[0005] 本发明针对目前尚无较成熟的金属表面微凸结构制造方法与装置的不足,提供一种适用于不同材料、不同微结构规格(形状、尺寸和深度)和不同曲面的金属表面微凸结构制造方法及装置。该方法是一种基于表面原子迁移激发、定向调控和位置重组的方法;是一种基于微结构模板的表面原子非接触式高频(1K-20KHz)高压间断吸放的原子迁移激发和迁移调控方法;是一种基于微结构模板温度辅助调控的表面原子迁移激发和迁移调控方法;是一种基于代加工表面材料原子与微结构模板材料原子吸引力匹配(易结合形成新相)的优化设计方法;是一种微结构模板与待加工金属表面间隙精密控制的制造装置;是一种微结构模板与待加工金属表面温度精确控制的制造装置;是一种集微凸结构设计、表面微凸结构形核和生长过程外部环境(电磁场和温度场)调控的金属表面微凸结构制造装置。
[0006] 本发明基于原子迁移定向调控的金属表面微结构制造方法,具体如下:
[0007] 步骤一、将表面开设有微凹结构的模板金属块通过螺栓连接于L型安装板上,使模板金属块上开设有微凹结构的表面朝下设置。其中,L型安装板与Z向滑台的滑块固定。
[0008] 步骤二、将待加工金属块水平放置于框型平台上,夹紧机构夹紧待加工金属块。
[0009] 步骤三、启动Y向滑台,带动夹紧机构和待加工金属块水平同步移动到模板金属块的正下方;启动Z向滑台,带动模板金属块向靠近待加工金属块的方向移动,通过位置传感器对模板金属块下表面和待加工金属块上表面之间的距离H进行检测,使两个表面间的距离H保持在0.1mm~0.5mm之间;利用导线将模板金属块连接至脉冲电源的正极,将待加工金属块连接至脉冲电源的负极;合上保温盖,罩住模板金属块和待加工金属块。
[0010] 步骤四、恒温加热块通电,对待加工金属块的下表面进行加热,当保温盖上的温度显示器显示的温度值在175℃~200℃之间时,启动脉冲电源对模板金属块和待加工金属块施加脉冲电流。由于待加工金属块温度比模板金属块高,待加工金属块表面原子运动更加剧烈,在电场的促进下待加工金属块表面原子向模板金属块方向生长。而且,在模板金属块微凹结构周围形成微凸起结构,模板金属块的微凸起结构距离待加工金属块表面的原子较近,因此待加工金属块表面的原子朝向模板金属块的微凸结构区域生长形核更为剧烈。
[0011] 步骤五、保持脉冲电源通电20~40min,然后断开脉冲电源以及恒温加热块的供电,打开保温盖,启动Z向滑台,使模板金属块远离待加工金属块,启动Y向滑台,使待加工金属块水平移动至微结构检测装置的检测区域处。对高速显微摄像机进行聚焦位置调整,然后利用微结构检测装置对待加工金属块表面形成的微凸结构进行检测。
[0012] 步骤六、将待加工金属块表面形成的微凸结构检测结果传给图像处理主机处理,如果待加工金属块表面形成的微凸结构高度均值检测结果与图像处理主机中预设的微凸结构高度之间的高度差大于0.05mm,则重复步骤三至步骤五,否则进入步骤七。
[0013] 步骤七、松开夹紧机构,取出加工了合格微凸结构的待加工金属块,完成待加工金属块的微凸结构加工。
[0014] 所述模板金属块上的微凹结构通过激光加工进行开设。
[0015] 所述模板金属块的材质与待加工金属块相同。
[0016] 本发明基于原子迁移定向调控的金属表面微结构制造装置,包括微凸结构加工机构、脉冲电源、微凸结构检测机构和图像处理主机。所述的微凸结构加工机构包括安装底架、Y向滑台、夹紧机构安装板、夹紧机构、框型平台、导电夹、保温盖、温度显示器、模板金属块、恒温加热块、L型安装板、Z向滑台和Z向滑台固定板。所述Y向滑台的底座和Z向滑台安装板固定在安装底架上;所述的夹紧机构安装板通过螺栓固定连接于Y向滑台的滑块上,夹紧机构的固定件固定在夹紧机构安装板上;夹紧机构上设有导电夹;所述的框型平台通过螺栓固定于夹紧机构安装板上;框型平台下表面上固定有恒温加热块;框型平台一侧铰接有保温盖,保温盖上设有温度显示器;Z向滑台的底座通过螺栓固定在Z向滑台固定板上,Z向滑台竖直设置,Y向滑台水平设置。Z向滑台的滑块上固定L型安装板,L型安装板上固定模板金属块和位置传感器;恒温加热块固定于框型平台下表面;脉冲电源的负极接导电夹,正极接模板金属块。
[0017] 所述的微凸结构检测机构包括高速显微摄像机、竖杆、横杆、第一调整块、转接块和第二调整块;所述的第一调整块与竖杆和横杆均构成滑动副,且与竖杆和横杆均通过紧固螺栓连接;转接块固定在横杆端部,并与第二调整块铰接,该铰接轴轴线水平设置。所述的高速显微摄像机固定在第二调整块上。
[0018] 所述的安装底架由铝型材与固定在铝型材顶部的铝板搭建而成。
[0019] 所述的夹紧机构包括两个夹紧气缸,夹紧气缸的缸体固定在夹紧机构安装板上,夹紧气缸的活塞杆上固定压块。
[0020] 所述脉冲电源的输入电压为220V,输出电流控制在0~100A范围,输出电压控制在0~12V范围,逆变频率为16~20KHz。
[0021] 本发明的有益效果:
[0022] 本发明通过脉冲电源对模板金属块和待加工金属块通电激发表面原子迁移,实现微结构的定向调控和位置重组;通过调节滑台对模板金属和待加工金属表面间距进行调控;通过高速摄像机与图像处理主机实现对微凸结构的检测;本发明是一种集微凸结构设计、表面微凸结构形核和生长过程外部环境(电磁场和温度场)调控的金属表面微凸结构制造装置,制造方法简便,使用环境安全,适用性较广。