电化学微表面纹理化的可重复使用的掩模工具及其工艺参数对织构特性的影响

工程科学与技术，国际期刊21（2018）1095完整文章使用可重复使用的掩模图案化工具的电化学微表面纹理化S.库纳尔湾Bhattacharyya印度加尔各答贾达普大学生产工程系阿提奇莱因福奥文章历史记录：2018年5月11日收到2018年7月25日修订2018年8月1日接受在线发售2018年8月10日保留字：无掩模EMM微圆形图案重复使用掩模刀具加工精度深度表面粗糙度A B S T R A C T无掩模电化学微加工（EMM）方法是一种独特的、创新的概念，用于以低成本和短时间生成微表面纹理自主开发了一种无掩模EMM装置，该装置由EMM池、电极夹具、电极连接和限制垂直横流电解液引导方案组成，在该方法中，一个可重复使用的图形化阴极工具已被用于经济地制造许多高质量的微圆形图案。研究了加工电压、占空比、极间间隙、流量、脉冲频率和加工时间等主要工艺参数对织构特性的影响。过切量、深度和表面粗糙度（Ra）。通过无掩模电化学微加工产生8000个微圆形压痕的阵列根据显微照片和实验结果进行了分析，找出了最佳的参数组合。©2018 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍电化学微加工（EMM）方法是一种在导电材料上形成各种微细图形的非常有用的技术.微图案化表面充当润滑剂微储存器，并在润滑条件下增强配合表面的摩擦学特性。表面形貌的形状、尺寸和表面质量的受控制造产生相同的微图案，称为微表面纹理化。纹理化微图案应用于工程应用的不同领域以促进益处，即光吸收的改善、摩擦学特性的改善等[1]。各种方法被提供来产生微图案，例如反应离子蚀刻（RIE）[2]、化学加工（CM）[3]、放电加工（EDM）[4]、磨料喷射加工（AJM）[5]、激光束加工（LBM）[6]等。反应离子蚀刻工艺在多晶硅上制造高纵横比和精密织构表面。但其加工效率低，设备成本高。基于氟化氢（HF）的化学蚀刻是一种有毒的工艺，并且很难控制碳钢上的微图案EDM产生热影响层，*通讯作者。电子邮件地址：sandip.sandip. gmail.com，sandip.kunar@rediffmail。com（S.Kunar）。由Karabuk大学负责进行同行审查退火1045钢和6061铝基板上的工具磨损等。AJM在borofloat和PMMA基板上造成低加工效率和高LBM在42CrMo4基体的热影响区产生热变化和残余应力基于刀具的加工在表面织构的生成过程中存在刀具磨损、刀具发热、已加工表面和刀尖热损伤、加工精度低等缺点。蒸汽暴露工艺用于改善化学火花阳极氧化钛表面的表面结构的形态，使用含有5 ml蒸馏水的100 ml聚四氟乙烯衬里高压釜[7]。还使用60 ml 3.5 wt% NaCl溶液[8]进行水热暴露，以增强阳极氧化钛样品的表面形貌。所有这些问题导致增加的加工后清洁成本、降低的质量、更多的返工和较低的生产率。同样，由于形成低质量的加工工件，通过这些工艺进行的表面纹理化受到强烈限制。采用微细电解加工方法在纯镍和高温合金板上加工出各种复杂形状的零件。对镍和镍基高温合金进行了实验，以研究电解金属加工参数（即加工电压、电极直径、脉冲周期和脉冲时间）对侧间隙的影响[9]。参数的影响，即研究了微通道电解加工中加工电压、https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.08.0012215-0986/©2018 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch1096S. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）1095在铜板上的方法[10]。