CN114990646A - 一种电铸增厚局域网制件的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种电铸增厚局域网制件的装置及方法，其装置包括电源、设有出口的电铸槽、电铸液、竖直固定于电铸槽内且浸没于电铸液中的平面薄片状局域网制件、阳极、电铸液循环过滤系统和温控单元，其特征在于：它还包括辅助阳极、辅助阳极仓、含有若干镂空孔的平面薄片状辅助阴极、设有若干喷液孔的平面状喷液板、滑动电阻I和滑动电阻II。本发明可同时解决与阳极正对面的局域网制件表面的加厚金属层的厚度分布不均、网孔区背面异常电沉积金属、网孔壁面金属过快增厚等问题，可以实现兼具高开孔率、高目数、大厚径比和高厚度分布均匀性等特点的精密局域网孔制件的电铸制造。
Description
技术领域
本发明属于电铸制造技术领域，具体涉及一种电铸增厚局域网制件的装置及方法。
背景技术
电铸是制造高精度金属网孔制件优势技术之一，在成形光滑孔壁喇叭形深小孔方面更有显著竞争力。在电铸制造网孔产品的生产实践中，常需进行二次电铸或加厚电铸操作，即在一次常规（无金属生长行为调节剂）电铸网孔制件或在已成形（用非电铸方法制造）的初级网孔制件的表面（单面或双面）上电沉积金属层，对网孔制件进行加厚，进而获得厚度增加而网孔尺寸减小很小的大厚度、高开孔率的高性能高目数喇叭形网孔产品，如高目数（155目以上）印花镍网和长寿命易清洗糖浆过滤网等。这些网孔产品大都以局部设有网孔结构（即局域网制件）的形式展现作用。然而，电铸制造这些局域网产品，至今仍有诸多技术挑战。这主要有以下两方面原因。
(1) 加厚的金属层厚度分布不均，成形精度低。因为网孔区与无孔区的实际金属（阴极）面积、对流动电铸液的作用形式等存在巨大差异，这导致它们的电流密度大小及其分布特性差异明显。与无孔区相比，网孔区实际的有效金属面积小，单位面积的导电率小，且电铸液能往回网孔流动，这使得该区的实际电流密度更小，且部分电流会跟随流动的电铸液（相当于流动的导体）被传递到网孔的背面而诱导金属电沉积在网孔背面的周围区域。因此，与阳极正对的网孔区，加厚金属层比无孔区更薄，且网孔区的背面（背对阳极）也有金属沉积。也就是说，采用常规方法电铸加厚局域网时，不可避免地存在加厚金属层厚度分布不均、网孔背面出现异常电沉积金属等问题。
(2) 网孔开孔率低，目数难以提高。在常规增厚电铸过程中，因为网孔壁面持续接收电流，加之有抑制侧壁生长功能的添加剂（如1,4-丁炔二醇，常用金属生长行为调节剂之一）难以被持续足额地输送到网孔壁面，导致网孔制件表面在增厚的同时网孔壁面处也持续以较高的速率电沉积金属而增厚，这样导致网孔直径越来越小，甚至被堵塞。因此，现有电铸增厚技术与工艺仍不能很好地实现高开孔率、高目数、大厚度局域网孔制件的电铸制造。
针对以上问题，本发明提出一种电铸增厚局域网制件的装置及方法，以实现高开孔率、高目数、大厚径比、高厚度分布均匀性的精密局域网孔制件的增厚电铸制造。
发明内容
本发明目的在于提供一种电铸增厚局域网制件的装置及方法，以实现高开孔率、高目数、大厚径比、高厚度分布均匀性的精密局域网孔制件的增厚电铸制造。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下。
