[發明專利]一種用于制造螺旋形金屬構件的電鑄方法

在審

• 申請號: 202211081150.0
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115369454A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 明平美;張亞賽;周濤;李倫旭;李真明;牛屾;王建樹;程快樂;鄭興帥;秦歌
• 申請（專利權）人: 河南理工大學;南通美精微電子有限公司
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于電鑄技術領域，具體為一種用于制造螺旋形金屬構件的電鑄方法。雖然射流電鑄可實現具有復雜空間結構金屬構件的增材制造，但由于其沉積成形精度不高，尚無法滿足應用需求。為此本發明提出了一種用于制造螺旋形金屬構件的電鑄方法，具體為固定噴嘴的空間位置，在電場作用下，噴嘴噴射出的電解液內的金屬離子被還原為金屬原子并沉積在芯軸上設置的導電基座上，同時驅動柱狀芯軸運動，金屬層便纏繞著芯軸螺旋生長。本方法所采用的噴口與芯軸截面均可更換為多種形狀，因此可制造多種空間結構的螺旋形金屬構件。本發明所提出的電鑄方法電鑄所得金屬構件的空間形狀精度高且可實現多種截面形狀、空間結構螺旋形金屬構件的電鑄制造。

技術領域

本發明專利屬于電鑄技術領域，具體涉及一種用于制造螺旋形金屬構件的電鑄方法。

背景技術

電鑄加工是根據電化學陰極沉積原理在陰極基底上實現金屬基制件精密制造的一種特種加工技術，也是以增材方式實現成材-成性-成形一體化制造的低溫成形技術。相較于以激光束、電子束等為能源的金屬增材式制造技術，電鑄所得金屬構件的空隙、翹曲等缺陷少，材質更致密，內應力更小，表面質量更好。所以，最近幾年，基于電鑄工作原理的增材制造技術日益受到科技界的關注，多種不同工作方式的三維電鑄制造方法被開發出來。

電鑄技術可分為基于掩膜的電沉積技術與無掩膜電沉積技術。常規掩膜電沉積技術雖可實現高精度地成型制造，但由于受掩膜制造的限制而無法實現復雜空間結構的高深寬比金屬構件的電鑄制造。而無掩膜電沉積技術可實現較高自由度的復雜空間結構地金屬成形制造，是當前電鑄技術的研究熱點之一。無掩膜電沉積技術可分為彎月面限域電沉積、陽極誘導電沉積、噴射電沉積、液束限域電沉積等。

彎月面限域電沉積技術的原理為在微型移液管出口與陰極基底之間建立的穩定電解液液橋，以穩定的電解液液橋做為微型反應池，在陰極表面不斷進行金屬原子沉積的同時驅動微型移液管相對于陰極基底做精密運動，從而實現復雜空間結構金屬構件的電鑄制造。但由于電解液液橋幾乎無流動，陰極表面被消耗的金屬離子無法及時得到補充，電沉積成型速度極慢，難以滿足金屬構件的快速制造需求。

專利號為US 5641391的美國專利提出了一種陽極誘導電沉積技術，該技術原理為在電解液內部利用尖端定向的局域電場來誘導電化學反應，在陰極基底上沉積形成復雜空間結構的金屬構件，該技術中形成的電場分布范圍高度局域化，電沉積區域受到嚴格限制。電鑄所得金屬構件的精度取決于陽極尖端運動控制系統的精度，這就對運動系統的空間運動精度提出了很高的要求。

專利號為US 3810829的美國專利基于噴射電沉積技術提出了一種掃描噴嘴電沉積加工系統，該系統中的噴嘴高速噴射出的“陽極化”電解液沖擊在陰極基底上，在電場的作用下電解液內的金屬離子被還原為金屬原子并在陰極基底表面不斷堆積，通過驅動噴嘴相對于陰極基底運動即可實現具有復雜空間結構金屬構件的電鑄制造。但由于驅動噴嘴運動的同時，處于高速流動的電解液液柱內部傳質均勻性及電流密度分布均勻性勢必受到影響，對電鑄金屬構件的成形精度造成了不良影響，所得不平整的陰極表面與不穩定的高速電解液流動進一步加劇了電沉積過程的不均勻性，因此該技術難以實現較高厚度金屬構件的精密電鑄制造。

有研究人員在噴射電沉積技術的基礎上對電解液液束的流動成形進行了研究，提出了一種液束限域電沉積增材制造技術。該技術以高品質的穩態電解液液束流來實現高精度金屬構件的電鑄制造，通過對噴射電沉積中電解液液束的流動特性進行優化實現了高度為14.2mm、長徑高達30圓形截面金屬構件的電鑄制造，之后電鑄制造了具有復雜空間結構的螺旋狀金屬構件，但由于受運動控制精度等因素影響所得螺旋狀金屬構件的空間幾何精度低。同時噴嘴噴射出的電解液液束受表面張力影響橫截面為圓形，因此電鑄所得金屬構件截面也為圓形，該技術無法滿足多樣化的電鑄需求。

發明內容

為實現螺旋形金屬構件的電鑄，本發明所采用的技術方案如下。

一種用于制造螺旋形金屬構件的電鑄方法，其特征在于：它包括以下順序實施的步驟：