使用275μ m的工具电极通过电化学加工方法在AISI 440C试样上成功地制造了直径为300μ m、深度为5μ m的微凹坑阵列[11]。但是，这种方法的加工效率低采用电化学微细加工方法在不锈钢（SS-304），侧壁绝缘对加工精度、表面光洁度和加工微特征的加工速率的影响[12]。EMM用于研究工艺参数的影响，如微工具振动频率、振幅和电解液浓度，以在铜上产生高精度和可观的材料去除率的微孔[13]。改良的TMEMM工艺证明了良好的可加工性，可在不锈钢（SS-304）的非平面和平面表面上产生具有均匀几何轮廓的微凹窝[14]。在TMEMM过程中，辅助阳极也被用来减少咬边，它增强了铝合金表面织构的加工局部化蚀刻因子随着电压的增加而减小[15]。微压痕产生的硬铬涂层表面上使用通过掩模电化学微加工（TMEMM）。通过电镀工艺在硬铬表面上产生掩蔽[16]。但是，电镀工艺需要更多的时间来制作每个硬铬表面上的掩模通过TMEMM在硬铬涂层表面上制造方形和圆形微凹窝，TMEMM显示了纹理表面的摩擦学方面[17]。研究了利用类火花电化学微细加工方法改善微凹坑不同的表面纹理，即正方形，六边形等，是通过在不锈钢（SS-304）上进行类似电化学微加工制造的[18]。但是，该工艺对于单个工件的掩蔽是昂贵且耗时的工艺，并且由于副产物的积累而TMEMM工艺用于研究占空比对在不锈钢（SS-304）工件上使用非常薄的掩模产生的微凹坑的加工精度和表面特性的影响[19]。在穿掩模电化学微加工中，导电物质上的图案化掩模是阳极，即工件和没有图案的工具是阴极。在设置布置中，工件保持装置更关键，因为掩模可能在保持每个图案化工件期间被面具也是非常昂贵的物质。在加工之前，每个工件都需要掩模，这增加了该过程的成本和时间。由于每个工件都被遮挡，加工效率低。由于在工件的未暴露区域中存在绝缘，因此加工精度可能很高但在此过程中，未曝光区的凹进量增大一个样品的总加工时间在加工之后，需要在每个工件上去除掩模，因为在加工之前需要在每个工件上进行掩模这一过程涉及到机加工后的清洁成本和更多的返工在去除每个工件上的掩模期间，表面质量可能会恶化材料被局部去除，从而产生作为曲面的微腔底表面。采用无掩模电解金属加工工艺，使用三种不同的电解液在不锈钢（SS-304）上进行试验，以显示各种工艺参数对过切和加工深度的影响[20]。采用电化学方法在完全暴露的铜工件上生成微尺度的正方形图形在该方法中，微图案工具通过光刻工艺制造并用于生成较低深度的微图案[21]。但是，加工深度非常小即1.5升工艺参数的影响，即加工时间，频率、占空比、电解质浓度和电压通过在不锈钢（SS-304）上的无掩模EMM研究了微圆形图案化特征，即加工深度、加工精度和电流效率[22]。变容管形状的复杂微图案通过无掩模EMM在不锈钢（SS-304）上产生，并且研究工艺变量对材料去除率和加工深度的影响[23]。采用无掩模电化学工艺的概念将微粒子从阴极转移到阳极。它适用于酸化和非酸化介质中的铜溶解，获得的微图案深度在1.5l m范围内[24]。因此，先进领域一直在寻求一种替代工艺，该工艺将能够加工这些材料而不会使微图案化工件的质量发生任何明显的劣化但是，如何找到合适的先进微加工工艺仍然是一个具有挑战性的问题因此，无掩模电化学微加工是一种有前途的技术，因为它不依赖于残余应力，工具磨损和裂纹，材料硬度和韧性[25]。在这种方法中，工件是正的，图案化的工具是负的。刀具和工件的夹持过程简单，特别是刀具是固定的，可以在大面积上制造大量的图案化工件该工具是绝缘的光致抗蚀剂，其中包含微图案。一个图案化的阴极工具可以在短时间内以并行处理的方式在大面积上产生多个纹理化工件，而无需连续掩蔽单个工具。