CN110039182A - 一种制备电解加工用柔性阴极的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备电解加工用柔性阴极的方法及装置,该方法为通过光固化成型工艺制备柔性阴极的基底,制备出一种金属聚合物溶液,再在该基底上喷涂该金属聚合物溶液并使二者牢固粘接在一起;通过聚焦激光束对该喷涂有金属聚合物溶液的柔性基底表面进行激光活化,刻蚀出所需的图案,再通过化学镀铜工艺,制作出带有表面织构铜层图案的柔性阴极;该装置适用于该柔性阴极的制备;本发明具有如下优点:实现复杂曲面表面织构的成型,拓展电解加工表面织构技术的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备电解加工用柔性阴极的方法及装置。
背景技术
表面织构可以改善机械零部件表面的摩擦磨损性能,低成本、高精度的表面织构加工技术是制造领域的研究热点。电解加工是利用金属材料在电解液中的电化学阳极溶解原理将阳极工件加工成形的一种特种加工工艺,具有加工范围广、工具无损耗、成型表面质量高、无切削力和切削热等优点。现有的电解加工表面织构方法主要有掩膜法和电解转印法,两种方法掩膜制作繁琐,难以在曲面上进行加工。
发明内容
本发明提供了一种制备电解加工用柔性阴极的方法及装置,其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种制备电解加工用柔性阴极的方法,通过光固化成型工艺制备柔性阴极的基底,制备出一种掺杂了有机金属复合物催化型活化剂的金属聚合物溶液,再在该基底上喷涂该金属聚合物溶液并使二者牢固粘接在一起;通过聚焦激光束对该喷涂有金属聚合物的基底表面进行激光活化,雕刻出所需的图案,再通过化学镀铜工艺,制作出带有表面织构铜层图案的柔性阴极。
一实施例之中:该基底具有流道、引线口及电解液进出液口。
一实施例之中:该金属聚合物溶液的制备工艺包括如下步骤:
步骤1,将乙二胺四乙酸和一水合乙酸铜按照1:1的摩尔量称量后溶于去离子水中,搅拌后再冷却至室温,接着将上述溶液中的去离子水完全蒸发,收集反应剩余的EDTA-Cu颗粒;
步骤2,将步骤1制得的EDTA-Cu颗粒与二正丁胺按照5:1的摩尔量称量混入酒精中,回流蒸发,得到含铜溶液;
步骤3,取步骤2所制备的含铜溶液进行微波热处理,将含铜溶液热分解成凝胶状的金属聚合物溶液。
一实施例之中:该金属聚合物溶液喷涂到基底后,进行干燥及微波热处理后牢固粘接在一起。
一实施例之中:该柔性阴极具有可变形性,适用于对任意曲面进行电解加工表面织构。
一实施例之中:将所述柔性阴极接入电源负极,待加工工件接入正极,两极间的间隙通过电解液,两极间接入脉冲直流电源,加工制作出具有表面织构的工件。
一种制备上述的电解加工用柔性阴极的装置,它包括一箱体、喷枪、激光器、激光传导装置及微波源,该箱体中设有用于承载所述基底进行加工的工作台,该工作台上方的箱体上侧面开设供激光束通过的通孔,该微波源连通该箱体以给该箱体中提供微波能量,该喷枪的喷嘴能对准该工作台并用于所述金属聚合物溶液的喷涂,该激光传导装置包括X轴振镜、Y轴振镜及平面透镜,该激光器发出的激光束依次经过该X轴振镜、Y轴振镜及平面透镜后能聚焦到工作台上的基底上的金属聚合物表面,通过控制X轴振镜、Y轴振镜的偏转,控制激光束在喷涂有金属聚合物溶液的柔性基底表面的X轴和Y轴方向的移动,把三维织构图案的加工简化为二维扫描过程。
