专利摘要

本发明揭示了一种金属零件疏水表面的制备方法，包括：通过电火花成形机对金属零件进行正极性加工，其中，电火花油中具有按照设定比例均匀混入的有导电性质，且能够形成高硬度金属碳化物陶瓷的亚微米或纳米级金属粉末；当金属零件表面的微结构加工到设定深度时，将电火花机床的加工极性设置为负极性，并调整加工参数，对金属零件实施电火花负极性加工，直至微结构加工完成。本发明金属零件疏水表面的制备方法加工的金属零件表面强度高，能够使金属零件的疏水或超疏水表面更加耐用，不易磨损失效；能够对金属零件表面进行选区加工加工柔性高；能够通过加工区域拼接的方式加工大尺寸金属零件表面；工艺相对简单，设备要求低，适用性强。

权利要求

1.一种金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，包括：

通过电火花成形机对所述金属零件进行正极性加工，其中，电火花油中具有按照设定比例均匀混入的有导电性质，且能够形成高硬度金属碳化物陶瓷的亚微米或纳米级金属粉末；

当金属零件表面的微结构加工到设定深度时，将电火花机床的加工极性设置为负极性，并调整加工参数，对金属零件实施电火花负极性加工，直至微结构加工完成。

2.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述当金属零件表面的微结构接近完全成形时，将电火花机床设置为负极性，并调整加工参数，对金属零件实施电火花负极性加工，直至加工完成的步骤之后包括：

对加工完成的金属零件表面进行清理。

3.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述金属粉末包括W、Ti和Cr中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述金属粉末中的颗粒的直径为100-300nm。

5.根据权利要求4所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述金属粉末中的颗粒的直径为200nm。

6.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述金属粉末以20g/L的比例混入电火花油中。

7.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述金属粉末由超声波搅拌机均匀分散到电火花油中。

8.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述微结构为宽100μm、深100μm、间隔100μm的微沟槽；

所述设定深度为90μm。

9.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述微结构电极表面形状与所述金属零件表面对应区域内的微结构形状相适配。

10.根据权利要求1所述的金属零件疏水表面的制备方法，其特征在于，所述将微结构电极装夹在电火花成形机上，并与金属零件的待加工表面对正的步骤之前还包括：

将金属零件的表面轮廓分成一个或多个轮廓相同的轮廓区域，确认微结构电极的表面轮廓，所述微结构电极的表面轮廓与所述轮廓区域相同；

根据金属零件的实现疏水效应的表面微结构设计，确认微结构电极的表面微结构设计，所述微结构电极的表面微结构与所述轮廓区域的表面微结构相匹配；

将电极材料切割为与所述轮廓区域相匹配的微结构电极块；

在所述微结构电极块的加工面上制造表面微结构，获得微结构电极。

说明书

技术领域

本发明涉及到金属零件加工方法领域，特别是涉及到一种金属零件疏水表面的制备方法。

背景技术

润湿性是固体表面的重要性质之一,通常采用接触角来衡量,当大于90°时为疏水表面,大于150°时为超疏水表面。疏水及超疏水表面具有自清洁、减阻、耐腐蚀、抗结冰等特殊性能,与此同时，金属是工业生产最为常用的材料之一，绝大多数的机械装备及零部件都采用金属制造。因此，制造具有疏水和超疏水表面特性的金属零部件对于自清洁、防雾、抗结冰结霜、耐腐蚀、响应开关、油水分离、高负载力水上设备、液体无损转移、液体运输、血液相容材料等相关领域的应用具有极为重要现实意义和应用价值。

现有文献显示，材料的疏水性主要取决于两个方面的因素的共同作用，即材料本身的表面能和材料表面微结构。金属材料的表面能普遍较高，因此通常表现为亲水特性。目前，金属零件超疏水表面的制备方法主要包括阳极氧化法、电化学沉积法、化学腐蚀法、化学沉积法、模板法、一步浸泡法、复合涂层法、分子自组装法和电火花线切割法等等。

现有的金属材料超疏水表面的制备方法还存在很多不足之处，导致具有疏水或超疏水特性的金属零件制造受到很大的制约，难以进行工业化推广。其主要体现在以下几个方面：

1、表面强度低，容易磨损或剥落失效；

2、工艺较复杂，制造成本较高；

3、制造效率低，不适用于大批量制造或加工大尺寸金属零件；

4、工艺柔性差，其加工过程受到基材表面形状和结构的限制，或难以对特定区域进行选择性加工。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种表面强度高的金属零件疏水表面的制备方法。

