[發明專利]一種電化學加工三維金屬微結構的系統與方法

有效

• 申請號: 201610170808.3
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105648491B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 張新民;李欣潮;明平美;張曉東;秦歌;陳月濤;趙云龍;張艷華;趙晨昊
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: C25D5/08
• 分類號: C25D5/08;C25D1/00;B33Y30/00;B33Y10/00
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技術領域

本發明涉及一種電化學加工系統及方法，尤其涉及一種用于三維金屬微結構電化學加工的系統及方法。

背景技術

電沉積是一種基于電化學沉積原理實施金屬層/件制備的特種工藝技術，在工業領域有十分廣泛的應用。射流電沉積是一種特殊形式的電沉積工藝。它是將含有金屬離子的電解液以高速射流的形式，進行區域選擇性電沉積的加工技術。射流電沉積技術具有沉積速度快、操作自由度大等工藝優勢，在某些應用領域受到關注與重視，尤其在三維金屬件快速制造領域。但射流電沉積技術由于自身固有的特性，使得它不可避免地存在沉積區域電場和流場分布不均現象，導致沉積層普遍出現厚度分布不均勻、表面凹凸不平、積瘤和毛刺等問題。常用的解決方法是反復中斷電沉積過程，采用二次加工的方法，通過機械加工去除表面積瘤和毛刺，拋光后進行二次沉積來維持電沉積的持續進行。

為了克服以上缺點，專利號為CN101994137A的發明專利也公布了一種回轉體零件的高速射流噴射電鑄加工方法及裝置。該專利通過磨削的方法來在線去除射流電沉積過程中所產生的積瘤和毛刺等缺陷，在一定程度上提高了射流電沉積的加工精度。但該專利所涉及的方法與裝置對于非回轉體零件和微細金屬零件的加工，其適用性面臨巨大挑戰。因此，本發明提出一種針對三維金屬微結構精密加工的新的電化學加工系統與方法。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是針對現有的射流電沉積方法難以連續加工出表面平整、組織致密、精度高的三維金屬微結構的不足，提出一種電化學加工三維金屬微結構的系統與方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種電化學加工三維金屬微結構的系統，其特征在于：它包括電沉積子系統、電解子系統、導電基底和電解液層，所述的電沉積子系統包括噴頭和電沉積電源，所述的電沉積電源的負極與導電基底連接，電沉積電源的正極與噴頭連接，所述的噴頭與所述的導電基底正對設置，所述的電解子系統包括陰極和電解加工電源，所述的陰極包括橫梁陰極、左側陰極和右側陰極，所述的左側陰極和右側陰極設置在橫梁陰極上，所述的陰極與導電基底正對設置，左側陰極的內側面與右側陰極的內側面平行并均與橫梁陰極垂直，所述的電解加工電源的正極與導電基底連接，所述的電解加工電源的負極與陰極連接，所述的電解液層覆蓋在導電基底上。

所述的電沉積子系統還包括噴頭座，所述的噴頭固定在噴頭座上且噴頭座電絕緣。

所述的橫梁陰極可移動地設置在噴頭座上。

所述的左側陰極和右側陰極之間的距離可調。

所述的橫梁陰極下表面為平面，且橫梁陰極上設置有偶數個安裝孔，優選地為4個或6個或8個或10個，且所述的安裝孔以其中心對稱設置，所述的左側陰極和右側陰極安裝在不同的安裝孔內。

所述的左側陰極和右側陰極垂直地設置在所述的橫梁陰極上。

所述的左側陰極和右側陰極均平行于噴頭的軸線。

一種電化學加工三維金屬微結構的加工方法，它包括以下步驟：

S1、調整噴頭相對于導電基底的高度為5mm～10mm，打開噴頭的開關，讓由噴頭噴出的電液束垂直于導電基底；

S2、接通電沉積電源的同時，使噴頭按設計軌跡相對于導電基底作掃描運動，在電場的作用下在導電基底上電沉積出一層金屬，當噴頭掃描到設計軌跡終點時，斷開電沉積電源，并使噴頭退出加工區；

S3、分別調整橫梁陰極、左側陰極、右側陰極與步驟S2電沉積的金屬層之間的距離，使橫梁陰極下表面距離步驟S2電沉積的金屬層上表面的距離為0.1～0.9mm、左側陰極的內側面、右側陰極的內側面分別距離步驟S2電沉積的金屬層兩側壁的距離均為0.1～0.9mm，降低導電基底，使步驟S2電沉積的金屬層完全浸沒于電解液層中；

S4、接通電解加工電源，使陰極沿步驟S2給定的設計軌跡作掃描運動，對步驟S2中電沉積的金屬層上表面和兩側壁作腐蝕溶解加工，當陰極運行位置超過步驟S2中沉積的金屬層時，停止掃描運動，同時斷開電解加工電源；

S5、升高導電基底，讓步驟S4電解加工的金屬層上表面完全露出電解液層；

S6、依次按步驟S1、S2、S3、S4、S5重復進行電化學加工，直到所加工的零件達到所要求的高度時結束所有操作。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、結構簡單，易于實現，成本低。只需在常規射流電沉積系統附加結構簡單的用于電解整平加工的電解電極及電解加工電源，就能較好地解決射流電沉積件/層所存在的問題，工藝成本低。