用一种图形刀具加工多个工件具有加工效率高、成本低的优点由于工件上没有绝缘，纹理化表面的精度可能由于微图案上的杂散电流效应而而较小的极间间隙、良好的冲洗条件以及其它合适的参数组合可以提高微环图形的精度。在加工之后，没有必要从每个工件移除掩模，因为在该过程期间工件加工工件的表面质量不会在此过程中没有加工后的清洗费用和加工工件的返工。由于电流分布均匀，材料去除更加均匀，使微腔的底面成为平坦表面。因此，提出了一种新的方法，即无掩模电化学微加工不锈钢表面上本文还介绍了EMM电池的发展和设置与约束垂直横流电解质系统的微圆形图案的产生使用可重复使用的图形化阴极工具的无掩模EMM。一个掩模图案化工具可以重复用于生成许多工作样本。在该工艺中，不需要从每个加工工件上去除掩模，这涉及到通过掩模EMM工艺。主要影响工艺参数的影响，研究了加工电压、占空比、极间根据显微图像、3D图像和实验结果，对形状精度和表面质量进行了分析，找出了最佳参数组合。2. 实验程序2.1. 实验装置无掩模电解金属加工单元和系统已被开发用于在不锈钢工件上制造微圆形图案，如图1所示。这种无掩模EMM设置是精心策划，设计和开发的实验研究。无掩模电解金属加工单元由图形化刀具和工件夹持器S. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）10951097P-PtFig. 1. 无掩模EMM设置。设备、电源连接和受限的垂直交叉流电解质流系统。它还具有坚固的结构，以避免在实验过程中的振动较高的电解液流速。有机玻璃材料用于制造无掩模EMM电池，不锈钢用于制造电池的入口和出口端口，以避免来自环境的腐蚀，如图2所示。在该无掩模EMM单元中，由于无掩模EMM单元由透明材料Perspex制成，因此在加工时间期间显示了加工条件。在工具夹持装置中，极间间隙可以通过精密的千分尺装置来改变。工件夹具用于在每次加工实验之前固定无掩模工件。无掩模电解金属加工槽的一个重要特征是在工具和工件夹持装置之间的狭窄的垂直交叉流动电解质系统。在这种流动模式中，电解液的流动速度平行于工具和工件，并且从下向上的方向垂直流动。这种流动创造了背压在细胞，这增加了新鲜在该电源中，在加工时间期间容易观察加工条件。对于阴极工具上的涂层，使用SU-8 2150负性光致抗蚀剂，因为它具有高的结构强度，与基板粘附的能力，用于大批量制造的快速感光速度等。该掩模还能够耐受微圆形图案生成期间的高流速的电解质。对于工具制备，UV曝光系统用于使用SU-8 2150（MicroChem，USA）负性光致抗蚀剂在SS-304片上制造直径为170μm的孔阵列。两个导电孔之间的间隙为1000l m。图3示出了具有SU-8 2150负性光致抗蚀剂的微圆形图案化工具2.2. 实验规划不锈钢（SS-304）由于其高强度、熔点、耐腐蚀性、优异的韧性等而被选作工件，并用于许多特定应用，如微型热交换器、微型热装置和生物医学等。SS 304的化学成分为Fe，0.08% C，17.5<2%Mn，1%Si，0.045%P和0.03%S。在实验的基础上，确定了制作高质量微圆形图形的电解金属加工参数设置。每个实验重复五次，并对每个加工标准取平均结果加工电压、占空比、极间间隙、流量、脉冲频率和加工时间的范围为103-6 min。选择氯化钠（0.34 M/L）和硝酸钠（0.23 M/L）的混合电解液进行加工，因为氯化钠具有更高的材料去除率，而硝酸钠具有更高的加工精度。在加工过程中，采用NaCl和NaNO3的稀混合电解液.NaCl和NaNO3是中性盐，对人体无害.这些对人体健康也没有危险。电解质中产生的污泥对皮肤接触无害。用平均径向过切量、平均加工深度和平均表面粗糙度来衡量微环形图案表面的织构特征。