[發(fā)明專利]利用超聲波和激光共同作用的電鑄方法和電鑄設(shè)備

無效

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• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101643923A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉紅彬;薛玉君;司東宏;庫祥臣;李濟(jì)順
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00;C25D5/20
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳 浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用超聲波和激光共同作用的電鑄方法及一種電鑄設(shè)備，屬于電鑄技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計越來越復(fù)雜，對加工精度的要求也變得越來越高，出現(xiàn)了很多新結(jié)構(gòu)、新材料和復(fù)雜形狀的零部件，因此需要加工出各種難切削材料、特殊復(fù)雜型面、超精密和光整零件或其它特殊零件。要解決這些加工問題，僅靠傳統(tǒng)的加工方法很難實現(xiàn)。目前有很多特種加工技術(shù)，利用其特殊的加工機(jī)理和方法，可以實現(xiàn)特殊零件的精密加工和超精密加工。

電鑄作為一種特種加工技術(shù)，它利用金屬離子在陰極原模電沉積原理來獲取金屬零部件的精密鑄造技術(shù)。電鑄基本原理是根據(jù)需要加工的特定形狀制作出原模作為陰極，用電鑄材料作為陽極，一同放入與陽極材料相同的金屬鹽溶液中，通上電源。在電解作用下，原模表面逐漸沉積出金屬電鑄層，達(dá)到所需的厚度后從溶液中取出，將電鑄層與原模分離，便獲得與原模形狀相對應(yīng)的金屬復(fù)制件。電鑄成形的零件能夠非常精確地復(fù)制原模形狀及其細(xì)微結(jié)構(gòu)，具有很高的形狀精度和尺寸精度。電鑄是增材加工，不存在切削力，原模損耗幾乎可以忽略，在批量生產(chǎn)中可以保證很高的重復(fù)精度。近年來，電鑄技術(shù)在很多工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用，從過濾金屬網(wǎng)、拷貝CD的原盤、銘牌等日常用品，到航空航天、武器裝備、精密模具和MEMS中的精密零件，都有電鑄加工技術(shù)的應(yīng)用。

在傳統(tǒng)電鑄技術(shù)中存在著一些關(guān)鍵問題難以解決，如電鑄層外表面常出現(xiàn)針孔和結(jié)瘤等缺陷、厚度不均勻、電鑄速度慢、材料性能差等。這些問題的存在會導(dǎo)致電鑄零件性能下降、電鑄生產(chǎn)率降低、甚至生產(chǎn)被迫中止和零件報廢等后果，嚴(yán)重制約著電鑄技術(shù)的發(fā)展。因此，有必要探索新的電鑄技術(shù)和方法，來解決傳統(tǒng)工藝中的關(guān)鍵問題。目前，人們嘗試了許多方法措施，包括在電鑄液中添加的有機(jī)添加劑、使用反向脈沖電流、復(fù)合超聲等，這些方法在一定程度上改善電鑄零件表面質(zhì)量和材料性能，提高了電鑄層的厚度均勻性。但這些方法中，有機(jī)添加劑使用量少且檢測困難，在電鑄過程中往往會夾雜在電鑄層中被不斷消耗，不僅使電鑄液維護(hù)困難，還會影響電鑄材料的純度和性能；而反向脈沖電流會降低電流效率，影響電鑄速度。顯然，上述方法措施均不能很好的解決電鑄層外表面出現(xiàn)針孔、結(jié)瘤、厚度不均勻、電鑄速度慢及材料性能差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用超聲波和激光共同作用的電鑄方法，同時還提供一種利用超聲波和激光共同作用的電鑄設(shè)備，用以解決現(xiàn)有電鑄中存在的電鑄層外表面存在針孔、結(jié)瘤、厚度不均勻、電鑄速度慢、材料性能差的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種利用超聲波和激光共同作用的電鑄方法，在緊鄰原模的同一區(qū)域電鑄液內(nèi)同時施加超聲波和激光波。

所述超聲波與激光波的傳播方向相互垂直。

所述超聲波沿豎直方向傳播；所述激光波沿水平方向傳播。

所述超聲波的振動頻率大于20KHz。

所述激光波長為1064nm。

一種利用超聲波和激光共同作用的電鑄設(shè)備，包括電鑄槽，還包括激光發(fā)生器和三維工作臺，所述電鑄槽設(shè)置于三維工作臺上，所述激光發(fā)生器設(shè)置于電鑄槽的外側(cè)，且該激光發(fā)生器的激光鏡頭朝向電鑄槽，所述電鑄槽至少靠近激光鏡頭的槽壁為透光槽壁；所述電鑄槽上設(shè)置有向電鑄槽內(nèi)提供超聲波的換能器裝置，該換能器裝置包括相互導(dǎo)電連接的換能器和超聲波發(fā)生器。

所述換能器沿豎直方向設(shè)置于電鑄槽的底部，換能器產(chǎn)生的超聲波沿豎直方向向上傳播；所述激光鏡頭的軸線處于水平方向上，從激光鏡頭發(fā)出的激光波沿水平方向傳播。

所述電鑄槽內(nèi)設(shè)置有電鑄液攪拌器。

還包括溫度控制單元，該溫度控制單元由溫度控制器、測量溫度的熱電偶及加熱器組成，所述熱電偶及加熱器均與溫度控制器導(dǎo)電控制連接，熱電偶及加熱器均設(shè)置于電鑄槽內(nèi)。

所述超聲波發(fā)生器為頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器。

本發(fā)明的利用超聲波和激光共同作用的電鑄方法，采用在緊鄰原模的同一電鑄液區(qū)域內(nèi)同時施加超聲波和激光波。超聲波使得電鑄液中的金屬離子團(tuán)不斷被打碎，使得鑄層致密性好，結(jié)晶細(xì)小。同時，超聲波和激光波兩種不同性質(zhì)的波協(xié)同作用于電鑄液，會在兩種波共同作用區(qū)域產(chǎn)生兩種能量的聚合，這樣就會誘發(fā)新的聲光特性產(chǎn)生，增大電鑄金屬離子的活性，有利于電鑄金屬離子的沉積和沉積層的均勻性。同時激光波可以加速空化泡崩潰，大大增強(qiáng)空化效果，超聲作用產(chǎn)生的空化氣泡對激光產(chǎn)生反射和折射，使原本直線傳播的激光發(fā)生了光路的改變，增加了其作用的點位，提高了電鑄的速度。