本發明涉及一種電解陰極及其制備方法，更具體地說，涉及一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極及其制備方法。
背景技術：
機械零件的表面磨損是機械零件失效的主要形式之一，不僅浪費大量能源與資源，而且導致零部件頻繁更換與維修，加快了設備的報廢，間接和直接地造成了大量的經濟損失，極大地影響了國民經濟的發展。摩擦磨損造成的損失是巨大的，因此，減少無用的摩擦損耗，控制和減小磨損，改善潤滑性能可減少設備維修次數和費用，可以節約能源和提高資源的利用率。減小磨損，降低摩擦也是工程界長期致力于需要解決的重大技術挑戰之一。
改善機械系統的摩擦性能對提高機器的承載能力和使用壽命有著重要作用。工程實踐表明，通過改變潤滑油的化學成分以及降低潤滑油粘度可以減少潤滑油中硫、磷含量，降低環境污染；另一種合理的方法是對摩擦副工作表明進行精加工，如表明拋光、研磨等，從而達到減小摩擦副之間的摩擦損耗的目的，但受材料性質和加工精度的影響，粗糙度的提高已經達到了極限水平。表面工程技術的進步為更好地控制材料的摩擦學行為提供了多種有效的解決方法，其中表面織構技術作為精確表面工程提高摩擦副承載能力以及抗磨減摩性能方面有著明顯的改善效果。大量的理論研究和工程實踐發現，合理的表面織構能夠產生流體動壓，儲存潤滑油，為表面提供潤滑、容納磨屑以及減少表面吸附力等效果。并且，隨著近年來研究的不斷深入，研究人員已經形成共識：摩擦副表面的微小凹坑陣列具有極佳的抗磨減摩性能。
為此，本領域技術人員提出了許多微小凹坑陣列的加工方法，如機械加工、激光加工、電火花加工、電化學射流加工、照相電解加工等。但上述方法在加工難切削材料薄板群孔結構時，都存在一些自身難以克服的不足。活動模板電解加工技術是基于電化學的基本原理，即陽極電化學溶解理論而衍生出來的一種電解加工方法，采用活動模板電解加工技術進行加工是在工件的表面緊貼一層掩模板，掩模板上鉆有合適孔徑的孔，掩模板與工件貼緊后，工件上形成具有一定孔徑的裸露表面，然后進行電解加工，利用陰極模板使電流集中在待加工區域進行小孔加工，非加工區域由于陰極模板的遮蔽，無電解液滲入而不發生電化學反應，未受掩模保護的部分參與反應被蝕除得到所需的小孔。
為了提高工件微小凹坑陣列的加工效率，中國專利號ZL201310640987.9，授權公告日為2016年11月23日，發明創造名稱為：蛇形流道活動模板群孔電解加工裝置及加工方法，該申請案涉及一種蛇形流道活動模板群孔電解加工裝置及加工方法，采用兩模板分別緊貼于工件的兩側，兩陰極置于工件的兩側，從而實現了工件雙面加工，提高了加工效率。但這種加工實質上依然是兩個單面加工的簡單復合，需要兩組電解陰極，僅適用于薄板小孔類零件加工，并且存在電解加工產物排出速度相對較慢等不足，需要對流道結構進行優化設計來保證加工質量。
技術實現要素：
1.發明要解決的技術問題
本發明的目的在于克服現有雙面表面織構電解加工存在的上述不足，提供一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極及其制備方法，采用本發明的技術方案，利用在“日”字形結構的金屬板上層板和下層板上開設孔，并對上層板和下層板進行絕緣，利用導電的中間板對上層板和下層板上貼緊設置的工件進行電解加工微坑陣列，一次性織構兩個工件，織構效率高；并且工具陰極的制備方法簡單方便，加工成本低，加工出的工具陰極精度高，表面織構精度高。
2.技術方案
為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：
本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極，包括金屬板和絕緣層，所述的金屬板的厚度方向上開設有上下兩個腔體，使金屬板形成具有相平行的上層板、中間板和下層板的“日”字形結構，所述的上層板和下層板上分別開設有用于電解加工微坑陣列的孔，所述的絕緣層分別設于上層板和下層板的內外側表面上。
更進一步地，所述的金屬板為鎂合金或鋁合金金屬薄板。
更進一步地，所述的孔為按一定間距陣列排列、尺寸一致的圓孔。
更進一步地，上下兩個所述的腔體的厚度相等。