本发明提出一种金属零件疏水表面的制备方法，包括：

通过电火花成形机对金属零件进行正极性加工，其中，电火花油中具有按照设定比例均匀混入的有导电性质，且能够形成高硬度金属碳化物陶瓷的亚微米或纳米级金属粉末；

当金属零件表面的微结构加工到设定深度时，将电火花机床的加工极性设置为负极性，并调整加工参数，对金属零件实施电火花负极性加工，直至微结构加工完成。

进一步地，当金属零件表面的微结构接近完全成形时，将电火花机床设置为负极性，并调整加工参数，对金属零件实施电火花负极性加工，直至加工完成的步骤之后包括：

对加工完成的金属零件表面进行清理。

进一步地，金属粉末包括W、Ti和Cr中一种或多种。

进一步地，金属粉末中的颗粒的直径为100-300nm。

进一步地，金属粉末中的颗粒的直径为200nm。

进一步地，金属粉末以20g/L的比例混入电火花油中。

进一步地，金属粉末由超声波搅拌机均匀分散到电火花油中。

进一步地，微结构为宽100μm、深100μm、间隔100μm的微沟槽；设定深度为90μm。

进一步地，微结构电极表面形状与金属零件表面对应区域内的微结构形状相适配。

进一步地，将微结构电极装夹在电火花成形机上，并与金属零件的待加工表面对正的步骤之前还包括：

将金属零件的表面轮廓分成一个或多个轮廓相同的轮廓区域，确认微结构电极的表面轮廓，微结构电极的表面轮廓与轮廓区域相同；

根据金属零件的实现疏水效应的表面微结构设计，确认微结构电极的表面微结构设计，微结构电极的表面微结构与轮廓区域的表面微结构相匹配；

将电极材料切割为与轮廓区域相匹配的微结构电极块；

在微结构电极块的加工面上制造表面微结构，获得微结构电极。

本发明金属零件疏水表面的制备方法加工的金属零件表面强度高，能够使金属零件的疏水或超疏水表面更加耐用，不易磨损失效；且能够加工具有曲面或内腔结构的金属零件加工适应性强；能够对金属零件表面进行选区加工加工柔性高；能够通过加工区域拼接的方式加工大尺寸金属零件表面；工艺相对简单，设备要求低，适用性强。

附图说明

图1是本发明金属零件疏水表面的制备方法一实施例的步骤示意图；

图2是本发明金属零件疏水表面的制备方法另一实施例的步骤示意图；

图3是本发明金属零件疏水表面的制备方法第三实施例的步骤示意图；

图4是微结构电极一实施例的结构示意图；

图5是对金属零件加工的流程示意图；

图6是一实施例中对金属零件表面加工后的结构示意图；

图7是金属零件疏水表面一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明金属零件疏水表面的制备方法一实施例，包括：

S10、通过电火花成形机对金属零件2进行正极性加工，其中，电火花油3中具有按照设定比例均匀混入的有导电性质，且能够形成高硬度金属碳化物陶瓷的亚微米或纳米级金属粉末。

S20、当金属零件2表面的微结构加工到设定深度时，将电火花机床的加工极性设置为负极性，并调整加工参数，对金属零件2实施电火花负极性加工，直至微结构加工完成。

在上述步骤S10中，电火花成形机对金属零件进行正极性加工时，电火花成形机的微结构电极1的加工端面包括与多个微结构相匹配的结构；微结构电极1可以是铜及铜合金、钢、钼、钨及钨合金等材质；金属粉末包括一种或多种材料，金属粉末均匀分布在电火花油3中可以使电火花加工时电场分布均匀；在电火花放电加工时，微结构电极1采用上下往复式加工；电火花成形过程中，金属零件2表层会在电火花放电作用下形成白色重铸层，该重铸层具有较高的硬度和耐磨性，并且其表面在电蚀过程中会形成微米或亚微米级的凹坑结构，能够形成二级微结构，进一步增强金属零件2表面疏水性。

请一并参照图7，在上述步骤S20中，在电火花放电加工时，将纳米粉末引入电火花加工工艺中，使其发生原位合成反应，生成细小的金属陶瓷颗粒，并附着在电火花重铸层表面，形成纳米级微凸起结构，使金属零件2表面疏水和耐磨特性进一步增强；将较粗糙的重铸层，转化为积极因素，金属零件2表面具有毫米级的微沟槽、微米级的微凹坑4和纳米级颗粒状微凸起5等三级微结构。

