CN109778290A - 一种可溶性阳极机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可溶性阳极机构，属于电沉积领域。该机构包括呈薄壁圆筒状的搅拌桨、同中心轴线地置于搅拌桨内部的棒状阳极、对称地安设于搅拌桨两端的端头、阳极套、设有内环的端套、设有中心通孔的支撑轴、导电柱、固定架、蜗轮和蜗杆；所述的支撑轴可转动地置于端头的内部且二者的旋转中心线重合；所述的端套螺纹配合联接地套接在端头上，且外凸台凸入内环的内部；所述的棒状阳极与所述的支撑轴的两端头固定对接在一起；所述的导电柱置于中心通孔内且与棒状阳极紧密接触。本发明提高了加工效率，极大地改善了沉积层厚度的均匀性和可控性，从而提高了产品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及电沉积加工领域，具体是一种可溶性阳极机构。
背景技术
电沉积是一种基于电化学沉积原理的成形、成材和成膜技术，具有能精确再现微细纹路、工艺温度低、结构-性能-形貌易协同调控、加工对象材料与几何特征尺寸受限小等特点，在航空航天、国防武器、精密机械、微电子、工艺品、表面工程等领域应用广泛。电沉积层/件的形貌特征与性能取决于电沉积系统中的所有关联要素。虽然其评价指标如颜色、光亮度、硬度、耐腐蚀性、导电导热性、厚度均匀性等因应用不同而各有侧重，但是，厚度均匀性却共同关注。这是因为，沉积层/件厚度的不均意味着其所依存产品的色泽、性能、功能或精度等的分布不均。而在传统挂镀中，电沉积加工的出的金属制件往往会存在微观和宏观的不均匀性。
专利CN108588803A提出了一种利用输出超窄带状电流的惰性线阳极贴近（而不接触）阴极表面进行往复扫描而实现电沉积的新方法。该法极大地克服了常规电沉积方式的不足，通过金属微量逐层叠加的方式来显著提高沉积件的均匀性和厚度可控性。但该法使用的阳极为电化学惰性材料，即不溶性阳极。不溶性阳极的应用必然会导致阳极附近溶液中的氢氧根离子被氧化（副反应）而形成大量氧气(泡），同时大幅度降低电流效率，而粘附在阳极表面的气泡不可避免地会产生诸如阴极电流分布畸变、阴极电流被屏蔽、阻碍电解液流动等负面作用，进而导致沉积金属层出现这样那样的缺陷。而且，不溶性阳极的使用所带来的另外一个问题是，被阴极反应消耗的金属离子因无法得到及时补充而导致溶液组分难以维持稳定，铸层性能因此波动大。因此，有必要提出一种新的用于扫描式电沉积新方法的阳极机构，以使其既能输出必需的超窄分布电流，又能按需溶解以避免氧气的析出和电解液组分的失衡，进而使新电沉积方法更好地满足工程应用需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的用于扫描式电沉积新方法的阳极机构，以使其既能输出必需的超窄分布电流，又能按需溶解以避免氧气的析出和电解液组分的失衡，进而使新电沉积方法更好地满足工程应用需要。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可溶性阳极机构，其特征在于：它包括呈薄壁圆筒状的搅拌桨、同中心轴线地置于搅拌桨内部的棒状阳极、对称地安设于搅拌桨两端的端头、阳极套、设有内环的端套、设有中心通孔的支撑轴、导电柱、固定架、蜗轮和蜗杆；所述的搅拌桨的正下方设有窄缝；所述的搅拌桨的与窄缝正对的正上方设有通孔；所述的搅拌桨的两端部设有外凸台；所述的支撑轴可转动地置于端头的内部且二者的旋转中心线重合；所述的端套螺纹配合联接地套接在端头上，且外凸台凸入内环的内部；所述的蜗轮固定于支撑轴上；所述的固定架可拆卸地固定于端头的外侧；所述的蜗杆与蜗轮啮合联接且两者的旋转中心轴线相互垂直；所述的棒状阳极与所述的支撑轴的两端头固定对接在一起；所述的导电柱置于中心通孔内且与棒状阳极紧密接触。
所述的阳极套套在棒状阳极上。
所述的棒状阳极的材质为镍、铜等易于电化学溶解的活泼金属。
