表面织构是指物体表面具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等图案的阵列。具有微纳米尺度微观织构的表面在表面能、光学特性、仿生特性、机械特性、流体动力学特性及摩擦磨损性能等方面与光滑表面表现出截然不同的特点,这为众多学科研究注入了新的活力,并且在许多工程领域展示出巨大的应用潜力。本项目聚焦于平面、柱面外表面及内表面凹坑、凹槽及凸包织构的微细电解加工技术研究,取得的主要研究成果如下: (1)阐明了表面不同微结构形式对摩擦学性能的影响规律,针对硬质材料摩擦副的表面织构设计,通过采用变密度织构分布,优化表面织构参数,显著降低了摩擦副的粘着磨损。针对含有软质材料摩擦副的表面织构设计,提出软硬材料表面织构的设计准则。 (2)通过加工过程仿真,得到了表面微坑阵列的动态成形过程,阐明了“孤岛”现象的产生机制。发现PDMS厚层模板电解加工具有高的加工精度,而且具有对加工参数不敏感的优点,给出表面微坑的成形规律。 (3)提出采用正电位辅助阳极、厚层模板以及三明治式结构微细解加工表面织构方法,提高了微坑阵列电解加工的精度,消除了“孤岛”现象。具有合适正电位的辅助阳极可以有效改善工件表面模板微孔内的电场分布,从而提高微坑阵列电解加工的定域性。PDMS厚层模板电解加工有效降低了微坑电解加工的侧向腐蚀,提高了微坑电解加工的定域性。 (4)通过改进光刻工艺,并结合真空辅助模塑法,发明一种新的PDMS微孔模板的制作方法,成功制备出孔径为50 μm、厚度250 μm的PDMS厚层微通孔模板。采用液膜电解加工方法,制备出亚微米级微细工具。 (5)为广州三星通讯研发出具有大面积微结构的手机注塑模具,已应用于实际生产。为全球最大的空调压缩机制造企业广东美芝制冷设备有限公司设计并电解加工出摩擦副表面织构,有效减少了摩擦损耗,使得压缩机的制冷量提高了1%。为我国载人航天工程中其生命保障系统中要求齿轮泵密封端面设计并电解加工出微小凹坑阵列,使得齿轮泵使用寿命提高了一倍以上,解决了国家重大工程亟需。 发表论文51篇(含已接受待发表论文3篇),其中SCI已收录21篇。受本项目资助发表的论文被SCI他引次数为25次。共申请发明专利20件,其中9件已经授权。培养研究生22 名,其中18名已经毕业。 2100433B