平均径向过切是加工的圆形压痕的平均直径与掩蔽工具上的圆形压痕的平均直径之间的差的一半。平均径向超切（Om）可表示为：电解液在整个加工表面，并消除气泡和淤渣从微加工区在加工时间。表面质量也非常好，在垂直交叉Om¼nDnD我我n n2ð1Þ与其他流动模式相比，流动电解质系统方波脉冲直流电源在恒压模式下提供脉冲该电源具有紧凑的尺寸，超快速响应，内置函数发生器，记忆设置，丁，过电压和过电流保护功能。的其中，i = 1，2，3，.. . n; n是生成的循环的总数D是加工圆图二、 装配无掩模 电解金属加工单元的 零 件 ，工件和工具保持装置.图三. 带有SU-8 2150掩模的微型圆形图案化工具。1098S. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）1095HM我n拉姆我nDt是掩模工具上圆形压痕的直径。平均加工深度是所有生成的圆形压痕的总加工深度除以工件上的圆形压痕的总数平均加工深度（Hm）可以写为，PNH许多样品。图4（b）示出了在使用二十五个样品之后的图案化掩模。用无掩模电解金属加工方法制作了许多样品，掩模工具没有变形。结果表明，SU-82150掩模具有更高的加工精度和效率，可用于微细圆形图形的加工。加工后，掩模去除，表面质量恶化，加工后清洗成本和更多的返工在该过程中不涉及加工工件。图5示出了机械加工其中，i = 1，2，3，.. . n; n是工件上产生的圆形压痕的总数，h是加工深度。平均表面粗糙度是所有产生的圆形压痕的表面粗糙度的总和除以工件上的圆形压痕的总数平均表面粗糙度（Ram）可以表示为，PnRa在特定的参数加工条件下，即电极间隙为250μ m，占空比为30%，电压为10 V，频率为5 kHz，流速为5.25m3/hr，加工时间为3 min时，会产生微圆形图案。加工深度也不均匀，由于较低的加工局部化而形成微圆形图案。由于蚀刻其中，i = 1，2，3，.. . n; n是工件上生成的圆形压痕的总数，Ra是表面粗糙度。为了了解微圆图案的质量，计算了微圆图案的平均径向过切、平均深度和平均表面粗糙度的标准偏差，并以不同的图形显示。用光学显微镜（Leica DM2500，德国）、三维非接触轮廓仪（CCI Sunstar，Taylor Hobson Ltd，英国）和原子力显微镜（Nanosurf Easyscan2，瑞士）检查微圆形图案的加工响应。3. 结果和讨论采用SU-8 2150负性光刻胶和已开发的无掩模电解金属加工装置，研究了电压、占空比、极间间隙、流量、脉冲频率和加工时间等无掩模电解金属加工的主要工艺参数对微圆形图形的平均过切量、平均加工深度和平均表面粗糙度（Ra）等加工指标的影响。采用径向过切量、加工深度和表面粗糙度的标准差分析了微圆图形的质量。3.1. 利用无掩模EMM装置产生所有实验均采用SU-82150负性光刻胶，采用无掩模EMM法进行图4（a）示出了在用于生成微圆形图案的工具上使用SU-8 2150掩模的微圆形图案这种掩模在加工过程中不会损坏，可以进一步使用用于不受控制的电流密度分布。微圆图形的平均径向过切量、平均加工深度和平均表面粗糙度分别为51.259lm、7.1 lm和0.0684 lm。图6示出了3D图像和12.2μ m深度的圆形压痕的细节。图7示出了微圆形压痕的底表面处的加工部分的表面粗糙度轮廓，其值为0.0859μm。原子力显微镜（AFM）用于捕获加工圆形印模的小3D片段和2D轮廓，如图8所示。最大剖面谷深（RV）值为-0.732l m，表示剖面中线表面粗糙度（Ra）为0.289l m图五. 微圆形图案不正确。见图4。 （a）未使用的光刻胶和（b）使用25次后的光刻胶。ð2Þð3ÞS. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）10951099见图6。 