[發(fā)明專利]基于超臨界流體3D電沉積加工裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410762856.2
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104480505B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷衛(wèi)寧;錢海峰;劉維橋;李奇林;談衡
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號: C25D5/04
• 分類號: C25D5/04;C25D21/12;C25D17/00
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32214
• 代理人: 張兢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)沉積加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超臨界流體3D（三維）電沉積加工零件的裝置及方法。

背景技術(shù)

超臨界環(huán)境下電沉積技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)外研究的一個熱點(diǎn)。超臨界流體（Supercritical?Fluid）是指純凈物質(zhì)處于臨界點(diǎn)（臨界壓力和臨界溫度）以上時，所表現(xiàn)出來的一種介于液態(tài)和氣態(tài)的流體。在臨界點(diǎn)附近，超臨界流體的密度、粘度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)等所有流體的物性發(fā)生急劇變化的現(xiàn)象。CO₂氣體具有環(huán)保、?不燃、無毒、惰性、儲備豐富且臨界壓力（7.39MPa）和溫度(31.1℃)不太高等優(yōu)點(diǎn)，因此超臨界CO₂流體被廣泛運(yùn)用。由于超臨界CO₂具有較低的粘度（0.03-0.1?MPa·s）和較高的擴(kuò)散系數(shù)（10^-?4?cm²·s^-1），在電沉積體系中能為傳質(zhì)提供良好的條件。目前超臨界流體環(huán)境下制備金屬基納米復(fù)合材料與微細(xì)零件的工藝方法和裝置已有所見。如授權(quán)公告號為CN?101092716B的中國專利文獻(xiàn)公開了一種超臨界流體細(xì)微電鍍成型工藝及其裝置，其以SCF-CO₂為電鍍環(huán)境進(jìn)行微結(jié)構(gòu)零件的成型，通過該方法所得的金屬電鍍層表面沉積均勻、無積瘤，且鑄層組織細(xì)密平整，但所得鑄層零件為預(yù)先光刻（內(nèi)模）形狀的零件，無法柔性制備不同類型的3D零部件；又如公布號為CN?102146573A的中國專利文獻(xiàn)提出了一種超臨界流體電鑄成型制備納米復(fù)合材料的方法，其主要是在機(jī)械攪拌輔助條件下電沉積制備金屬基納米復(fù)合材料，電場分布是固定的，從其參數(shù)設(shè)置和陰陽極設(shè)置來看，不能有效地進(jìn)行對零部件在三維空間通過電沉積進(jìn)行加工制備。因而，將當(dāng)前十分熱門的3D打印技術(shù)中三維成型和運(yùn)動原理運(yùn)用到超臨界電沉積加工藝中，設(shè)計一種可在三維空間內(nèi)對零部件進(jìn)行電沉積加工制備的裝置和加工方法，顯得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能有效提高電沉積速度、改善沉積質(zhì)量、在三維空間通過電沉積制備復(fù)雜、精密金屬零部件，并能拓寬電沉積技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的基于超臨界流體3D電沉積加工裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的基于超臨界流體3D電沉積加工裝置，包括二氧化碳?xì)馄?、高壓泵、?shù)控控制器、反應(yīng)器、直流電源和作為被加工零部件的陰極基體；上述的反應(yīng)器包括本體和機(jī)械攪拌器；本體上設(shè)有進(jìn)氣口、排液口和加熱線圈；上述的二氧化碳?xì)馄亢透邏罕糜糜谑褂脮r向反應(yīng)器提供二氧化碳?xì)怏w；其特征在于：還包括移動陽極組件和移動陰極組件；

上述的移動陽極組件包括Z向直線電機(jī)、驅(qū)動絲杠、陽極連接桿和移動陽極；Z向直線電機(jī)固定安裝在反應(yīng)器的本體的上部；驅(qū)動絲杠與Z向直線電機(jī)傳動連接；陽極連接桿與驅(qū)動絲杠固定連接；驅(qū)動絲杠內(nèi)置有與之絕緣的彈性導(dǎo)電線圈；移動陽與極陽極連接桿固定連接；移動陽極通過陽極連接桿和驅(qū)動絲杠內(nèi)置的彈性導(dǎo)電線圈外接直流電源的正極；移動陽極組件的移動陽極由Z向直線電機(jī)通過驅(qū)動絲杠和陽極連接桿的傳動，可在反應(yīng)器的本體內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動；

上述的移動陰極組件包括X向直線電機(jī)、X向?qū)к?、X向移動塊、Y向直線電機(jī)、Y向?qū)к?、Y向移動塊和夾具；X向直線電機(jī)固定安裝在反應(yīng)器的本體上；X向?qū)к壏智昂笤O(shè)有2根；X向?qū)к壒潭ò惭b在反應(yīng)器的本體內(nèi)的下端面上；X向移動塊安裝在X向?qū)к壣锨以赬向直線電機(jī)的驅(qū)動下可依托X向?qū)к壸笥蚁蛑本€滑動；

Y向直線電機(jī)固定安裝在X向移動塊的上端面上；Y向?qū)к壏肿笥以O(shè)有2根；Y向?qū)к壒潭ò惭b在X向移動塊的上端面上且Y向?qū)к壟cX向?qū)к壌怪痹O(shè)置；Y向移動塊66的上端面上涂覆有絕緣工程塑料；Y向移動塊安裝在Y向?qū)к壣锨以赮向直線電機(jī)的驅(qū)動下可依托Y向?qū)к壡昂笙蛑本€滑動；

夾具的材質(zhì)為耐酸、耐高壓和高硬度的絕緣工程塑料；夾具設(shè)置在Y向移動塊的上端面上，用于使用時夾持陰極基體；使用時，陰極基體與直流電源的負(fù)極電連接。

移動陰極組件的X向直線電機(jī)和Y向直線電機(jī)以及移動陽極組件的Z向直線電機(jī)的運(yùn)行均由數(shù)控控制器控制。

進(jìn)一步的方案是：上述的驅(qū)動絲杠的材質(zhì)為不銹鋼，內(nèi)部中空；陽極連接桿為內(nèi)置銅制框架且外履絕緣、耐酸、耐高壓的工程塑料的桿體件；上述的驅(qū)動絲杠與陽極連接桿的連接處以及陽極連接桿與移動陽極的連接處均用高壓密封圈進(jìn)行密封。