一实施例之中:该激光传导装置还包括扩束镜,该扩束镜位于激光器与X轴振镜之间。
本技术方案与背景技术相比,它具有如下优点:
利用光固化成型技术制备柔性阴极,能够实现复杂局面的成型,拓展电解加工表面织构技术的应用范围;流道与阴极一体化成型,可保证均匀的加工间隙;使用时只需将柔性阴极贴合在待加工工件表面即可;该柔性阴极电路可以重复使用,针对不同需要可以在柔性阴极上镀不同图案的铜层。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本实施例所述的基底的结构示意图。
图2为本实施例所述的柔性阴极的制作过程示意图。
图3为本实施例所述的柔性阴极制备装置的结构示意图。
具体实施方式
请查阅图1和图2,一种制备电解加工用柔性阴极的方法,通过光固化成型工艺制备柔性阴极的基底100,制备出一种掺杂了有机金属复合物催化型活化剂的金属聚合物溶液,再在该基底100上喷涂该金属聚合物溶液并使二者牢固粘接在一起;通过聚焦激光束对该喷涂有金属聚合物溶液的基底表面进行激光活化,雕刻出所需的图案,再通过化学镀铜工艺,制作出带有表面织构铜层图案的柔性阴极。在光固化成型后该基底100具有流道、引线口及电解液进出液口。
本实施例中,该金属聚合物溶液的制备工艺包括如下步骤:步骤1,将乙二胺四乙酸和一水合乙酸铜按照1:1的摩尔量称量后溶于去离子水中,搅拌(可利用磁力搅拌机搅拌一小时)后再冷却至室温,接着将上述溶液中的去离子水完全蒸发,收集反应剩余的EDTA-Cu(乙二胺四乙酸铜钠)颗粒;
步骤2,将步骤1制得的EDTA-Cu颗粒与二正丁胺按照5:1的摩尔量称量混入酒精中,回流蒸发(大约蒸发一小时),得到含铜溶液。
步骤3,取步骤2所制备的含铜溶液(前驱体溶液)进行微波热处理,可取15ml的含铜溶液进行微波热处理5mi n,所使用的微波输出功率为119W,微波工作频率为2450MHz,将含铜溶液热分解成凝胶状的金属聚合物溶液。
本实施例中,取通过光固化成型制得的柔性阴极基体并利用乙醇进行清洗干净,再自然干燥,将上述制得的金属聚合物溶液(凝胶状的活性材料)喷涂到基底100,进行干燥(可采用鼓风干燥箱进行干燥)及微波热处理(可微波热处理5mi n)后牢固粘接在一起。再通过激光对该基底100上的金属聚合物进行激光活化,雕刻出所需要的图案,然后微波热处理5mi n。
本实施例中,雕刻后的柔性阴极置于化学镀液中,在50℃的条件下浸泡两个小时,得到致密均匀的涂层,即得到带有表面织构铜层图案的柔性阴极,最后将该镀铜后的柔性阴极用去离子水清洗干净,自然风干,并进行引线和进液口连接头的安装。
通过本案工艺制作出的柔性阴极具有可变形性,适用于对任意曲面进行电解加工表面织构。将所述柔性阴极接入电源负极,待加工工件接入正极,两极间的间隙通过电解液,两极间接入脉冲直流电源,加工制作出具有表面织构的工件。
请查阅图3,一种制备上述的电解加工用柔性阴极的装置,它包括一箱体10、喷枪20、激光器30、激光传导装置及微波源40,该箱体10中设有用于承载所述基底100进行加工的工作台11,该工作台11上方的箱体10上侧面开设供激光束通过的通孔12,该微波源40连通该箱体10以给该箱体10中提供微波能量,该喷枪20的喷嘴能对准该工作台11并用于所述金属聚合物溶液的喷涂,该激光传导装置包括X轴振镜51、Y轴振镜52及平面透镜53,该激光器30发出的激光束依次经过该X轴振镜51、Y轴振镜52及平面透镜53后能聚焦到工作台11上的基底100上的金属聚合物表面,通过控制X轴振镜51、Y轴振镜52的偏转,控制激光束在金属聚合物表面的X轴和Y轴方向的移动,把三维织构图案的加工简化为二维扫描过程。优选地,该激光传导装置还包括扩束镜54,该扩束镜54位于激光器30与X轴振镜51之间。
