微坑阵列。在不同加工时间下得到的电流效率见图15。
3 摩擦磨损性能测试
首先制备具有不同通孔直径（80、100、120 μm）的厚层PDMS模板，再利用高压静液厚层PDMS掩膜电解加工出不同尺寸的微坑阵列，固定占空比100%、直流加工电压30 V、加工时间30 s，通过控制不同的加工时间得出具有不同深度的微坑阵列。采用自制的球盘摩擦磨损试验机进行摩擦试验，得到图16所示在1 N载荷、250 r/min转速及干摩擦状态下，不同直径和深度的微坑对摩擦系数的影响。
4结论
作者简介
第一作者：刘金玲，女，1998年出生，硕士研究生。主要研究方向为精密、微细特种加工技术。
团队简介
关 于 期 刊
《电加工与模具》（CN 32-1589/TH、ISSN 1009-279X）创刊于1966年，是中文核心期刊和中国科技核心期刊，现由苏州电加工机床研究所、中国机械工程学会特种加工分会主办，主要报道电火花加工、电化学/电解加工、激光及高能束加工、增材制造（3D打印）、超声及复合加工等特种加工以及模具制造领域的设计研究成果、工艺应用技术、使用维修经验、产品开发信息和行业发展动态等。
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编 辑：吴 悦