本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極的制備方法，包括以下步驟：
(a)、利用慢走絲切割機床在金屬板上切割出上下等間距的腔體，使金屬板形成具有相平行的上層板、中間板和下層板的“日”字形結構；
(b)、在數控機床上采用電火花技術對上層板和下層板加工出用于電解微坑陣列的孔；
(c)、對中間板的上下表面進行保護，并采用微弧氧化工藝對上層板和下層板的內外側表面進行絕緣。
更進一步地，所述的金屬板的長度不超過500mm，寬度不超過500mm，厚度不超過3mm，且金屬板的上下兩面平行度誤差不超過0.01mm。
更進一步地，在步驟(a)中加工上下腔體時，切割電流不超過1A，上層板和下層板的厚度不超過0.5mm，腔體的厚度也不超過0.5mm，且中間板的上下表面平行度誤差不超過0.01mm。
更進一步地，在步驟(b)中加工孔時，利用陣列式電火花電極加工陣列孔，單個電火花電極的直徑不超過200μm，相鄰兩個電火花電極的間距不超過500μm。
更進一步地，在步驟(c)中，微弧氧化電壓不超過500V，微弧氧化時間不超過50s。
更進一步地，在步驟(a)之前，還包括前清洗步驟，具體為，將加工后的金屬板1放入超聲波清洗設備中并加入水基性溶劑清洗至少30min，取出吹干；在步驟(a)之后，還包括中間清洗步驟，具體為，將加工后的金屬板放入超聲波清洗設備中并加入水基性溶劑清洗至少60min，取出吹干；在步驟(c)之后，還包括后清洗步驟，具體為，將制備好的電解工具陰極放入超聲波清洗設備中并加入水基性溶劑清洗至少30min，取出吹干待用。
3.有益效果
采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：
(1)本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極，其金屬板的厚度方向上開設有上下兩個腔體，使金屬板形成具有相平行的上層板、中間板和下層板的“日”字形結構，上層板和下層板上分別開設有用于電解加工微坑陣列的孔，絕緣層分別設于上層板和下層板的內外側表面上；利用在“日”字形結構的金屬板上層板和下層板上開設孔，并對上層板和下層板進行絕緣，利用導電的中間板對上層板和下層板上貼緊設置的工件進行電解加工微坑陣列，一次性織構兩個工件，織構效率高，并且電解液在腔體內流動，易于將電解產物快速排出，表面織構質量好且穩定，并且采用雙面電解表面織構，適用性強；
(2)本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極，其金屬板為鎂合金或鋁合金金屬薄板，具有易于加工，結構適用性強，成本較低等優點；
(3)本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極，其孔為按一定間距陣列排列、尺寸一致的圓孔，便于電解加工出高精度陣列微孔，提高工件表面抗磨減摩性能；
(4)本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極，其上下兩個腔體的厚度相等，加工方便，且使中間板與工件距離相等，電解速度一致，工件電解加工質量穩定；
(5)本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極的制備方法，其方法簡單可行，加工成本低，制備效率高，加工出的工具陰極精度高，表面織構精度高。
附圖說明
圖1為本發明的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極的結構示意圖。
示意圖中的標號說明：
1、金屬板；1-1、中間板；1-2、上層板；1-3、下層板；1-4、腔體；2、孔；3、絕緣層。
具體實施方式
為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。
實施例