一种电铸增厚局域网制件的装置，包括电源、设有出口的电铸槽、含有1,4-丁炔二醇添加剂的电铸液、竖直固定于电铸槽内且浸没于电铸液中的平面薄片状局域网制件、阳极、电铸液循环过滤系统和温控单元，其特征在于：它还包括辅助阳极、辅助阳极仓、含有若干镂空孔的平面薄片状辅助阴极、设有若干喷液孔的平面状喷液板、滑动电阻I和滑动电阻II；所述的辅助阳极置于辅助阳极仓内部；所述的辅助阳极仓包括进液孔、安设于进液孔的单向盖片和出液孔；所述的辅助阳极仓置于阳极和局域网制件之间，且可上下往复移动；所述的进液孔正对局域网制件；所述的出液孔背对局域网制件；所述的辅助阴极与局域网制件相互平行地固定于局域网制件的右侧；所述的喷液板与辅助阴极相互平行地固定于辅助阴极的右侧；所述的阳极与局域网制件分别与电源的正极和负极电气连接；所述的辅助阳极通过滑动电阻I与电源的正极电气连接；所述的辅助阴极通过滑动电阻II与电源的负极电气连接；所述的喷液口正对辅助阴极安设；所述的辅助阳极仓的右侧平面距局域网制件的左侧面的距离为0.2~5mm；所述的辅助阴极的左侧面距局域网制件的右侧面的距离为0.05~0.2mm。
所述的辅助阳极仓、单向盖片和喷液板均由聚丙烯材料制成。
所述的进液孔的直径为0.1~0.2mm，孔心距为0.2~0.3mm。
所述的出液孔的直径为0.15~0.25mm，孔心距为0.25~0.35mm。
所述的喷液孔的直径为0.1~0.2mm，孔心距为0.15~0.4mm。
所述的喷液板与电铸液循环过滤系统导通连接。
所述的辅助阳极仓的直线移动速度为0.02~0.1m/s。
所述的单向盖片处于常闭状态，受液体压强作用后只能向其左侧打开。
一种采用上述装置电铸增厚局域网制件的方法，它包含以下按顺序实施的操作步骤。
S1：按要求组装好局域网制件电铸增厚装置，将阳极、辅助阳极、辅助阳极仓、局域网制件、辅助阴极和喷液板安设于电铸槽内，并把辅助阳极仓、辅助阴极各自相对于局域网制件的距离调整到合适值，把喷液板相对于辅助阴极的距离调整到合适值，按要求电气连接好阳极、辅助阳极、辅助阴极、局域网制件、滑动电阻I、滑动电阻II和电源，并将滑动电阻I、滑动电阻II各自的电阻调整到设定值，启动电铸液循环过滤系统，向电铸槽注入电铸液直到电铸液完全浸没阳极、辅助阳极仓、辅助阴极和局域网制件，启动温控单元。
S2：调整电铸液循环过滤系统的压力使得喷液孔的出液速度达到设定值，当电铸液的温度达到设定值后，按设定的电压值启动电源，与此同时驱动辅助阳极仓按设定的移动速度和行程做上下往复直线运动，此时局域网制件的表面在电场和流场的协同作用下不断地被电沉积上金属并增厚。
S3：当增厚的金属层达到设定的厚度值后，关断电源、电解液循环过滤系统、温控单元，停止辅助阳极仓的运动，取出增厚后的加厚局域网制件，清洗干燥，完成电铸。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果。
1. 大幅提高加厚局域网孔制件的厚度分布均匀性，显著提高成形精度。本发明实施中，驱动辅助阳极仓按设定的移动速度和行程做上下往复直线运动，当辅助阳极仓移动至局域网制件的网孔区时，它的单向盖片因受到来自依次流经喷液孔、辅助阴极和局域网制件网孔区后的高速液流的冲刷压力（压强）作用而向左侧打开，此时，辅助阳极与局域网制件之间形成电场，并以叠加电流的形式作用于局域网制件（阴极）的表面上，如图2所示，补充到局域网制件的网孔区，也就是说，网孔区的电流密度是阳极与局域网制件间的驱动电场所形成的电流密度和辅助阳极与局域网制件间的驱动电场所形成的电流密度之和，进而使得该区域的电流密度得以补强；当辅助阳极仓移动到局域网制件的无孔区时，来自喷液板的电解液因受到局域网制件的阻挡而无法作用于单向盖片上，单向盖片处于常闭状态，辅助阳极与局域网制件难以建立起电场，此时，局域网制件无孔区的电流密度仅由阳极和局域网制件间的驱动电场产生。使局域网制件网孔区与无孔区的电流密度趋于相等，如进一步精确调控滑动电阻I的电阻值，并在电铸增厚过程保持辅助阳极仓始终做上下往复直线移动，便可实现局域网制件各处的电流密度基本相等，进而大幅提高加厚局域网孔制件的厚度分布均匀性和成形精度。
