[發(fā)明專利]激光光管電極的電化學復合沉積制造方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310434534.0
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103572341A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 張朝陽;張長桃;蔡明霞;馮欽玉;周建忠;黃磊;姜雨佳
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: C25D5/00
• 分類號: C25D5/00;C25D5/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮;韓奎國

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及制造技術(shù)中的微細快速成型加工領域，特指一種激光光管電極的電化學復合沉積制造方法與裝置，適用于微小型高性能金屬零件的加工、修復及表面性能強化。

背景技術(shù)

激光加工和電化學加工都屬于特種加工方式，兩種加工方式又各有特點，激光加工以高能量的光束作為加工能源，它通過光路傳輸聚焦于工件表面時會產(chǎn)生獨特的光、熱、力等非線性效應。電化學加工是利用電路將電流傳至電極兩端，電極之間以電沉積液作為介質(zhì)，最終在電極/溶液界面發(fā)生電化學反應，其本質(zhì)是利用電化學反應以離子的形式去除或沉積材料。

在電化學體系中引入激光束，進行激光與電化學復合加工時，可以利用激光所具有的高功率密度改變照射區(qū)域的電極狀態(tài)，產(chǎn)生光電化學效應、熱電化學效應和力電化學效應，從而影響光電化學反應電流和反應速度，由電化學和激光兩種能量的共同作用實現(xiàn)材料的加工制造。

國內(nèi)外的研究人員對激光電化學復合加工技術(shù)的研究取得了一定進展，中國專利“噴射液束電解-激光復合加工方法及其裝置”，專利號：CN1919514A提出：在激光加工的同時復合與激光束同軸的高速噴射電沉積液束，激光在噴射液束的引導下利用光熱效應去除材料，被陰極極化的電沉積液束對激光加工區(qū)進行冷卻、沖刷和電化學溶解，去除激光熔蝕加工的再鑄層。在激光電化學復合沉積方面，?中國專利“利用超聲波和激光共同作用的電鑄方法和電鑄設備”，專利號：CN200910306817?提出：在電鑄液選定區(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不斷被打碎，激光波增大電鑄金屬離子的活性，超聲作用產(chǎn)生的空化氣泡對激光產(chǎn)生反射和折射，會使原本直線傳播的激光發(fā)生光路的改變。

在國內(nèi)外現(xiàn)有的激光電化學復合加工技術(shù)中，激光的作用主要是增強電化學反應和誘導電化學反應兩種方式。但激光能量和電化學反應的復合效率都不理想，激光的熱效應會使沉積部位的溶液汽化形成無水區(qū)，同時在電化學電極表面籠罩一層蒸汽障，影響電沉積過程；同時，激光等離子體的擴張膨脹則將溶液向外推擠，不利于金屬離子在加工區(qū)的定域沉積。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種激光光管電極的電化學復合沉積制造方法，通過該方法可以提高材料致密度，且只能在光束中心激光能量為零處發(fā)生沉積反應，實現(xiàn)了質(zhì)量高，定域性好的電化學復合沉積加工、修復及表面性能強化的特點。

本發(fā)明的另一目的是提出一種激光光管電極的電化學復合沉積制造裝置，該裝置利用常用的激光及光路傳輸器件和電化學沉積裝置，顯著提高沉積制造的定域性和沉積質(zhì)量。

一種激光光管電極的電化學復合沉積制造方法的技術(shù)方案為：利用激光在電極表面輻照引起的光電化學反應實現(xiàn)材料的沉積制造，包括以下步驟：

1）????將工具陽極的下部和陰極基板浸入電沉積液中，接通電源并保持電沉積液循環(huán)流動；

2）????將實心高斯激光通過光束調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制為中心光強為零的環(huán)形空心激光束；

3）????將所述環(huán)形空心激光束聚焦到所述陰極基板上，并使所述工具陽極處于所述環(huán)形空心激光束中心位置，使激光誘導的環(huán)形等離子體形成激光管電極發(fā)生擴張膨脹；

4）????通過移動陰極基板實現(xiàn)對陰極基板的持續(xù)加工。

所述步驟1）前對陰極基板依次進行研磨、除油、水洗、弱侵蝕、水洗的處理。

所述光束調(diào)制系統(tǒng)包括正棱錐透鏡和負棱錐透鏡，所述正棱錐透鏡和負棱錐透鏡折射率、方位角和錐角相同。所述環(huán)形空心激光束的內(nèi)環(huán)半徑r_in為????????????????????????????????????????????????，其中：折射率n、方位角、和錐角，負棱錐透鏡和正棱錐透鏡之間的距離d，空心激光束環(huán)的寬度為R。

一種激光光管電極的電化學復合沉積制造裝置的技術(shù)方案為：包括激光輸出裝置、光束調(diào)制系統(tǒng)、復合沉積制造系統(tǒng)；所述激光輸出裝置包括激光控制器、激光諧振腔，所述激光控制器控制激光諧振腔發(fā)出高斯激光，所述高斯激光經(jīng)所述光束調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制為環(huán)形空心激光束；所述復合沉積制造系統(tǒng)包括工具陽極、陰極基板、加工腔、電沉積液、電化學脈沖電源，所述工具陽極連接于電化學脈沖電源的正極，陰極基板連接于電化學脈沖電源的負極，所述陰極基板置于加工腔內(nèi)的電沉積液中，所述環(huán)形空心激光束經(jīng)過聚焦透鏡照射于所述陰極基板，所述工具陽極置于所述環(huán)形空心激光束的中心位置，且工具陽極的一端置于電沉積液中。