結合圖1所示，本實施例的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極，包括金屬板1和絕緣層3，金屬板1為鎂合金或鋁合金金屬薄板，具有易于加工，結構適用性強，成本較低等優點；金屬板1的厚度方向上開設有上下兩個腔體1-4，使金屬板1形成具有相平行的上層板1-2、中間板1-1和下層板1-3的“日”字形結構，在本實施例中優選地，上下兩個腔體1-4的厚度相等，不僅加工方便，而且使中間板1-1與工件距離相等，電解速度一致，工件電解加工質量穩定。上層板1-2和下層板1-3上分別開設有用于電解加工微坑陣列的孔2，本實施例中的孔2為按一定間距陣列排列、尺寸一致的圓孔，便于電解加工出高精度陣列微孔，提高工件表面抗磨減摩性能；絕緣層3分別設于上層板1-2和下層板1-3的內外側表面上，這樣，通過中間板1-1導電，其余區域絕緣，形成雙層絕緣板，腔體1-4用于通入電解液，用于工件表面織構電解加工。
本實施例的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極，利用在“日”字形結構的金屬板1上層板1-2和下層板1-3上開設孔2，并對上層板1-2和下層板1-3進行絕緣，利用導電的中間板1-1對上層板1-2和下層板1-3上貼緊設置的工件進行電解加工微坑陣列，一次性織構兩個工件，織構效率高，并且電解液在腔體1-4內流動，易于將電解產物快速排出，表面織構質量好且穩定，并且采用雙面電解表面織構，適用性強。
本實施例還公開了一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極的制備方法，其包括以下步驟：
(a)、利用慢走絲切割機床在金屬板1上切割出上下等間距的腔體1-4，使金屬板1形成具有相平行的上層板1-2、中間板1-1和下層板1-3的“日”字形結構；上述的金屬板1采用整體鎂合金或鋁合金金屬薄板，通過慢走絲線切割加工該金屬板1，金屬板1的尺寸要求如下：長度不超過500mm，寬度不超過500mm，厚度不超過3mm，且用精密檢測儀器對鎂合金或鋁合金金屬板1上下面進行平行度檢測，確保金屬板1的上下兩面平行度誤差不超過0.01mm，以保證制備的工具陰極精度高且穩定；另外，在加工上下腔體1-4時，通過控制慢走絲線切割切割間隙、切割電流和切割軌跡等參數對金屬板1的腔體1-4進行切割，切割電流不超過1A，上層板1-2和下層板1-3的厚度不超過0.5mm，中間板1-1的厚度也不超過0.5mm，且中間板1-1的上下表面平行度誤差不超過0.01mm，在保證了表面織構加工要求的情況下，提高了工具陰極的可加工性和加工精度。
(b)、在數控機床上采用電火花技術對上層板1-2和下層板1-3加工出用于電解微坑陣列的孔2，該孔2為按一定間距陣列排列、尺寸一致的圓孔最佳，且在加工孔2時，利用陣列式電火花電極加工陣列孔，單個電火花電極的直徑不超過200μm，相鄰兩個電火花電極的間距不超過500μm，利用陣列式電火花電極即可加工出直徑不超過200μm的陣列孔。
(c)、對中間板1-1的上下表面進行保護，并采用微弧氧化工藝對上層板1-2和下層板1-3的內外側表面進行絕緣；上述的微弧氧化電壓不超過500V，微弧氧化時間不超過50s，微弧氧化絕緣層3厚度不超過20μm，工藝過程簡單，不僅對除中間板1-1以外的其他區域進行有效絕緣，還提高了電解工具陰極的表面強度，使電解工具陰極不易變形，提高使用壽命。
本實施例的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極的制備方法，在步驟(a)之前，還包括前清洗步驟，具體為，將加工后的金屬板1放入超聲波清洗設備中并加入水基性溶劑清洗至少30min，取出吹干；在步驟(a)之后，還包括中間清洗步驟，具體為，將加工后的金屬板1放入超聲波清洗設備中并加入水基性溶劑清洗至少60min，取出吹干；在步驟(c)之后，還包括后清洗步驟，具體為，將制備好的電解工具陰極放入超聲波清洗設備中并加入水基性溶劑清洗至少30min，取出吹干待用。通過上述清洗步驟，保證了制備的電解工具陰極的尺寸精度穩定可靠，從而提高了工件表面電解織構的精度。
本實施例的一種雙層絕緣板表面織構電解工具陰極的制備方法，其方法簡單可行，實用性強，加工成本低，制備效率高，加工出的工具陰極精度高，表面織構精度高，有著廣泛的應用前景。
以上示意性地對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性地設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。