所述的搅拌桨的侧壁厚度为0.1~0.3mm，以便于搅拌桨空腔内的电解液与槽液的传质与更新。
所述的窄缝的宽度为0.05~0.1mm，以期输出超窄带状分布电流。
所述的通孔的直径为0.5~2mm，相邻孔间距为0.5~2cm，以保证搅拌桨空腔与外界大气压相通以及棒状阳极附近可能产生的极少量的气泡的排出。
所述的棒状阳极的直径比所述的搅拌桨的内径小1~2cm，以便于棒状阳极的旋转、容纳适当体积的电解液以及便于内外电解液交换与更新。
所述的搅拌桨、端头、端套、支撑轴、蜗轮、蜗杆和固定架均为由耐酸碱腐蚀的电绝缘高分子材料制成的制件。
本发明的工作原理如下。
工作时，调整薄壁圆筒状的搅拌桨的两端的端头与端套配合联接螺纹副的联接长度，以使搅拌桨通过内环挂拉外凸台的拉力作用让其始终保持圆柱体状态。然后，调整搅拌桨的位置与姿态，以使它的窄缝位于最下方且与水平放置的阴极基底表面保持平行，同时保持窄缝与阴极基底表面之间的距离为0.1~0.5mm以达到易实现性与输出电流高度局域性的平衡。调节槽液高度使电解液液面没过棒状阳极的中心轴线以使棒状阳极与电解液充分接触并均匀溶解。与搅拌桨保持同步往复直线运动的电机，通过蜗轮蜗杆将动力传递到安装蜗轮的支撑轴上，从而带动与支撑轴内侧对接的棒状阳极在搅拌桨内做速度可调的匀速旋转运动。将分别穿插于支撑轴中心通孔处并与棒状阳极紧密接触的两个导电柱的伸出端与电源正极相连，将阴极基底与电源负极相连。加工时，首先使棒状阳极在搅拌桨内做匀速旋转运动，同时调整搅拌桨往复运动的行程，以使它的运动起/终点位置处于阴极区外的某个适当位置，然后让转动着的棒状阳极随搅拌桨从起点开始做直线扫描运动并接通电源，运行到阴极区上方的棒状阳极便通过搅拌桨的窄缝向阴极基底输送高度集中的超窄带状分布的电流，于是搅拌桨所到之处便有金属离子被还原析出而堆积在阴极基底上。随着搅拌桨的持续往复运动，金属便以微量逐层叠加的方式沉积在阴极基底上。在此过程中，棒状阳极的旋转可促进搅拌桨内外电解液的交换与更新，以能为电沉积过程创造良好的传质条件并使可溶性阳极能得以均匀溶解。此外，它的旋转也有利于可能产生的气体/气泡排出到搅拌桨外，以维持好的加工状态。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
1、沉积层质量更好，溶液组分稳定
本发明利用可溶性阳极代替现有技术中的不溶性阳极，一方面阳极析出气体的副反应能大幅减小，基本避免了阳极粘附气泡对电沉积过程与沉积层的影响；另一方面，它能及时按需向电解液补充阴极反应消耗的金属离子，能基本维持电解液组分的稳定，因此，电沉积层质量更好，电解液组分稳定且易维护。
2、机构设计巧妙，易于实现，实用性好
本发明的一种可溶性阳极机构，通过在薄壁圆筒状的搅拌桨下方设置窄缝把棒状阳极的本是向四周发散的电流集中起来并调制为高度集中的超窄带状分布的电流输出到阴极上，达到现有技术超细线状不溶性阳极的效果，且搅拌桨可控速旋转以满足不同的需求，机构设计巧妙。此外，整个机构各组件大都可拆卸式装配，易于维护与更换。
附图说明
图1是本发明一种可溶性阳极机构的结构示意图。
图2是本发明一种可溶性阳极机构的搅拌桨示意图。
图3是本发明一种可溶性阳极机构的端套示意图。
图4是本发明一种可溶性阳极机构的支撑轴示意图。
图中：1、搅拌桨；1-1、通孔；1-2、窄缝；1-3、外凸台；2、阳极套；3、棒状阳极；4、端套；4-1、内环；5、端头；6、蜗轮；7、支撑轴；7-1、中心通孔；8、导电柱；9、固定架；10、蜗杆；11、轴承；12、阴极基底。
具体实施方式
下面以沉积镍为例，结合附图对本发明的实施方式进行进一步说明。