圆形印模的3D视图和深度细节。见图7。 圆形印模的表面粗糙度（Ra其表示测量长度内粗糙度轮廓距中心线的所有绝对距离的算术平均值。均方根值（Rq）为0.365lm，它代表表面高度的标准偏差。 最大轮廓峰高（Rp）为0.856lm，它显示了平均线以上的最高峰的高度，侧写在特定的参数加工条件下，即在特定的加工条件下，电极间隙150μ m，占空比30%，电压10 V，频率5 kHz，流量5.25 m3/hr，加工时间3 min。9.第九条。由于良好的冲洗条件和较低的电极间间隙，几乎所有印模都保持了正确和均匀的图案化工具中存在的低变形可能不会影响所制造的纹理化表面的微圆形图案实验证明，在微圆图形的生成过程中，SU-82150负性光刻胶的微小变形可以忽略不计较高流速见图9。 具有均匀几何形状的微圆形图案。容易去除副产物，形成良好的几何形状的微圆形图案。微圆图形的平均径向过切量、平均加工深度和平均表面粗糙度分别为29.142lm、8.1 lm和0.0479 lm。图10示出了3D图像和29.1lm深度的圆形压痕的细节。图11表示微圆形压痕底面加工部分的表面粗糙度轮廓，其值为0.0684μ m。一小段机械加工的圆形印模用原子力显微镜（AFM）分析，如图所示。 12个。 图 12示出图8.第八条。加 工 圆 形 印 模 的 小 段 的 3D视图和2D轮廓。1100S. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）1095见图10。 圆形印模的3D视图和深度细节。见图11。 圆形印模的表面粗糙度（Ra一个圆形图案内的一小段机加工圆形印模的三维视图和二维轮廓。均方根值（Rq）为0.201lm，它代表表面高度的标准偏差最大轮廓峰高（Rp）值为0.394l m，它显示了轮廓中平均线以上的最高峰的高度剖面最大谷深（RV）值为-0.532lm，表示剖面中线以下最深谷的深度表面粗糙度（Ra）为0.167l m，表示测量长度内粗糙度轮廓距中心线的所有绝对距离的算术平均值。3.2. 工艺参数对微表面织构研究了在特定参数下加工电压对过切量、深度和表面粗糙度即占空比为30%，电极间间隙为150μ m，流速为5.25m3/h，脉冲频率5 kHz，加工时间3 min。 13岁对于测量加工精度，图十三. 电压对过切、深度和表面粗糙度（Ra）的影响。考虑了径向过切现象。加工精度随着电压的增加而降低。较高的电压会增加杂散电流效应。结果，在较高电压下，微小圆形图案的加工精度变差在10 V电压下，超切量最小，为29.142lm。随着电压的增加，气泡、油泥和热量的积累增加，从而降低了加工精度。在10 ~16 V电压范围内，微环图案的深度随电压的增加而增加，电流密度随电压的增加而增加较高的电流密度导致较高的电化学溶解。同样，表面粗糙度在10 V下从0.0479l m增加到0.248l图12个。加 工 圆 形 印 模 的 小 段 的 3D视图和2D轮廓。S. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）10951101至16 V，因为在不均匀的电流密度分布下发生更高的溶解效率。在10 V~ 12 V范围内，表面粗糙度的增加速率低于12 V ~ 16 V范围内的增加速率。12 V至16 V，由于不受控制的加工。在10 V的电压下产生的径向过切、深度和表面光洁度的标准偏差比其他三种电压下的标准偏差小，这意味着在较低的电压下可以实现SU- 8 2150柔性掩模的更均匀的微圆形图案。低于10V，微圆形图案没有被适当地加工成具有良好的几何形状。高于16 V时，产生的图案具有较高的过切和不正确的形状。