CN102409370A

CN102409370A - 粒子流冲刷电铸工艺及装置

Info

Publication number: CN102409370A
Application number: CN2011104107023A
Authority: CN
Inventors: 戴乃昌
Original assignee: Zhejiang Industry and Trade Vocational College
Current assignee: Zhejiang Industry and Trade Vocational College
Priority date: 2011-12-03
Filing date: 2011-12-03
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明涉及一种特种加工技术，尤其涉及精密电铸工艺及方法。一种粒子流冲刷电铸工艺，其包括：电铸芯模置于内筒中，内筒的外部设置有阳极，在电铸过程中，大量的硬粒子和电铸液从芯模的前方冲向芯模，并由内筒下方的出口流出；硬粒子和电铸液所构成的粒子流对电铸层具有一定的冲击力，其进入内筒的入口流量等于流出内筒的出口流量，保证内筒中充满硬粒子和电铸液所构成的粒子流，并更新电铸液。本发明的有益效果是：阴极静置于内筒中，所述硬粒子在电铸液的带动下冲刷到电铸层的表面。硬粒子不断撞击和磨擦铸层的表面，有效地去除电铸层表面的气泡并对铸层实现机械磨削，提高电铸层的表面光洁度和综合机械强度。

Description

粒子流冲刷电铸工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种特种加工技术，尤其涉及精密电铸工艺及方法。

背景技术

电铸(Electroforming，EF)利用电沉积方法在作为阴极的原型上进行金属材料的沉积，进而加工或复制出符合一定形状和性能要求的精密零件，是电化学沉积技术的重要组成部分。1838年俄国科学家首先采用电沉积方法制备金属铜的电铸层。因电铸技术具有高复制精度和工艺简易性等优点，在之后一百多年的发展历程中，电铸技术得到了迅速的发展和广泛的应用。在电铸技术发展应用的开始阶段，电铸技术主要用在制作浮雕工艺品和塑像方面；到1940年之后，电铸技术逐渐步入工业领域；到1980年之后，电铸技术成为一种高精密制造技术并受到高度重视，已被普遍地应用于电子、汽车和航空宇航等技术领域。一些异形结构的产品和难以用机械方法加工制作的零件，采用电铸技术可以很好地复制出来。电铸技术在留声机唱片、印刷用板的制备方面发挥着举足轻重的作用。电铸技术加工制作的产品还有精密模具、汽车内饰件、波导管、剃须刀网罩、火箭发动机冷却室、微型传感器、铝太阳能集热板、光学、生物医学、仪器仪表等领域中的高精密度的微小零件等。

电铸零件的内表面质量由芯模的表面质量来保证，但是电铸零件的外表面由于析氢和杂散吸附的影响，易出现麻点、针孔、积瘤、应力等缺陷，进而使得电铸层的物理、机械性能下降，甚至变形、开裂。如果氢气泡长期滞留在阴极表面某处，会阻碍金属的沉积，形成凹坑、针孔和麻点等缺陷。

在电铸金属镍的过程中，在镍离子还原的同时，氢离子也在芯模表面放电还原成氢原子吸附于阴极表面，当达到一定程度时，氢原子聚集成氢气泡，有的进入溶液，有的会滞留在阴极表面。如果氢气泡长期滞留在阴极表面某处，会阻碍金属的沉积，形成凹坑、针孔和麻点等缺陷。氢的阴极析出是电铸过程主要的副反应，它还会降低金属电沉积的电流效率，有时甚至使某些金属的电沉积过程无法进行。在阴极上电流密度较大的地方，如边角和四周，电流效率特别低，析氢严重，氢离子的消耗伴随着氢氧根离子相应增加，从而引起金属氧化物和氢氧化物在阴极表面与金属离子的共沉积，造成疏松多孔的沉积层，即出现所谓“烧焦”现象，严重影响电铸零件的成形和性能，甚至无法得到完整的零件。

中国发明专利申请号200410065123.X公开了《阴极运动摩擦法精密电铸成形工艺及装置》，提出了一种旨在提高电铸层质量的工艺及装置，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。它的实现方式是：依靠硬粒子在芯模的带动下不停运动，摩擦、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，改善电铸层质量的目的。但是该专利在实施过程中，需要对芯模实现如旋转、平动等运动，从而和硬粒子之间产生摩擦力。当所获取的电铸层具有较大尺寸结构的情况下，使得芯模结构大、质量大，为实现其如旋转、平动等运动，亦需要较大的能量。本发明旨在提高加工电铸层的加工质量，并大大简化加工装置的复杂性，减少加工过程中的能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粒子流冲刷电铸工艺及装置，以提高电铸层的加工质量和加工速度，利用本发明所制备的电铸层无针孔麻点等缺陷、机械综合性能好。