如图1所示，一种可溶性阳极机构，它包括呈薄壁圆筒状的搅拌桨1、同中心轴线地置于搅拌桨1内部的棒状阳极3、套在棒状阳极3上的阳极套2、对称地安设于搅拌桨1两端的端头5、设有内环4-1的端套4、设有中心通孔7-1的支撑轴7、置于支撑轴7的中心通孔7-1内且与棒状阳极3紧密接触的导电柱8、固定架9、轴承11、蜗轮6和蜗杆10；搅拌桨1的侧壁厚度为0.2mm，其正下方设有宽度为0.1mm的窄缝1-2；窄缝1-2与水平放置的阴极基底12表面保持平行，同时保持窄缝1-2与阴极基底12表面之间的距离为0.5mm；与窄缝1-2正对的正上方设有直径为2mm的通孔，相邻孔间距为1cm；搅拌桨1的两端部设有沿搅拌桨1圆周方向环绕的外凸台1-3；内环4-1和外凸台1-3的截面均为三角形；端套4螺纹配合联接地套接在端头5上，且外凸台1-3凸入内环4-1的内部；两端头5内部分别与端头5同中心轴线地安设轴承11，两支撑轴7分别置于轴承11的内部且二者的旋转中心线重合；棒状阳极3的两端部分别与两支撑轴7的内侧端部固定对接在一起；蜗轮6固定于支撑轴7的外侧，蜗杆10与蜗轮6啮合联接且两者的旋转中心轴线相互垂直；固定架9可拆卸地固定于端头5的外侧。
棒状阳极3的材质为镍钴总量不小于99.96％的电解镍。
基底12的材质为不锈钢SUS304。
棒状阳极3的直径比搅拌桨1的内径小1cm。
搅拌桨1的材质为透明ABS塑料，端头5、端套4、支撑轴7、蜗轮6、蜗杆10和固定架9的材质均为聚丙烯，轴承11的材质为陶瓷。
电解液为含氨基磺酸镍(350g/L)、氯化镍(10g/L)、硼酸(40g/L)的电解液。
Claims (8)
1.一种可溶性阳极机构，其特征在于：它包括呈薄壁圆筒状的搅拌桨（1）、同中心轴线地置于搅拌桨（1）内部的棒状阳极（3）、对称地安设于搅拌桨（1）两端的端头（5）、阳极套（2）、设有内环（4-1）的端套（4）、设有中心通孔（7-1）的支撑轴（7）、导电柱（8）、固定架（9）、蜗轮（6）和蜗杆（10）；所述的搅拌桨（1）的正下方设有窄缝（1-2）；所述的搅拌桨（1）的与窄缝（1-2）正对的正上方设有通孔（1-1）；所述的搅拌桨（1）的两端部设有外凸台（1-3）；所述的支撑轴（7）可转动地置于端头（5）的内部且二者的旋转中心线重合；所述的端套（4）螺纹配合联接地套接在端头（5）上，且外凸台（1-3）凸入内环（4-1）的内部；所述的蜗轮（6）固定于支撑轴（7）上；所述的固定架（9）可拆卸地固定于端头（5）的外侧；所述的蜗杆（10）与蜗轮（6）啮合联接且两者的旋转中心轴线相互垂直；所述的棒状阳极（3）与所述的支撑轴（7）的两端头固定对接在一起；所述的导电柱（8）置于中心通孔（7-1）内且与棒状阳极（3）紧密接触。
2.根据权利要求1所述的一种可溶性阳极机构，其特征在于：所述的阳极套（2）套在棒状阳极（3）上。
3.根据权利要求1所述的一种可溶性阳极机构，其特征在于：所述的棒状阳极（3）的材质为镍、铜等易于电化学溶解的活泼金属。
4.根据权利要求1所述的一种可溶性阳极机构，其特征在于：所述的搅拌桨（1）的侧壁厚度为0.1~0.3mm。
5.根据权利要求1所述的一种可溶性阳极机构，其特征在于：所述的窄缝（1-2）的宽度为0.05~0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种可溶性阳极机构，其特征在于：所述的通孔（1-1）的直径为0.5~2mm，相邻孔间距为0.5~2cm。
7.根据权利要求1所述的一种可溶性阳极机构，其特征在于：所述的棒状阳极（3）的直径比所述的搅拌桨（1）的内径小1~2cm。
8.根据权利要求1所述的一种可溶性阳极机构，其特征在于：所述的搅拌桨（1）、端头（5）、端套（4）、支撑轴（7）、蜗轮（6）、蜗杆（10）和固定架（9）均为由耐酸碱腐蚀的电绝缘高分子材料制成的制件。
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| CN111676503A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-09-18 | 河南理工大学 | 一种滚动搅拌式线状微阳极电沉积装置 |
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