專利名稱：選擇性射流電鑄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型選擇性射流電鑄裝置所涉及的是電鑄裝置。
電鑄是一種利用金屬離子陰極電沉積原理制取產(chǎn)品的工藝技術(shù)，具有極高的制造精度，已在宇航、核工業(yè)、微機(jī)械等高技術(shù)領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用。然而，由于濃差極化、電場分布不均勻和析氫等因素的影響，導(dǎo)致的電鑄電流效率低、加工時間長、鑄層均勻性差且易出現(xiàn)針孔、麻點(diǎn)以及造成鑄層燒焦等缺陷也嚴(yán)重制約了電鑄技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。為此出現(xiàn)了脈沖電鑄、逆向脈沖電鑄、組合電鑄或增設(shè)輔助陽極、對電鑄液進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌以及將上述幾種方案組合起來形成的復(fù)合電鑄等各種改進(jìn)措施和技術(shù)方案。其中，脈沖電流電鑄在脈沖間隔期間利用金屬離子擴(kuò)散作用補(bǔ)充到達(dá)陰極表面金屬陽離子的數(shù)量；而對電鑄液進(jìn)行攪拌則提高了金屬離子向陰極的遷移速度，這些在一定程度上降低了濃差極化。但由于脈沖間隔的存在，使脈沖電鑄速度的提高是有限的，而對于小尺寸復(fù)雜型腔陰模的電鑄攪拌的作用也很有限。同樣，小尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)也限制了組合電鑄的實(shí)施以及輔助陽極的增設(shè)。所以這些方案和措施都未能徹底解決電鑄存在的問題。
本實(shí)用新型的目的在于針對目前電鑄技術(shù)的缺陷，提供一種能有效降低濃差極化，提高單位面積電鑄速度，克服由電場分布不均和析氫帶來的一些缺陷，并能拓寬電鑄技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一種新型選擇性射流電鑄裝置。
本實(shí)用新型的選擇性射流電鑄裝置，包括工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)、儲液槽、集液槽、循環(huán)泵、加熱器、噴嘴、芯模(陰極)、陽極、電源以及截流閥、溢流閥、過濾器、壓力表、流量計(jì)、電量計(jì)。其特點(diǎn)包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，置于集液槽內(nèi)的陽極腔，陽極置于陽極腔內(nèi)，芯模(陰極)固定于工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)的底面，噴口對著芯模的小口徑噴嘴置于陽極腔上方。
本裝置的選擇性射流電鑄就是將含有高濃度鑄層金屬離子的電鑄液以高速射流的形式，在計(jì)算機(jī)的控制下有選擇地噴向陰極進(jìn)行電鑄的一種數(shù)控電鑄形式。由于電鑄液以高速射流的形式噴向陰極表面能迅速補(bǔ)充陰極表面金屬離子數(shù)量，而且電鑄液以強(qiáng)烈紊流形式流動極大地降低了擴(kuò)散層的厚度，有效地降低了濃差極化，所以可以以遠(yuǎn)高于其他電鑄工藝的電流密度進(jìn)行電鑄，實(shí)現(xiàn)在陰極表面單位面積上的高速電鑄。另外以很細(xì)的射流對陰極表面進(jìn)行掃描仿形，對陰極表面上的每個電鑄點(diǎn)來說，其電場強(qiáng)度和電流密度都是近似相等的，克服了由于電場分布不均勻造成的鑄層厚度的不均勻。最后，由于濃差極化被大幅度地減弱，所以陰極極化過電位將顯著降低，抑制了氫氣的析出，提高了電流效率。即便有少量氫氣析出，在高速液流的沖擊下，微觀氫氣氣泡也難以附著在陰極表面，于是降低了鑄層出現(xiàn)針孔和麻點(diǎn)的可能。綜上，選擇性射流電鑄的核心思想可以歸結(jié)為①利用高速射流提高電流效率，實(shí)現(xiàn)高速電鑄；②利用鑄點(diǎn)的可選擇性改善陰極表面的電場分布，提高電鑄質(zhì)量。另外，由于鑄點(diǎn)的可控性可以很容易地將其推廣到其他應(yīng)用領(lǐng)域，如選擇性電鑄快速成型技術(shù)以及局部電鑄技術(shù)、電鑄焊接技術(shù)和電鑄修補(bǔ)技術(shù)等。所以本發(fā)明的成功應(yīng)用對推動電鑄技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬具有重大意義和經(jīng)濟(jì)價值。
附


圖1.選擇性射流電鑄裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
