[發明專利]一種金屬電沉積裝置

有效

• 申請號: 201110438743.3
• 申請日: 2011-12-24
• 公開（公告）號: CN102677137A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 李倫;劉永剛;余永健;韓紅彪;賈現召;隋新
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C25D21/00
• 分類號: C25D21/00;C25D21/10;C25D21/02;C25D21/12
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡偉華

技術領域

本發明屬于電化學加工技術領域，具體涉及一種金屬電沉積裝置。

背景技術

金屬電沉積技術是在外加電場作用下利用電解質中的金屬陽離子鍍覆沉積到陰極上的一種加工方法。其原理是在電解質溶液中由陽極和陰極構成回路，在電場作用下，使陽極上的金屬失去電子以離子的形式不斷融入電解質溶液，而同時金屬離子在陰極上得到電子以金屬原子形式不斷沉積析出的過程。金屬電沉積技術是增材加工技術，主要包括電鑄技術和電鍍技術等。

電鑄技術是利用金屬離子在陰極芯模電沉積原理來獲取金屬零部件的一種精密制造技術。電鑄基本原理是根據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，在電場作用下，原模表面逐漸沉積出金屬電鑄層，達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的金屬復制件。電鑄的特點是成形的零件能夠非常精確地復制芯模形狀及其細微結構，具有很高的形狀精度和尺寸精度。

電鍍技術是一種能夠改變材料的表面特性、改善材料外觀，使材料獲得耐腐蝕、耐磨損、抗高溫以及其他特殊性能的一種加工方法。其原理是把需要表面處理的零件作為陰極，用電鍍材料作為陽極，一同放入與陽極材料相同的金屬鹽溶液中，通電后在電場作用下，在陰極零件的表面形成金屬或合金的沉積層。電鍍技術要求鍍層應具有均勻、平整、致密和結合力良好的特點。近年來，電鍍技術已廣泛應用到工業生產和民用產品的各個領域中，電鍍不僅使產品表面外觀精美、手感舒適，而且更增加了產品表面的耐磨損性能和抗腐蝕性能等。

傳統的金屬電沉積技術還存在一些關鍵問題需加以改善，如電沉積層表面常出現針孔和結瘤、沉積層厚度不均勻、電沉積速度慢、材料性能差等。這些問題的存在會導致電沉積加工和表面處理零件的性能下降、電沉積生產效率降低，甚至生產被迫中止和零件報廢等，嚴重制約著金屬電沉積技術的發展。目前，人們嘗試了許多種改進措施和方法，包括在電解液中添加有機添加劑、使用反向脈沖電流等。這些方法在一定程度上改善了電沉積加工零件表面質量和材料性能，提高了電沉積層的厚度均勻性。但是，有機添加劑使用量少且檢測困難，在電沉積過程中往往夾雜在電沉積層中被不斷消耗，不僅使電解液維護困難，而且影響電沉積材料的純度和性能。另外，有機添加劑對生產人員會造成危害，又會造成環境污染。而反向脈沖電流會降低電流效率，影響電沉積速度。因此，有必要探索新的金屬電沉積方法和技術，以有效解決金屬電沉積技術實際應用中的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬電沉積裝置，以解決現有技術中的金屬電沉積技術中出現的沉積層硬度低、致密性差、電沉積速度低的技術問題。

為實現上述目的，本發明所提供的金屬電沉積裝置采用如下技術方案：一種金屬電沉積裝置，包括用于容納電解液的電沉積槽和用于在電沉積過程中與電解液中的陽極及陰極對應電連接的電源，所述的電沉積槽外側設有在電沉積過程中向電解液施加平行或垂直于電場方向的超聲波的電聲換能器系統，該電聲換能器系統電連接有超聲波發生器，電聲換能器系統施加在電解液上的超聲波頻率為45kHz，超聲波功率為120～300W；在電沉積槽外側還設置有用于在電沉積過程中向電解液施加平行或垂直于電解液中電場的磁場N極磁極和S極磁極，所述N極磁極和S極磁極相對應的分布在電沉積槽的兩側，由N極磁極和S極磁極施加在電解液中的磁場強度B為0.5～1.0T；在電沉積槽中還設有在電沉積過程中用于攪拌電解液的攪拌器和用于使電沉積槽中的電解液溫度保持穩定的加熱系統。

所述的N極磁極和S極磁極繞電沉積槽中心軸線可轉動的轉配在電沉積槽外側。

所述的電沉積槽周向外側通過推力軸承支撐有繞電沉積槽中心軸線轉動的裝配工作臺，所述的N極磁極和S極磁極分別對應放置回轉裝配工作臺上位于電沉積槽周向外側的兩承接部位置處，兩承接部相對于電沉積中心軸線對稱布置。

所述的電聲換能器系統包括設置在電沉積槽底部的槽底電聲換能器和位于電沉積槽周向一側的槽側電聲換能器，所述槽側電聲換能器安裝方向使用時與電沉積槽中的電場方向同向，槽底電聲換能器和槽側電聲換能器連接有用于控制兩者工作狀態以得到在電沉積過程中向電解液施加垂直或平行于電解液中電場的超聲波的超聲波控制器。

所述的電沉積槽中的加熱系統包括加熱器、檢測電解液溫度的熱電偶和用于根據熱電偶所檢測到的溫度控制加熱器工作時間的溫控裝置。