2.能大幅减小局域网制件加厚电铸过程中网孔背面区域的金属异常沉积，提高成形精度和厚度均匀性。现有的增厚电铸局域网技术，因网孔区部分电流会跟随流动的电铸液（相当于流动的导体）被传递到网孔的背面而诱导金属电沉积在网孔背面的周围区域，造成局域网制件背面区域的异常沉积。在本发明实施中，在局域网制件的另一侧（背对阳极一侧）平行设置了辅助阴极（带负电），且辅助阴极左侧面距与局域网制件的右侧面的距离为极近（为0.05~0.2mm），电铸过程中，原本会被传递到网孔的背面的电流应受到电势更负的辅助阴极的吸引而被转移到辅助阴极上，进而大幅减少甚至完全避免穿透网孔区的电流在网孔背面诱发金属电沉积，如图3所示，这样能大幅减小局域网制件加厚电铸过程网孔背面区域的异常沉积，提高成形精度和厚度均匀性。
3. 能有效抑制网孔壁面金属的过快增厚，实现大厚径比网孔结构的精密成形。本发明实施中，设有若干喷液孔的平面状喷液板与辅助阴极相互平行地固定于辅助阴极的右侧，调整电铸液循环过滤系统的压力使喷液孔的出液速度以设定的极大速度值穿过局域网制件的网孔，此时，电铸液中的1,4-丁炔二醇被持续、及时且足额地输送到网孔壁面参与电化学反应活动，进而高效抑制网孔壁面金属的过快增厚，实现大厚径比网孔结构的精密成形。
4. 能实现兼具高开孔率、高目数、大厚径比和高厚度分布均匀性等特点的精密局域网孔制件的电铸制造。基于本发明装置与方法，可同时解决与阳极正对面的局域网制件表面的加厚金属层的厚度分布不均、网孔区背面异常电沉积金属、网孔壁面金属过快增厚等问题，可以实现兼具高开孔率、高目数、大厚径比和高厚度分布均匀性等特点的精密局域网孔制件的电铸制造。
附图说明
图1是本发明增厚电铸局域网装置示意图。
图2是无辅助阳极和辅助阴极时电力线分布及金属沉积示意图。
图3是本发明带有辅助仓的阳极和辅助阴极时电力线分布及金属沉积示意图。
图中标号及名称：
1.阳极；2.出液孔；3.辅助阳极；4.电源；5.滑动电阻I；6.滑动电阻II；7.辅助阳极仓；8.单向盖片；9.进液孔；10.喷液板；11.喷液孔；12.温控单元；13.电铸槽；14.电铸液；15.镂空孔；16.辅助阴极；17.局域网制件；18.电铸液循环过滤系统；19.出液孔；20.增厚层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，一种电铸增厚局域网制件的装置，它包括电源4、设有出口20的电铸槽13、含有1,4-丁炔二醇添加剂的电铸液14、竖直固定于电铸槽13内且浸没于电铸液14中的平面薄片状局域网制件17、阳极16、电铸液循环过滤系统18和温控单元12，辅助阳极3、辅助阳极仓7、含有若干镂空孔15的平面薄片状辅助阴极16、设有若干喷液孔11的平面状喷液板10、滑动电阻5和滑动电阻6；辅助阳极3置于辅助阳极仓7内部；辅助阳极仓7包括进液孔9、安设于进液孔9的单向盖片8和出液孔2；辅助阳极仓7置于阳极1和局域网制件17之间，且可上下往复移动；进液孔9正对局域网制件17；出液孔2背对局域网制件17；辅助阴极16与局域网制件17相互平行地固定于局域网制件17的右侧；喷液板10与辅助阴极16相互平行地固定于辅助阴极16的右侧；阳极1与局域网制件17分别与电源4的正极和负极电气连接；辅助阳极3通过滑动电阻5与电源4的正极电气连接；辅助阴极16通过滑动电阻6与电源4的负极电气连接；喷液口11正对辅助阴极16安设；辅助阳极仓7的右侧平面距局域网制件17的左侧面的距离为0.2mm；辅助阴极16的左侧面距局域网制件17的右侧面的距离为0.1mm。辅助阳极仓7、单向盖片8和喷液板10均由聚丙烯材料制成。进液孔11的直径为0.1mm，孔心距为0.2mm。出液孔2的直径为0.15mm，孔心距为0.2mm。喷液孔11的直径为0.1mm，孔心距为0.15mm。喷液板10与电铸液循环过滤系统18导通连接。辅助阳极仓7的往复上下直线移动速度为0.02m/s。单向盖片8处于常闭状态，受液体压强作用后只能向其左侧打开。