本发明利用光固化成型技术制备柔性阴极,能够实现复杂曲面的成型,拓展电解加工表面织构技术的应用范围;流道与阴极一体化成型,可保证均匀的加工间隙;使用时只需将柔性阴极贴合在待加工工件表面即可;该柔性阴极电路可以重复使用,针对不同需要可以在柔性阴极上镀不同图案的铜层。
以上所述,仅为本发明较佳实施例而已,故不能依此限定本发明实施的范围,即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (8)
1.一种制备电解加工用柔性阴极的方法,其特征在于:通过光固化成型工艺制备柔性阴极的基底,制备出一种掺杂了有机金属复合物催化型活化剂的金属聚合物溶液,再在该基底上喷涂该金属聚合物溶液并使二者牢固粘接在一起;通过聚焦激光束对该喷涂有金属聚合物溶液的基底表面进行激光活化,雕刻出所需的图案,再通过化学镀铜工艺,制作出带有表面织构铜层图案的柔性阴极。
2.根据权利要求1所述的一种制备电解加工用柔性阴极的方法,其特征在于:该基底具有流道、引线口及电解液进出液口。
3.根据权利要求1所述的一种制备电解加工用柔性阴极的方法,其特征在于:该金属聚合物溶液的制备工艺包括如下步骤:
步骤1,将乙二胺四乙酸和一水合乙酸铜按照1:1的摩尔量称量后溶于去离子水中,搅拌后再冷却至室温,接着将上述溶液中的去离子水完全蒸发,收集反应剩余的EDTA-Cu颗粒;
步骤2,将步骤1制得的EDTA-Cu颗粒与二正丁胺按照5:1的摩尔量称量混入酒精中,回流蒸发,得到含铜溶液;
步骤3,取步骤2所制备的含铜溶液进行微波热处理,将含铜溶液热分解成凝胶状的金属聚合物溶液。
4.根据权利要求3所述一种制备电解加工用柔性阴极的方法,其特征在于:该金属聚合物溶液喷涂到基底后,进行干燥及微波热处理后牢固粘接在一起。
5.根据权利要求1或4所述的一种制备电解加工用柔性阴极的方法,其特征在于:该柔性阴极具有可变形性,适用于对任意曲面进行电解加工表面织构。
6.根据权利要求1所述的一种制备电解加工用柔性阴极的方法,其特征在于:将所述柔性阴极接入电源负极,待加工工件接入正极,两极间的间隙通过电解液,两极间接入脉冲直流电源,加工制作出具有表面织构的工件。
7.一种制备如权利要求1所述的电解加工用柔性阴极的装置,其特征在于:包括一箱体、喷枪、激光器、激光传导装置及微波源,该箱体中设有用于承载所述基底进行加工的工作台,该工作台上方的箱体上侧面开设供激光束通过的通孔,该微波源连通该箱体以给该箱体中提供微波能量,该喷枪的喷嘴能对准该工作台并用于所述金属聚合物溶液的喷涂,该激光传导装置包括X轴振镜、Y轴振镜及平面透镜,该激光器发出的激光束依次经过该X轴振镜、Y轴振镜及平面透镜后能聚焦到工作台上的基底上的金属聚合物表面,通过控制X轴振镜、Y轴振镜的偏转,控制激光束在金属聚合物表面的X轴和Y轴方向的移动,把三维织构图案的加工简化为二维扫描过程。
8.根据权利要求7所述的一种制备电解加工用柔性阴极的装置,其特征在于:该激光传导装置还包括扩束镜,该扩束镜位于激光器与X轴振镜之间。
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