实验表明，在外加电压为10 V、极间间隙为150lm、流量为5.25m3/h、脉冲频率为5 kHz、加工时间为3 min的条件下，占空比对过切量、加工深度和表面粗糙度的影响如图14所示。随着占空比的增加，平均径向超采量从29.142lm增加到63.25lm由于在较低的占空比下较低的脉冲接通时间，加工时间更短受控的阳极溶解发生在较低的脉冲开启时间，并且反应产物在较高的脉冲关闭时间下容易地从微加工区域去除以获得较低的占空比。加工局部化改善了在较低占空比下的加工精度。在较高的占空比下，脉冲接通时间高于脉冲关断时间。由于较高的脉冲开启时间导致较高的过切，因此从图中还可以观察到，在占空比为30%至60%时，平均深度从8.1lm增加至21.8lm。由于加工时间较短，局部化效应较小，在30%至50%范围内观察到较低的深度。由于溶解效率从50%提高到60%，圆形图案的深度增加。由于不受控制的加工，随着占空比从30%增加到60%，粗糙度从0.0479lm增加到0.248lm。由于控制蚀刻，表面粗糙度的增加率从40到60%的占空比，表面粗糙度几乎线性增加，由于不受控制的阳极溶解的非均匀电流分布。在30%占空比时观察到标准偏差的最低值采用SU-82150柔性掩模，在占空比为30%时，微圆形图形的形状和尺寸保持较好的均匀性占空比低于30%时，产生的微圆形图案不均匀，大部分圆形压痕没有形成。当占空比超过60%时，加工精度和微圆形图形的几何形状变差。电极间隙对超切量、深度和表面通过在150- 300 μ m的范围内改变电极间间隙来研究粗糙度如图15所示，在150lm至300lm的范围内，过切从29.142lm增加到57.741lm。在较低的电极间间隙中，产生的微圆形图案在形状和尺寸上几乎是规则的，这是因为杂散电流效应的分布较小并且在整个图案中也是受控的。由于电解产物和湍流的积累，微火花产生低于150lm的间隙在电解质中由于气泡的产生而发生流动。在更高的电极间间隙中，观察到更高的过切，因为曲线裂缝密度分布和杂散电流效应是不均匀的，并且从图案的边缘去除更多的材料导致更高的过切。深度也从8.1l m减小到6.2 l m随着电极间间隙的增加，在较低的电极间间隙中，由于较高的加工局部化，深度较高，从而获得较低的欧姆电阻和均匀的电流密度分布。在较高的电极间间隙中，深度较小，因为机器欧姆电阻越大，电流密度分布越不均匀，电流局部化效应越小。还观察到粗糙度从0.0479l m增加到0.0695l m。在较低的极间间隙中，均匀蚀刻发生，并且杂散电流效应也在微圆形图案上得到控制，从而降低了表面粗糙度。由于不受控制的蚀刻，粗糙度值在较高的电极间间隙中增加。在150μ m的极间间隙下，径向过切量、深度和表面粗糙度的标准偏差都当电极间距小于150μ m时，不能形成具有良好几何形状和尺寸的微圆形图形。在300μ m的电极间间隙以上，产生具有更不规则形状的微圆形图案。在加工过程中，当电解液流量为2.25 ~ 5.25m3/h，外加电压为10V，占空比为30%，极间间隙为150lm，脉冲频率为5 kHz，加工时间为3 min时，可以得到微圆形图形。图16描绘了过切、深度和表面粗糙度相对于流速的变化。径向超切从56.285l m至29.142l m，流速增加下在较高的流速下观察到杂散电流效应，因为副产物被快速地从微加工区冲走随着流速的增加，深度从25.1l m减小到8.1l m在较低的流速下，离子的可利用性较低，电流密度也较小，因此在较低的流速下发生受控阳极溶解。在较高的流速下，由于较高的电流密度，局部化效应降低随着流速的增加，粗糙度从0.526lm减小到0.0479lm最初图14. 占空比对过切、深度及表面粗糙度的影响。图15. 极间间隙对过切量、深度及表面粗糙度之影响。1102S. