CN100412235C - 阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
一种阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺及装置，其工艺在于将电铸芯模埋在堆满硬粒子的电铸槽中，并以适当的方式(如旋转、平动等)运动。硬粒子在芯模的带动下不停运动，磨擦、冲击芯模表面，迅速、有效彻底地去除吸附气泡和沉积表面的积瘤，减薄甚至消除扩散层，扰动结晶过程，达到提高电铸速度，改善铸层质量的目的。其装置包括电机(1)、电铸槽(5)、隔离板(7)、储液槽(12)、磁力泵(11)、过滤器(10)、球阀(8)、溢流阀(9)、温控仪(14)、加热器(13)、电源(15)、导电装置(16)，其特点是还包括由传动装置(2)、硬粒子(6)、电铸芯模(3)、阳极(4)或颗粒状阳极(17)及像形阳极篮(18)所组成的电铸过程装置。应用本发明能以较快的速度制备出致密性好、结晶细小、表面平整光亮的电铸材料和各类形状的电铸零件。
Description
技术领域
本发明的阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺及装置属精密电铸工艺方法及装置。
背景技术
电铸是一种精密特种加工方法，它利用金属离子在阴极表面电沉积的原理进行零件的成形加工，具有很高的复制精度和重复精度。电铸成形技术在现代工业中越来越受到重视，已成功地应用于火箭发动机喷管、电加工电极、破甲药型罩、微型机械构件、航空微型传感器、微型波纹管、精密模具等零件的制造。
但电铸技术还存在着一些缺陷和局限性，如在电铸过程中，随着金属离子的沉积，会有氢气等气体从阴极表面析出，并以气泡的形式滞留在阴极表面，阻碍金属沉积，造成铸件表面出现麻点、针孔等缺陷，使电铸层的物理、机械性能下降；由于尖端放电效应和杂质的影响，铸层表面容易产生积瘤、应力等缺陷，造成铸层均匀性差，整体沉积速度下降及合金成分不均匀；适用的电流密度较低，沉积速度慢，加工周期长；等等。这些问题的存在严重阻碍了电铸工艺技术整体水平的提高及电铸技术的应用和发展。因此，探索一种能克服上述缺陷、获得良好铸层的实用电铸技术一直受到国内外研究人员和企业的重视。
在电镀生产实践中，人们常使用添加剂来消除气泡，细化晶粒，减小应力，改善铸层质量；通过高速冲液、喷射法、阴极移动或用磨粒磨擦阴极表面等方法来降低阴极表面扩散层厚度，提高电铸速度。但上述方法都局限于电镀领域，并不适用于电铸成形。
本发明通过芯模在浸入电铸液的硬粒子中以适当的方式和速度运动，带动硬粒子磨擦、冲击阴极表面，迅速、有效彻底地去除吸附气泡和沉积表面的积瘤，减薄扩散层，扰动结晶过程，从而有效地提高电铸速度，改善铸层质量，获得外表面光滑平整的零件。
发明内容
本发明的目的在于针对现有电铸技术的不足，提供一种能制造出致密性好、结晶细小、铸速较高的精密电铸成形工艺及其装置。本发明的工艺特征在于：1、电铸芯模埋在堆满硬粒子的电铸槽中，根据加工零件的具体形状确定适当的运动方式，如旋转、平动等；采用硬度较大的非金属硬粒子，其密度要大于电铸液的密度，如陶瓷球、玻璃球、磨粒等，浸入电铸液中；通过硬粒子在电铸芯模带动下的不停运动，对芯模表面进行磨擦、冲击、扰动，迅速、有效彻底地去除吸附气泡和沉积表面的积瘤，减薄扩散层，提高电铸速度，改善晶体生长，有利于获得组织致密、晶粒细化的电铸层；2、电铸液的供液方式，是从电铸槽底部进行供液，有利于沉积过程中金属离子的补充。
实现本电铸成形工艺的装置包括盛满电铸液的储液槽，置于电铸液中受温控仪控制的加热器，由磁力泵、过滤器、溢流阀和球阀所组成的循环供液系统，其特点还包括硬粒子堆放在电铸槽内隔离板上方的电铸液中，电机通过传动装置与埋入硬粒子中的电铸芯模相连，电铸芯模通过导电装置与电源负极相连，与电源正极相连的阳极埋入浸于电铸液内的硬粒子中。
如果阳极采用板状阳极，则与电铸芯模平行地埋入堆放在电铸液中的硬粒子中；如果阳极采用的是颗粒状阳极，则将颗粒状阳极围绕与芯模外形相对应的且填满硬粒子的像形阳极篮外壁放置。
可见，本发明的特点是：1、电铸芯模通过传动装置，针对不同的零件形状，实现相应的运动方式；2、硬粒子堆放在隔离板上方电铸芯模和阳极的周围，或像形阳极篮内。上述装置不仅能有效去除电铸层因析氢而产生的气孔，减薄沉积表面离子扩散层厚度，提高电铸速度，改善铸层质量，而且能电铸成形各种形状的零件。
因此，采用上述电铸工艺方法及装置，能以较快的速度制备出致密性好、结晶细小、表面平整光亮的电铸材料和各类形状的电铸零件。
附图说明
