[發明專利]聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置及方法

在審

• 申請號: 202011142935.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112359396A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 任萬飛;許金凱;孫曉晴;于化東;田坤
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: C25D17/00
• 分類號: C25D17/00;C25D5/02;C25D3/38;C25D21/12;C25D5/20;C25D5/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 王楠楠;李曉莉

本發明公開了一種聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置及方法，屬于微細電化學沉積領域，電化學微增材制造裝置包括隔振平臺、X軸移動系統、Y軸移動系統、Z軸移動系統、電解池系統、探針系統、微控制器、激光系統以及超聲系統，方法為采用上述電化學微增材制造裝置進行聲子光子復合作用下的電化學微增材制造，本發明結合了超聲輔助和激光表面改性的優勢，達到增加金屬離子的動能和活度的作用，實現提高溫度梯度和濃度梯度的效果，促進具有納米晶或者納米欒晶的金屬成型。在激光誘導下，在陰極表面形成更多的形核點，進而提高電化學沉積效率和沉積質量。

技術領域

本發明屬于微細電化學沉積領域，具體涉及一種聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置及方法。

背景技術

定域電化學微增材制造是近些年發展起來的新興技術，得益于精密電鑄的發展，定域電化學微增材制造向兩個方向進行發展，一是逐步極限減小微陽極的直徑/孔徑；二是固定陰陽極位置形成固定電場，通過減少金屬電解質溶液的微量擠出而形成較高的電流密度。但現有定域電化學沉積效率低。

納米超聲振動平臺產生的聲子產生的波動來影響金屬離子和原子成核結晶過程。聲子在溶液中的傳播改善了電極雙電層的厚度，增加金屬離子的通量，超聲的空化作用加速了局域金屬離子的速度，增加了金屬離子的動能。在金屬原子成核時，聲子加速下的金屬原子進入晶格時的初始動能更大。定域沉積時更容易獲得具有納米晶以及納米欒晶的金屬。

利用飛秒激光器產生光子對局部溶液進行加熱和擾動，增加的光子改變電解質溶液的熱平衡狀態，溫度梯度的產生加速了溶液中金屬離子的對流、擴散和電遷移的速率。增加了局部電化學區域內的金屬離子通量，加速了電化學的沉積過程。光子在溶液中的傳播活化了陰極表面的狀態，增加表面的成核點，提高金屬原子成核速度，提高沉積效率。

目前對于聲子光子復合定域電沉積制造技術現有方法鮮有報道。因此現有技術當中亟需要一種新型的技術方案來解決高效定域電化學沉積這一問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置及方法，通過聲子和光子復合作用下的定域電化學沉積方法，不僅可以增加溶液中離子的初始動能，而且可以增加局域電化學中的溫度梯度和濃度梯度，增加微區內離子的運動通量，改善沉積情況，實現高效沉積，用來解決定域電化學沉積的技術難題。

聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置，其特征在于，包括：隔振平臺、X軸移動系統、Y軸移動系統、Z軸移動系統、電解池系統、探針系統、微控制器、激光系統以及超聲系統，所述X軸移動系統安裝在隔振平臺的臺面上；所述Y軸移動系統安裝在X軸移動系統上，Y軸移動系統的輸入端和X軸移動系統的輸入端均與微控制器連接，Y軸移動系統和X軸移動系統構成平面二維移動機構；所述電解池系統固定在Y軸移動系統的頂部，在微控制器驅動下，Y軸移動系統和X軸移動系統形成的平面二維移動機構帶動電解池系統按照預設運動軌跡在二維平面內運動，電解池系統包括工作電極、對電極以及Ag/AgCl參比電極，對電極為槽型結構，工作電極和Ag/AgCl參比電極置于對電極內部，工作電極、對電極和Ag/AgCl參比電極形成三電極體系，并配置為對電極和工作電極之間施加電偏壓，對電極中填充有浸沒工作電極和Ag/AgCl參比電極的稀硫酸，稀硫酸是濃度為51mM的稀硫酸，pH值為1至3；

所述探針系統的輸入端與微控制器連接，探針系統包括微探針和探針支架，探針支架固定在對電極的內壁上，探針支架上開設有探針孔；微探針內部填充有硫酸銅溶液，微探針的一端為尖端，微探針的另一端固定在Z軸移動系統上，微探針的尖端穿過所述探針孔延伸至對電極內，且位于稀硫酸液面以下，同時微探針的尖端具有供硫酸銅溶液流出的孔道，微探針與外界壓力控制器連接，壓力控制器用于控制硫酸銅溶液從微探針的擠出量；