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）1095图16. 流量对过切、深度和表面粗糙度的影响。因为蚀刻操作不受控制且不均匀，所以在较低流速下表面粗糙度较高。更高的流速改善了表面光洁度，因为更高的流速在整个加工过程中执行受控的金属溶解在5.2 5m3/hr的流量下，径向过切量、深度和表面粗糙度的标准偏差均小于其他3种流量，表明在较高的流量下，SU 82 15 0掩模可以制作出下面2.25m3/h时，不能正确地形成微圆形图案。当流量大于5.25m3/h时，产生了几何形状不合适的微圆图案.图17显示了在特定的加工参数条件下，脉冲频率对过切、深度和表面粗糙度的影响，即加工电压为10 V，占空比为30%，极间间隙为150lm，流量为5.25m3/hr和加工时间用SU-82150负性光刻胶制作微圆形图形时，时间为3 min。还可以观察到，在2-5 kHz的频率范围内，过切从59.284lm逐渐减小到29.142 lm平均径向超割量的递减率几乎保持线性.这是由于在较低频率范围内比在较高频率范围内可用的活动加工时间更多。因此，杂散电流效应增加了较低频率范围的过切。然而，加工精度在较高频率下增加，因为更线性的溶解速率在受控性质下发生，导致最小过切。5kHz和2kHz的实验分别示出了深度的最低值，即8.1lm和深度的最高值，即25.8lm。从曲线图中可以观察到，深度从2kHz减小到5kHz。重复的可用性相对于总脉冲周期的脉冲接通时间，即，较低频率下的加工时间更多，因此较低频率下的加工深度更高，即，2千赫兹。与低频相比，高频下脉冲周期较短，加工深度减小在2-5 kHz频率范围内，粗糙度从0.268lm减小到0.0479lm在此，与较高频率范围相比，在较低频率范围下，更多的加工时间导致阳极在不受控制的加工下的之后，在较高频率范围内粗糙度较小结果表明，在5 kHz脉冲频率下，超切量、深度和表面粗糙度的标准偏差均小于其它三种在2kHz以下，微圆形图案在形状和尺寸上是不规则的。高于5kHz，产生的微圆形图案具有较低的加工精度和较高的表面粗糙度。为研究加工时间对径向过切量、深度和表面粗糙度的影响，在加工电压为10 V、占空比为30%、频率为5 kHz、流量为5.25 m3/h、电极间距为10 mm的条件下，改变加工时间3-6 min进行了实验研究如图18所示，在微圆形图案的制造过程中，间隙为150μm。随着加工时间的增加，过切量从29.142l m增加到57.852l具有较高杂散电流效应的加工时间从微圆形图案的外围去除更多材料，导致较低的加工精度。深度从8.1l m增加到18.1lm在3-6 min的加工时间范围内进行受控加工加工时间越长，电化学溶解的局部化效果在3-6分钟的加工时间时，深度也增加，因为污泥从微加工区被适当地冲洗掉。计划的加工时间，即3min可获得8.1lm的实验深度，几何形状和精度良好表面粗糙度（Ra）从3分钟增加到6分钟，由于不均匀蚀刻的局部化效应较小。较短的加工时间有利于获得更好的表面光洁度。实验表面粗糙度值为0.0429加工时间为3 min时，径向过切量、深度和表面粗糙度的标准偏差均小于其他3个加工时间，表明SU-82150掩模加工出了更均匀的微圆形图形。在3min以下，不能适当地形成具有良好几何形状和尺寸的微超过6min，微圆图案的几何形状不合适.图17. 频率对过切、深度和表面粗糙度的影响。图18. 加工时间对过切、深度及表面粗糙度的影响。S. 库纳尔湾Bhattacharyya/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）109511034. 结论无掩模电解金属加工可以产生精确的微表面纹理图案。