[發明專利]基于超臨界流體3D電沉積加工裝置

有效

• 申請號: 201610592720.0
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN106222707B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 雷衛寧;錢海峰;劉維橋;李奇林;談衡
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00;C25D5/04;C25D21/12;C25D17/00;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司32214
• 代理人: 張兢

本申請是申請號為201410762856.2，申請日為2014年12月11日，發明創造名稱為“基于超臨界流體3D電沉積加工裝置及方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及電化學沉積加工技術領域，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

超臨界環境下電沉積技術是當前國內外研究的一個熱點。超臨界流體（Supercritical Fluid）是指純凈物質處于臨界點（臨界壓力和臨界溫度）以上時，所表現出來的一種介于液態和氣態的流體。在臨界點附近，超臨界流體的密度、粘度、溶解度、熱容量、介電常數等所有流體的物性發生急劇變化的現象。CO₂氣體具有環保、 不燃、無毒、惰性、儲備豐富且臨界壓力（7.39MPa）和溫度(31.1℃)不太高等優點，因此超臨界CO₂流體被廣泛運用。由于超臨界CO₂具有較低的粘度（0.03-0.1 MPa·s）和較高的擴散系數（10^{- 4}cm²·s^-1），在電沉積體系中能為傳質提供良好的條件。目前超臨界流體環境下制備金屬基納米復合材料與微細零件的工藝方法和裝置已有所見。如授權公告號為CN 101092716B的中國專利文獻公開了一種超臨界流體細微電鍍成型工藝及其裝置，其以SCF-CO₂為電鍍環境進行微結構零件的成型，通過該方法所得的金屬電鍍層表面沉積均勻、無積瘤，且鑄層組織細密平整，但所得鑄層零件為預先光刻（內模）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的中國專利文獻提出了一種超臨界流體電鑄成型制備納米復合材料的方法，其主要是在機械攪拌輔助條件下電沉積制備金屬基納米復合材料，電場分布是固定的，從其參數設置和陰陽極設置來看，不能有效地進行對零部件在三維空間通過電沉積進行加工制備。因而，將當前十分熱門的3D打印技術中三維成型和運動原理運用到超臨界電沉積加工藝中，設計一種可在三維空間內對零部件進行電沉積加工制備的裝置和加工方法，顯得十分必要。

發明內容

本發明的目的是：針對現有技術的不足，提供一種能有效提高電沉積速度、改善沉積質量、在三維空間通過電沉積制備復雜、精密金屬零部件，并能拓寬電沉積技術應用領域的基于超臨界流體3D電沉積加工裝置及方法。

本發明的技術方案是：本發明的基于超臨界流體3D電沉積加工裝置，包括二氧化碳氣瓶、高壓泵、數控控制器、反應器、直流電源和作為被加工零部件的陰極基體；上述的反應器包括本體和機械攪拌器；本體上設有進氣口、排液口和加熱線圈；上述的二氧化碳氣瓶和高壓泵用于使用時向反應器提供二氧化碳氣體；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、驅動絲杠、陽極連接桿和移動陽極；Z向直線電機固定安裝在反應器的本體的上部；驅動絲杠與Z向直線電機傳動連接；陽極連接桿與驅動絲杠固定連接；驅動絲杠內置有與之絕緣的彈性導電線圈；移動陽極陽極連接桿固定連接；移動陽極通過陽極連接桿和驅動絲杠內置的彈性導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向直線電機通過驅動絲杠和陽極連接桿的傳動，可在反應器的本體內上下往復運動；

上述的移動陰極組件包括X向直線電機、X向導軌、X向移動塊、Y向直線電機、Y向導軌、Y向移動塊和夾具；X向直線電機固定安裝在反應器的本體上；X向導軌分前后設有2根；X向導軌固定安裝在反應器的本體內的下端面上；X向移動塊安裝在X向導軌上且在X向直線電機的驅動下可依托X向導軌左右向直線滑動；

Y向直線電機固定安裝在X向移動塊的上端面上；Y向導軌分左右設有2根；Y向導軌固定安裝在X向移動塊的上端面上且Y向導軌與X向導軌垂直設置；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向導軌上且在Y向直線電機的驅動下可依托Y向導軌前后向直線滑動；

夾具的材質為耐酸、耐高壓和高硬度的絕緣工程塑料；夾具設置在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極電連接。

移動陰極組件的X向直線電機和Y向直線電機以及移動陽極組件的Z向直線電機的運行均由數控控制器控制；

上述的驅動絲杠的材質為不銹鋼，內部中空；陽極連接桿為內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行密封；