图1是阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺装置整体结构示意图。
图2是颗粒状阳极电铸过程装置结构示意图。
图1中标号名称：1、电机，2、传动装置，3、电铸芯模，4、阳极，5、电铸槽，6、硬粒子，7，隔离板，8、球阀，9、溢流阀，10、过滤器，11、磁力泵，12、储液槽，13、加热器，14、温控仪，15、电源，16、导电装置。
图2中的标号名称：17、颗粒状阳极，18、像形阳极篮，其他名称与图1中的标号一致。
具体实施方式
实施本发明——“阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺”的装置，如图1所示，其装置包括电机(1)、电铸槽(5)、隔离板(7)、储液槽(12)、磁力泵(11)、过滤器(10)、球阀(8)、溢流阀(9)、温控仪(14)、加热器(13)、电源(15)、导电装置(16)。其特点是所述电铸过程装置，包括电铸芯模(3)通过传动装置(2)，针对不同的零件形状，实现相应的运动方式；硬粒子(6)堆放在隔离板(7)上方阴极(3)和阳极(4)的周围，完全浸在电铸液中。
图2所示的是颗粒状阳极电铸过程装置结构示意图。硬粒子(6)堆放在像形阳极篮(18)内，覆盖阴极，完全浸在电铸液中；颗粒状阳极(17)围绕篮(18)的外壁放置。
采用的硬粒子(6)应该是硬度较大的非金属硬粒子，其密度要大于电铸液的密度，可以是球状、珠状和其他不规则形状的粒子，如陶瓷球、玻璃珠、磨粒等，其大小一般在0.5～2mm，根据零件的具体形状和尺寸，也可以选用小于0.5mm或大于2mm的粒子。
本发明专利“阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺”原理及过程：采用可导电的材料(如不锈钢、纯钛、铝合金等)加工而成的芯模(3)作阴极，芯模的外形与电铸零件的内腔尺寸一致；根据零件的材料和外形尺寸，选择硬粒子的种类和大小；采用板状阳极，与芯模外形平行放置，或采用颗粒状阳极，用绝缘材料制作和芯模外形相对应的像形阳极篮(18)；电铸液循环过滤(8～12)，并通过温控加热装置(13、14)，保持温度恒定；根据零件的具体形状，确定阴极的运动方式，对于回转体零件可采用旋转运动，对于其他形状零件可采用平动方式；电铸时，用直流或脉冲电源(15)通电，芯模(3)运动的同时，电铸液从阴极底部进行供液，在阴极离子沉积过程中，通过硬粒子(6)对芯模(3)表面进行磨擦、扰动，不仅能去除吸附气泡和沉积表面的积瘤，减薄扩散层，提高电铸速度，改善晶体生长，获得组织致密、晶粒细化的电铸层，而且能电铸成形各种形状的零件。电铸层达到规定厚度后，切断电源，停止电铸，将芯模取出，清洗干燥后，分离金属沉积层，即可得到所需要的满足性能要求的电铸零件。
Claims (4)
1. 一种阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺，其特征在于：
(1)电铸芯模埋入堆满非金属硬粒子的电铸槽中，根据加工零件的具体形状，确定运动方式，使非金属硬粒子在电铸芯模的带动下，不停地运动，磨擦、冲击芯模表面，以迅速、有效地去除吸附气泡和沉积表面的积瘤，减薄扩散层，扰动结晶过程；
(2)电铸液的供液方式，采用在沉积过程中有利于不断补充金属离子的从电铸槽底部向电铸槽内的方式。
2. 一种阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺的装置，包括盛满电铸液的储液槽(12)、置于电铸液中受温控仪(14)控制的加热器(13)，由磁力泵(11)、过滤器(10)、溢流阀(9)和球阀(8)所组成的循环供液系统，其特征在于还包括非金属硬粒子(6)堆放在电铸槽内(5)隔离板(7)上方的电铸液中，电机(1)通过传动装置(2)与埋入非金属硬粒子(6)中的电铸芯模(3)相连，电铸芯模(3)通过导电装置(16)与电源(15)负极相连，与电源正极相连的阳极(4)埋入浸于电铸液内的非金属硬粒子(6)中。
3. 根据权利要求2所述的阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺的装置，其特征在于，板状阳极(4)与电铸芯模(3)平行地埋入非金属硬粒子(6)中。
4. 根据权利要求2所述的阴极运动磨擦法精密电铸成形工艺的装置，其特征在于，颗粒状阳极(17)围绕与电铸芯模(3)外形相对应的且填满非金属硬粒子(6)的像形阳极篮(18)外壁放置。
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