[發明專利]一種選擇性金屬電沉積裝置及其應用

有效

• 申請號: 201310162627.2
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN103255452A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 譚俊;吳迪;蘭龍;高玉琳;蔡志海;鄭曉輝;曾其彬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: C25D5/02
• 分類號: C25D5/02;C25D5/08;C25D5/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于電化學加工技術領域，具體設計為一種選擇性超聲輔助噴射金屬電沉積裝置。

背景技術

金屬電沉積是指在直流電的作用下，電解液中的金屬離子還原，并沉積到零件表面形成具有一定性能的金屬鍍層的過程。

噴射電沉積是近年來發展起來的一種電鍍新工藝，是以提高成形層的性能和成形精度為目標的局部高速電沉積技術，噴射電沉積快速成形具有復制精度和重復精度高、沉積速率快和沉積層的性能優良等優點。可對大型零部件實施局部電鍍，可用于磨損或損傷部位的修復以及盲孔、深孔內的鍍覆。噴射電沉積極大地提高了沉積的極限電流密度，可以使沉積過程在非常高的電流密度下進行，大大提高了沉積效率。由于噴射電沉積技術的選擇性，利于精確成形，解決了精密零件制造的難題。

超聲電沉積，就是在電沉積中加載超聲，以獲得普通電沉積不具備的一些優點的電沉積技術。與普通的刷鍍和電鍍相比，超聲電沉積具有效率高、沉積速率快的優點；其鍍層具有更高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。

現有的噴射電沉積技術仍然存在加工零件自動化程度低、電解液利用率低、沉積層厚度不均勻、電沉積速度慢以及材料性能差等問題。這些問題導致噴射電沉積以及超聲輔助噴射電沉積技術在實際應用過程中對材料表面質量和性能的提高不大且加工質量不易控制，甚至使得零件報廢，嚴重制約著技術的發展和在實際生產中的應用，所以到目前為止，大部分研究處于實驗室階段，遠沒有實現工業化。因此，有必要探索一種新的噴射電沉積裝置，來提高噴射電沉積的工藝穩定性、可控制性以及提高鍍層質量和電沉積速度，滿足實現工業化的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種選擇性超聲輔助噴射電沉積裝置，以及一種電沉積方法，提高現有電沉積技術中的沉積層硬度、致密性以及電沉積速度，降低鍍層殘余應力，同時實現電沉積區域的可選擇性以及實現簡單形狀零件的電沉積成形。

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，其特征在于：包括用于容納電解液的儲液槽和用于在電沉積過程中與陰極和陽極對應電連接的電源，超聲電源，由支架支撐的超聲輔助噴射裝置，三坐標數控平臺，三坐標數控平臺包括動作執行機構、支架和計算機(凡數控動作機構均可，本方案選擇步進電機數控系統)；儲液槽外還設有為電解液提供噴射壓力的蠕動泵以及控制電解液流量的控制閥；儲液槽內設有保持電解液溫度的溫控器；超聲輔助噴射裝置底部有電解液噴嘴。

應用所述的金屬電沉積裝置的方法，其特征在于：電鍍過程中，電鍍陰極為金屬板，陽極為超聲輔助噴射裝置，陰陽極之間為噴射出的電解液，電解液溫度控制在20℃～90℃，流過陰陽極之間的平均電流為0mA～100mA,噴嘴移動速度設定為0?～100mm·min^-1；電沉積時超聲頻率為20KHz～100KHz，超聲波功率為10～450W；電鍍時間1～120分鐘。

所述的超聲電源提供超聲電信號，超聲電源與超聲輔助噴射裝置（本方案中該裝置由壓電換能器和變幅桿組成）用導線連接，由超聲輔助噴射裝置將電信號轉化為超聲波，將超聲波直接作用于電解液，并將電解液從噴嘴高速噴出。蠕動泵為電解液提供壓力，流量控制閥控制電解液流量。通過對流量控制閥的調整和噴嘴口徑的選擇，可調整噴射到鍍件表面電解液的流速。

所述的噴嘴三坐標數控平臺由計算機控制動作執行機構，可根據計算機設定的程序對噴嘴的位置和移動速度進行實時控制，用于確定形狀的零件表面電鍍區域，也可實現小尺寸、簡單形狀零件的加工制作。

所述的溫控器，可以使鍍液保持穩定的溫度，克服由于超聲波的局部加熱作用造成的鍍液溫度上升而引起鍍層質量下降的效果。

該裝置即可用于金屬表面的電鍍，又可用于金屬的化學鍍。