随着科学技术的不断发展,产品尺寸越趋于微型化,例如,航空航天飞行器中的传感器、核研究中的微量泵、智能手机中的陀螺仪、医疗器械中的微夹钳等。这些微型化的需求都预示着微纳加工技术将成为未来高科技领域研究的焦点,作为微细加工技术之一的电解加工技术也必然朝着微纳方向发展。本文开展了微纳尺度电解加工技术的研究,主要完成了以下几个方面的内容:(1)基于电解加工的基本原理,阐述了微纳电解加工的特点。对电极反应过程中的电化学反应过程和电极/溶液界面进行详细的分析,在此基础上深入探讨了超短脉宽电源对电解加工的影响,分析了微纳电解加工暂态加工的机理。(2)针对微纳电解加工的特点,研制出微纳电解加工试验系统。该系统主要包括:隔振子系统、微纳驱动子系统、电极子系统、电解液子系统、超短脉冲电源子系统、辅助可视化子系统、对刀子系统及控制子系统等。(3)提出了基于超短脉宽脉冲电流幅值剧增的对刀方法。采用超短脉宽脉冲电源及采样速率为5GS/s的对刀系统,对回路中超短脉宽脉冲电流的峰值电流是否剧增进行监测,可实现微纳电解加工亚微米工具阴极的精确对刀,解决了亚微米工具阴极在对刀过程中出现的弯曲变形和电火花放电等问题。(4)提出了采用银纳米线作为工具阴极的微纳电解加工方法,分析并解决了银纳米线在电解加工中溶解的问题。对溅射层厚度进行优化,试验结果表明溅射厚度为150nm较为适宜,可得到直径约为400nm的纳米线工具阴极。采用溅射后的纳米线工具阴极,在浓度为0.1mol/L的H2SO4电解液中,施加电压为4V、周期为50ns、脉宽为6ns的纳秒脉宽脉冲电流,成功加工出深约80nm,底部最窄处约为450nm,入口最宽处约1000nm的亚微米沟槽。(5)建立了液膜刻蚀法制备纳米工具阴极的数学模型。对影响制备工具阴极尺寸及形貌的主要因素:初始电极直径、下端电极长度、液膜厚度、电解液浓度及电压进行工艺优化,优化后的工艺参数为:100μm的钨棒初始半径,10mm的下端电极长度,4mm的液膜的厚度,3V加工电压和0.5mol/L浓度的KOH电解液。在此优化参数下,可在数分钟之内加工出尖端尺寸约为76nm的纳米工具阴极。在0.05mol/L的H2SO4电解液中,采用制备出的工具阴极,施加电压4V,脉冲宽度100ns及脉冲周期1μs的脉冲电流,在高温合金工件上加工出深约55nm,底部最窄处约为100nm,入口最宽处约1400nm的微纳沟槽结构。