[發明專利]空心激光的光內送粉復合電沉積加工方法及其裝置

有效

• 申請號: 201611051343.6
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106757285B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 張朝陽;焦健;戴學仁;楊敬博;蔣雯;曹增輝;顧秦銘
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C25D5/18;C25D17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了空心激光的光內送粉復合電沉積加工方法及其裝置，涉及到復合材料電化學沉積加工，屬于制造技術中的特種加工領域，該裝置將空心陽極管垂直置于空心激光中，顆粒從陽極噴射而出，顆粒在激光聚焦區被打散落入溶液中，激光照射溶液產生高溫高壓的等離子體，等離子體對外膨脹過程中產生的射流沖擊力分散顆粒，使顆粒能夠均勻的到達陰極表面，被陰極捕獲，從而更容易進入鍍層，形成納米顆粒復合鍍層。激光的沖擊作用降低了傳統復合電沉積過程中粒子團聚的幾率，提高了顆粒復合量，能夠顯著提高沉積層質量。同時激光的熱效應可以加快電化學反應速率，提高沉積速度。

技術領域

本發明涉及制造技術中的特種電沉積領域，尤其涉及到空心激光的光內送粉復合電沉積加工方法及其裝置，適用于高性能復合鍍層的加工。

背景技術

復合電沉積是根據電結晶理論和彌散強化理論，通過電化學方法使一種或者數種不溶性的固體顆粒、惰性顆粒與金屬離子發生共沉積，以形成復合鍍層的電化學沉積技術。復合鍍層相比于單相鍍層具有更好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性等，在當今材料科學的發展中獲得了廣泛的關注。

在復合沉積的前期準備中需要將顆粒在沉積液中均勻分散，因此在傳統復合沉積之前溶液需在超聲波中分散30min～60min，在沉積過程中也必須攪拌，才能保持顆粒的懸浮狀態。但當溶液中顆粒數量較多時，粒子之間的范德華力超過相互之間的斥力，便會引起顆粒團聚。粒子團聚會降低鍍層致密性和耐腐蝕性，降低了鍍層性能。因此如何有效的讓顆粒懸浮以及在加工過程中避免顆粒團聚是目前復合沉積研究的重點。

關于復合電沉積中顆粒易團聚問題，國內外學者已經進行了初步的研究。中國專利“一種采用磁場輔助復合電鍍的方法”，專利號CN105568348A提出：將核殼結構的磁性三氧化二鐵微粒超聲分散在鍍液中，在磁場的作用下，分散液中的核殼結構磁性微粒吸附在陰極表面，吸附在陰極的核殼結構磁性微粒隨沉積金屬層厚度增加，逐步復合到金屬鍍層中，形成復合鍍層。這種采用磁場輔助復合電鍍的方法在一定程度上能夠解決鍍液中微粒分散的技術問題，但因核殼形磁性顆粒制造困難，因此局限性很大。

激光具有強度高、能量大、相干性好等優點，將激光作用于電沉積體系有利于提高沉積速度，加快液相傳質，減小濃差極化。將激光運用到電沉積體系，國內外學者也進行了初步的研究，中國專利“一種脈沖激光電鍍裝置”，專利號為CN102817051A提出了以高密度激光照射待處理樣品表面，造成局部溫升和微區攪拌，從而誘發或增強輻照區的化學反應，電鍍速度提高二至三個數量級。

國內外對于復合沉積中顆粒分散的研究主要集中在依靠磁場，機械攪拌等，但當液體中顆粒含量過高時，顆粒依然容易團聚。在激光與電沉積復合體系中，激光的作用主要是加快反應速度，細化鍍層晶粒。缺點是一方面當要進行復合沉積加工時，由于顆粒對激光的阻擋、反射、吸收等，造成激光不易照射到陰極基板表面。另一方面溶液顏色對于光線的吸熱系數也有很大影響，因此當溶液具有較低吸熱系數時，很大程度上降低了激光的熱效應。

發明內容

本發明的目的是提出空心激光的光內送粉復合電沉積加工方法，該方法利用正棱鏡和負棱鏡的組合構建了一個空心激光發生裝置，且空心激光內徑大小可調，空心陽極管通過夾具垂直置于空心激光內，空氣壓縮機將顆粒從顆粒存儲室吹入陽極管內，利用激光照射溶液產生的等離子體沖擊波分散顆粒，可以有效解決由于粒子間范德華力超過相互之間的斥力引起的團聚現象；提高顆粒在鍍層中的分布均勻性，加快沉積速度，獲得功能性復合材料；

本發明的另一個目的是針對現有技術的不足，提出了空心激光的光內送粉復合電沉積裝置，該裝置將粉末噴射技術與激光電沉積技術相結合，既省去了前期配制帶有顆粒溶液的步驟，又省去了加工過程中的攪拌。極大簡化了激光復合電沉積的步驟；

本發明是通過如下的技術方案得以實現的：

空心激光的光內送粉復合電沉積加工方法，包括如下步驟：