为实现上述目的，本发明公开了一种粒子流冲刷电铸工艺，其包括：电铸芯模置于内筒中，内筒的外部设置有阳极，在电铸过程中，大量的硬粒子和电铸液从芯模的前方冲向芯模，并由内筒下方的出口流出；硬粒子和电铸液所构成的粒子流对电铸层具有一定的冲击力，其进入内筒的入口流量等于流出内筒的出口流量，保证内筒中充满硬粒子和电铸液所构成的粒子流，并更新电铸液。

本发明公开了一种实现上述粒子流冲刷电铸工艺的装置，其包括硬粒子、电铸槽、内筒、储液槽、泵、喷头、阳极和芯模，芯模置于所述内筒中，所述内筒的外部和电铸槽的内部设置有所述阳极，所述内筒的上部设置有喷头，所述内筒的下部开有出口，泵把电铸液和硬粒子从所述储液槽中吸出并输送到所述喷头内。

优选地，所述储液槽中还设置有加热器用于维持电铸液处于恒温状态。

优选地，所述芯模上的电铸层方向朝上，所述喷头位于所述芯模的上方，其喷射方向朝向所述芯模。

和传统技术相比，本发明的有益效果是：

阴极静置于内筒中，所述硬粒子在电铸液的带动下冲刷到电铸层的表面。硬粒子不断撞击和磨擦铸层的表面，有效地去除电铸层表面的气泡并对铸层实现机械磨削，提高电铸层的表面光洁度和综合机械强度。

因此利用本发明所公开的粒子流冲刷电铸工艺及装置，能以高效节能的方式制备出优良的电铸层。所述芯模在电铸过程中不需要运动，从而使加工设备得以大大简化、能耗降低。

所述电铸液和硬粒子从所述内筒的上方进入，并从下方的出口流出，使电铸液能够获得高效的更新，并提高电铸层的质量。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明粒子流冲刷电铸工艺及装置一个具体实施例中的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种粒子流冲刷电铸工艺及装置，用于制备无针孔麻点等缺陷、机械综合性能好的电铸层，并且工艺性好，设备简单，能耗低。

电铸过程的装置如图1所示。所述芯模3的材质为0Cr18Ni9，放在涤纶布制作的封闭的内筒2中，所述电铸槽1的内部和所述内筒2的外部放置有作为阳极的Ni球8。所述储液槽9中的电铸液通过泵6进行循环供液，以保持的电铸液的不断更新。所述芯模3的上部设置有所述喷头7，粒子流通过所述喷头7喷射到所述芯模3的上表面。

以下是电铸液的配方和工艺参数

图1中，4为流量调节阀，其作用用于调节粒子流流量的大小。5为过滤器，如果硬粒子的颗粒比较大，则可以省掉过滤器5；如果硬粒子的颗粒比较小，则可以配备过滤器5，采用粗过滤器，其过滤能力不能滤掉硬粒子。

以下结合附图1，进一步阐述本发明的有益效果和工作原理：

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种粒子流冲刷电铸工艺，其特征在于：

电铸芯模置于内筒中，内筒的外部设置有阳极，在电铸过程中，大量的硬粒子和电铸液从芯模的前方冲向芯模，并由内筒下方的出口流出；

硬粒子和电铸液所构成的粒子流对电铸层具有一定的冲击力，其进入内筒的入口流量等于流出内筒的出口流量，保证内筒中充满硬粒子和电铸液所构成的粒子流，并更新电铸液。

2.一种实现上述粒子流冲刷电铸工艺的装置，其特征在于组成如下：硬粒子、电铸槽、内筒、储液槽、泵、喷头、阳极和芯模，芯模置于所述内筒中，所述内筒的外部和电铸槽的内部设置有所述阳极，所述内筒的上部设置有喷头，所述内筒的下部开有出口，泵把电铸液和硬粒子从所述储液槽中吸出并输送到所述喷头内。

3.根据权利要求2所述的粒子流冲刷电铸工艺的装置，其特征在于：所述储液槽中还设置有加热器用于维持电铸液处于恒温状态。

4.根据权利要求2所述的粒子流冲刷电铸工艺的装置，其特征在于：所述芯模上的电铸层方向朝上，所述喷头位于所述芯模的上方，其喷射方向朝向所述芯模。