高频脉冲激光热力冲击电化学刻蚀试验研究

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随着科学技术的发展,微小型产品已广泛应用于人们生活的各个角落。发展能够加工微尺度产品的微细加工技术亦成为各工业国家研究的热点。激光热力冲击电化学刻蚀技术就是在工件阳极、溶液和工具组成的电化学反应回路中引入激光束,并在激光和电化学的共同作用下实现材料去除的一种加工方法。激光电化学复合加工能够有效地避免激光加工存在的热影响区的缺陷,同时又可以显著的提高电化学反应的定域蚀除能力。因此,该复合刻蚀技术在微细制造领域将有着广泛的应用前景。  本文以提高复合加工产品的成形精度与表面质量为目的,对激光热力冲击电化学复合刻蚀技术进行了理论与试验研究。其主要研究内容如下:  1.研究了激光与电化学复合加工的刻蚀机理。在比较复合加工与激光加工形貌的基础上,分析了复合加工过程中材料的去除机理。研究了激光促进电化学反应的机理,包括:激光热效应的分析,热效应促进电化学反应的机理,激光力效应的产生过程,激光的力效应促进电化学反应的机理以及激光参数对电化学反应速率的影响。讨论了刻蚀过程中产生的气泡对复合加工定域性的影响。  2.构建了复合加工的试验系统,采用高频脉冲激光器作为能量源提高了复合加工的效率;并应用透光导电ITO导电玻璃作为工具阴极,促进了激光电化学体系的有效复合。采用水听器检测了高频脉冲激光作用下产生的冲击波信号,分析了激光能量与冲击波的声压值、空泡的最大半径及生存周期的关系。  3.为了提高激光电化学复合加工的定域性,研究了激光功率和加工电流对复合刻蚀定域性的影响,采用优化的工艺参数,有效抑制了激光热影响区和电化学杂散腐蚀。并研究了不同的加工方式和材料对复合加工定域性的影响,分析了激光冲击产生的变形问题,提出了解决的办法,实现了加工精度较高的三维槽腔的加工。  4.针对脉冲激光电化学复合加工的特点,在对复合加工定域性研究的基础上,分别研究了激光能量、进给速度、激光频率和电源频率对槽深、槽宽和深宽比的影响,并对工艺参数进行了优化。针对复合刻蚀过程中影响因素多的特点,分别对电解槽的振动、电解液的流速及浓度对加工效果的影响进行了分析。  根据以上工艺试验研究,通过优化工艺参数和加工条件刻蚀出了表面质量和成形精度均较好的复杂微细结构,表明激光热力冲击电化学刻蚀工艺在微细零件的加工方面拥有较大优势。
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