为降低电极损耗、强化金属零件2表面耐磨性及进一步增加重铸层二次微结构的规模和密度，本发明将亚微米或纳米级金属粉末引入到电火花加工液中，使金属粉末与电火花放电过程中产生的碳渣发生原位反应，生成更为细小的金属陶瓷颗粒，并附着在金属零件2表面，在二级微米微结构的基础上增加亚微米和纳米级的颗粒状微凸起5，进而使金属零件2表面形成从毫米级、微米级到纳米级的多级微结构疏水或超疏水表面。与此同时，细小坚硬的金属陶瓷颗粒附着在工件表面会极大地强化金属零件2的表面耐磨性，使金属零件2的疏水性能更加稳定和可靠。

请一并参照图4-6，在一些实施例中，微结构电极1与金属零件2表面的微结构形状不一致，需要多个微结构交叉重叠构成，因此在上述步骤S10-S20后加工后得到微结构后，需要旋转金属零件2到设定角度，重复步骤S10-S20后才能够得到设定区域内最终的微结构。

本发明金属零件2疏水表面的制备方法可以将金属零件2的表面分割成多个相同的加工区域，例如待加工面的轮廓80×80mm，将其划分为面积为20×20mm的16个加工区域，设计电极加工轮廓面积为20×20mm，形状为平面；对多个区域分别加工，多个加工区域可以组合成完整的疏水面，能够对金属零件2表面进行选区加工，加工柔性高，能够通过加工区域拼接的方式加工大尺寸金属零件2表面，且能够加工具有曲面或内腔结构的金属零件2，加工适应性强；而且工艺相对简单，设备要求低，适用性强。

请一并参照图2，步骤S20之后包括：

S30、对加工完成的金属零件2表面进行清理。

在上述步骤S30中，通过清洗的方式清理金属零件2，获得具有微结构的疏水或超疏水金属零件2，操作简单，清洗成本低廉。

在一些实施例中，金属粉末包括W、Ti和Cr中一种或多种。

在本实施例中，金属粉末包括Ti。

在一些实施例中，金属粉末中的颗粒的直径为100-300nm。

在本实施例中，金属粉末中的颗粒的直径为200nm。

在本实施例中，金属粉末以20g/L的比例混入电火花油3中。

在本实施例中，金属粉末由超声波搅拌机均匀分散到电火花油3中，金属粉末分布均匀。

在本实施例中，微结构为宽100μm、深100μm、间隔100μm的微沟槽；当金属零件2表面的微结构加工的设定深度为90μm。

微结构电极1表面形状与金属零件2表面对应区域内的微结构形状相适配。

请一并参照图3，步骤S10之前还包括：

S01、将金属零件2的表面轮廓分成一个或多个轮廓相同的轮廓区域，确认微结构电极1的表面轮廓，微结构电极1的表面轮廓与轮廓区域相同；

S02、根据金属零件2的实现疏水效应的表面微结构设计，确认微结构电极1的表面微结构设计，微结构电极1的表面微结构与轮廓区域的表面微结构相匹配；

S03、将电极材料切割为与轮廓区域相匹配的微结构电极块；

S04、在微结构电极块的加工面上制造表面微结构，获得微结构电极1。

在上述步骤S01中，轮廓区域可以是方形、长方形、菱形等等，金属零件2的表面由多个轮廓区域拼接构成。

在上述步骤S02中，表面微结构在一些实施例中，可以是网格状的凹槽来实现，因此微结构电极1加工表面的微结构为匹配凹槽的凸起，在电火花加工时对应加工出凹槽，凸起分布既可以是网格式，用于一次性加工；也可以是，多个平行排列的凸起，分多次加工出网格状的凹槽。

在上述步骤S03中，微结构电极块通过机加工或特种加工；机加工是指切削加工等机械加工方式；特种加工是指电火花加工、腐蚀加工等加工方式；微结构电极块的横截面的轮廓与本次加工中金属零件2上待加工部位的轮廓相同或相近。

在上述步骤S04中，通过电火花线切割、精密磨削或多层铜箔叠层制造在微结构电极块的加工面上制造表面微结构。

本发明金属零件2疏水表面的制备方法加工的金属零件2表面强度高，能够使金属零件2的疏水或超疏水表面更加耐用，不易磨损失效；且能够加工具有曲面或内腔结构的金属零件2，加工适应性强；能够对金属零件2表面进行选区加工，加工柔性高；能够通过加工区域拼接的方式加工大尺寸金属零件2表面；工艺相对简单，设备要求低，适用性强。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

金属零件疏水表面的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。