本選擇性射流電鑄裝置包括陽極腔1、芯模(陰極)2、工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)3、噴嘴4、集液槽5、流量計(jì)6、截流閥7、壓力表8、溢流閥9、過濾器10、循環(huán)泵11、儲液槽12、加熱器13、陽極14、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)PC、電源F以及電量計(jì)H所構(gòu)成。芯模2固定于工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)3的底面上，其口徑為0.1～3mm的噴嘴4置于陽極腔1的上方與芯模相對，與陽極腔的距離盡可能近或做成一體，以縮短電鑄回路的長度，降低金屬離子遷移的歐姆損失。陽極14置于陽極腔內(nèi)，陽極腔又置于集液槽內(nèi)。工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)通過三個驅(qū)動電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工作臺(陰極)和噴嘴在垂直方向(Z向)及水平方向內(nèi)的橫向和縱向(X、Y方向)三個方向的相對運(yùn)動。其工作過程是電鑄液首先再儲液槽中被加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋缓蠼?jīng)循環(huán)增壓裝置(增壓泵或氣體增壓)加壓過濾送至噴嘴的陽極腔，然后經(jīng)過口徑很小的噴嘴(或噴嘴陣列)以高速射流形式噴向固定工作臺上集液槽中的陰極表面。當(dāng)陰陽極接通電鑄直流電源后，電鑄金屬陽極在陽極腔溶解，金屬陽離子由電鑄液攜帶噴向陰極并在陰極表面沉積，形成電鑄電路回路。經(jīng)過電沉積后的低濃度電鑄液由集液槽收集并回流到儲液槽，形成電鑄液循環(huán)。整個電鑄過程實(shí)行計(jì)算機(jī)數(shù)控加工。根據(jù)陰極芯模表面形狀和加工要求編制加工文件并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)加工文件產(chǎn)生控制信號控制驅(qū)動電機(jī)，使噴嘴與陰極產(chǎn)生三個方向的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)電鑄液射流對陰極表面的掃描。同時控制電鑄電源的通斷，實(shí)現(xiàn)在陰極表面指定位置的電沉積。工作臺采用倒置形式，可以有效地避免陰極芯模凹腔集液問題。
權(quán)利要求1.一種選擇性射流電鑄裝置，包括芯模(陰極)(2)、工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)(3)、噴嘴(4)、集液槽(5)、流量計(jì)(6)、截流閥(7)、壓力表(8)、溢流閥(9)、過濾器(10)、循環(huán)泵(11)、儲液槽(12)、加熱器(13)、陽極(14)、電源(F)、電量計(jì)(H)。其特征在于還包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)PC、置于集液槽(5)內(nèi)的陽極腔(1)、陽極(14)又置于陽極腔內(nèi)，芯模(2)固定于工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)底面，小口徑噴嘴(4)置于陽極腔(1)上方與芯模(2)相對。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性射流電鑄裝置，其特征在于小口徑噴嘴4的口徑為0.1～3mm之間。
專利摘要一種選擇性射流電鑄裝置屬電鑄裝置,它包括芯模(陰極)(2)、工作臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)(3)、噴嘴(4)、集液槽(5)、流量計(jì)(6)、截流閥(7)、壓力表(8)、溢流閥(9)、過濾器(10)、循環(huán)泵(11)、儲液槽(12)、加熱器(13)、陽極(14)、電源(F)、電量計(jì)(H)。其特征在于還包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)PC、置于集液槽(5)內(nèi)的陽極腔(1)、陽極(14)又置于陽極腔內(nèi)。本電鑄裝置降低了濃差極化,實(shí)現(xiàn)了單位面積高速電鑄;改善了陰極表面的電場分布,提高了電鑄質(zhì)量。
文檔編號C25D1/00GK2479029SQ0026171
公開日2002年2月27日 申請日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者黃因慧, 云乃彰, 王幫峰, 吳安德, 呂益艷 申請人:南京航空航天大學(xué)