采用本发明电铸增厚的局域网制件的实施方法如下：
局域网制件为长30ｍｍ、宽13ｍｍ，厚度0.017ｍｍ的镍网片，目数为185，中心距为0.0138mm，网孔宽度为 0.0035mm，开孔率为25%。使用的电铸液14的成分为氨基磺酸镍（350g/L）、氯化镍（10g/L）、硼酸（30g/L）、1,4-丁炔二醇（80mg/L）。按要求组装好局域网制件17电铸增厚装置，将阳极1、辅助阳极3、辅助阳极仓7、局域网制件17、辅助阴极16和喷液板10安设于电铸槽13内，调整辅助阳极仓7、辅助阴极16分别相对于局域网制件17的距离，把喷液板10相对于辅助阴极16的距离调为5mm，把按要求电气连接好阳极1、辅助阳极3、辅助阴极16、局域网制件17、滑动电阻4、滑动电阻5和电源4，启动电铸液循环过滤系统18，向电铸槽13中注入电铸液14直到电铸液14完全浸没阳极1、辅助阳极仓7、辅助阴极16和局域网制件17，启动温控单元12。
调整电铸液循环过滤系统18的压力使得喷液孔11的出液速度达到1m/s，当电铸液14的温度达到55℃时，设置阳极3的电流为10A，通过滑动电阻5调节辅助阳极的电流为2A。启动电源4，与此同时驱动辅助阳极仓7按0.02m/s移动速度，200mm的行程做上下往复直线运动，当辅助阳极仓7移动至局域网制件17的网孔区时，它的单向盖片8因受到来自依次流经喷液孔11、辅助阴极16和局域网制件17网孔区后的高速液流的冲刷压力（压强）作用而向左侧打开，此时，辅助阳极3与局域网制件17之间形成电场，并以叠加电流的形式作用于局域网制件17（阴极）的表面上，如图2所示。当辅助阳极仓7移动到局域网制件17的无孔区时，来自喷液板10的电解液14因受到局域网制件17的阻挡而无法作用于单向盖片8上，单向盖片8处于常闭状态。
电力线穿过局域网制件17网孔区后，直接到达辅助阴极16，如图2所示。调整电铸液循环过滤系统18的压力使喷液孔11的出液速度达到设定值，此时，电铸液14中的1,4-丁炔二醇就能被持续、及时且足额地输送到网孔壁面参与电化学反应活动，如图3所示。
当增厚的金属层20厚度达到0.08mm后，关断电源4、电铸液循环过滤系统18、温控单元12，停止辅助阳极仓7的运动，取出增厚后的局域网制件17，清洗干燥后测量，获得网孔宽度为 0.0015mm，开孔率为11%，厚径比为3.15的制件，完成电铸。
Claims (9)
1.一种电铸增厚局域网制件的装置，包括电源（4）、设有出口（20）的电铸槽（13）、含有1,4-丁炔二醇添加剂的电铸液（14）、竖直固定于电铸槽（13）内且浸没于电铸液（14）中的平面薄片状局域网制件（17）、阳极（16）、电铸液循环过滤系统（18）和温控单元（12），其特征在于：它还包括辅助阳极（3）、辅助阳极仓（7）、含有若干镂空孔（15）的平面薄片状辅助阴极（16）、设有若干喷液孔（11）的平面状喷液板（10）、滑动电阻I（5）和滑动电阻II（6）；所述的辅助阳极（3）置于辅助阳极仓（7）内部；所述的辅助阳极仓（7）包括进液孔（9）、安设于进液孔（9）的单向盖片（8）和出液孔（2）；所述的辅助阳极仓（7）置于阳极（1）和局域网制件（17）之间，且可上下往复移动；所述的进液孔（9）正对局域网制件（17）；所述的出液孔（2）背对局域网制件（17）；所述的辅助阴极（16）与局域网制件（17）相互平行地固定于局域网制件（17）的右侧；所述的喷液板（10）与辅助阴极（16）相互平行地固定于辅助阴极（16）的右侧；所述的阳极（1）与局域网制件（17）分别与电源（4）的正极和负极电气连接；所述的辅助阳极（3）通过滑动电阻I（5）与电源（4）的正极电气连接；所述的辅助阴极（16）通过滑动电阻II（6）与电源（4）的负极电气连接；所述的喷液口（11）正对辅助阴极（16）安设；所述的辅助阳极仓（7）的右侧平面距局域网制件（17）的左侧面的距离为0.2~5mm；所述的辅助阴极（16）的左侧面距局域网制件（17）的右侧面的距离为0.05~0.2mm。