直接利用绝缘微图形工具的优良性能，实现了微圆形图形的优越性。根据实验结果，主要结论可概括如下：(i) 采用独特的无掩模电解金属加工方法，在较短的时间内，经济地生成了微小圆形图案。织构化特征是用所开发的无掩模电解金属间化合物电解池和受限的垂直错流电解质系统制造的。(ii) 具有图案化掩模的阴极工具可用于纹理化几个样品。从目前的实验分析可以得出结论，一个可重复使用的阴极工具，使用SU-82150掩模产生高质量的纹理图案超过25个样品。(iii) 为提高加工精度、控制加工深度、提高表面光洁度和降低标准偏差，建议采用较小的电极间隙、较小的占空比、较大的流量、较小的电压、较大的脉冲频率和较短的此外，所实现的深度在6至29μ m的范围内，这与无掩模电化学纹理化领域中的先前研究工作相比高得多(iv) 通过对微圆形图形各种显微图像的分析，得出了如下的结论：施 加 电 压 10 V ， 占 空 比 30% ， 极 间 间 隙 150lm ， 流 量5.25m3/h，脉冲频率1000 Hz，脉冲宽度10000 Hz，脉冲宽度100000 Hz ， 脉 冲 宽 度 1000000 Hz ， 脉 冲 宽 度 10000000Hz，脉冲宽度100000000 Hz，脉冲宽度1000000000 Hz，脉冲宽度10000000000 Hz，脉冲宽度100000结果表明，在加工频率为5kHz、加工时间为3min的条件下，加工出的微细圆形图形平均径向过切量为29.142μ m，平均加工深度为8.1μm，平均表面粗糙度为0.0479μ m。研究结果为选择影响微织构表面形成的电解金属加工工艺参数提供了依据然而，微加工区中电解液的良好冲洗条件与其他合适的加工条件提高了微纹理化图案的质量无掩模电解金属加工将有助于在不同的高级应用中制作各种图案和尺寸的微纹理，例如，生物医学、国防等引用[1] A.A.G. 布 鲁 佐 内 Costa ， P.M.Lonardo ， D.A.Lucca ， Advancesinengineeredsurfaces for functional performance ， CIRP Ann.57 （ 2008 ） 750-769。[2] Y.猪又湾福井湾白泽，大面积多晶硅太阳能电池表面微结构的离子刻蚀方法，太阳能材料。太阳能电池48（1997）237-242.[3] J. 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Bhattacharyya，用于纳米纤维的电化学微加工，William Andrew AppliedScience Publishers，Massachusetts，USA，MEMS和纳米技术，2015，pp.224- 236S. Kunar是加尔各答Jadavpur大学生产工程系的研究学者。他于2010年毕业于印度西孟加拉邦西孟加拉邦理工大学机械工程专业。他得到了M。Tech. 2014年在加尔各答的Jadavpur大学获得生产工程学位他正在Jadavpur大学攻读非传统微加工工艺的博士学位。他的研究兴趣包括非常规加工工艺和先进制造技术。他是英国机械工程师学会和印度ISTE等多个专业机构的成员。B. Bhattacharyya是加尔各答Jadavpur大学生产工程系的教授和前负责人以及QIP协调员。他的研究领域包括非传统加工工艺、先进制造系统和生产管理。他在国家和国际期刊上发表了129多篇研究论文，在国家和国际会议上发表了300多篇研究论文他出版了几本国际知名出版商的书。在他的指导下完成了多篇博士论文他是新德里大学教育资助委员会职业奖的获得者。他是印度新德里大学资助委员会高级研究中心他成功完成了DST、AICTE、AR DB、BARC和UGC等资助的多项研究项目。