2.根据权利要求1所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：所述的辅助阳极仓（7）、单向盖片（8）和喷液板（10）均由聚丙烯材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：所述的进液孔（9）的直径为0.1~0.2mm，孔心距为0.2~0.3mm。
4.根据权利要求1所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：所述的出液孔（2）的直径为0.15~0.25mm，孔心距为0.25~0.35mm。
5.根据权利要求1所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：所述的喷液孔（11）的直径为0.1~0.2mm，孔心距为0.15~0.4mm。
6.根据权利要求1所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：所述的喷液板（10）与电铸液循环过滤系统（18）导通连接。
7.根据权利要求1所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：所述的辅助阳极仓（7）的直线移动速度为0.02~0.1m/s。
8.根据权利要求1所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：所述的单向盖片（8）处于常闭状态，受压强作用后只能向其左侧打开。
9.一种电铸增厚局域网制件的方法，该方法使用权利要求1~8中任一项所述的一种电铸增厚局域网制件的装置，其特征在于：它包含以下按顺序实施的操作步骤：
S1：按要求组装好局域网制件电铸增厚装置，将阳极（1）、辅助阳极（3）、辅助阳极仓（7）、局域网制件（17）、辅助阴极（16）和喷液板（10）安设于电铸槽（13）内，并把辅助阳极仓（7）、辅助阴极（16）各自相对于局域网制件（17）的距离调整到合适值，把喷液板（10）相对于辅助阴极（16）的距离调整到合适值，按要求电气连接好阳极（1）、辅助阳极（3）、辅助阴极（16）、局域网制件（17）、滑动电阻I（5）、滑动电阻II（6）和电源（4），并将滑动电阻I（5）、滑动电阻II（6）各自的电阻调整到设定值，启动电铸液循环过滤系统（18），向电铸槽（13）注入电铸液（14）直到电铸液（14）完全浸没阳极（1）、辅助阳极仓（7）、辅助阴极（16）和局域网制件（17），启动温控单元（12）；
S2：调整电铸液循环过滤系统（18）的压力使得喷液孔（11）的出液速度达到设定值，当电铸液（14）的温度达到设定值后，按设定的电压值启动电源（4），与此同时驱动辅助阳极仓（7）按设定的移动速度和行程做上下往复直线运动，此时局域网制件（17）的表面在电场和流场的协同作用下不断地被电沉积上金属并增厚；
S3：当增厚的金属层（20）达到设定的厚度值后，关断电源（4）、电解液循环过滤系统（18）、温控单元（12），停止辅助阳极仓（7）的运动，取出增厚后的加厚局域网制件（17），清洗干燥，完成电铸。
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