CN117385421A - 基于铝芯模的电铸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电铸领域,提供一种基于铝芯模的电铸方法,包括:根据需求对目标铝合金原材料进行加工,得到指定结构的铝芯模坯;对铝芯模坯表面镀上保护层得到目标铝芯模;用目标铝芯模进行电铸;脱模得到电铸层,脱模基于目标铝芯模与电铸层的热膨胀系数差异完成。用以解决现有技术中的铝芯模很容易被腐蚀,难以重复使用的缺陷,在保证精度的前提下可以进行多次的再使用。
Description
技术领域
本发明涉及电铸技术领域,尤其涉及一种基于铝芯模的电铸方法。
背景技术
电铸技术作为电沉积技术的一个分支,从发现其原理到如今阴极发展了上百年的时间,与传统机械加工去除材料不同,电铸作为增材制造技术,在许多方面有着独特的优势,可以实现许多传统机械难以实现的结构制造。随着这些年不断的研究,电铸技术在制造领域中发挥着越来越重要的作用。
电铸技术的原理是电解质溶液在外加电场的影响下而发生的氧化还原反应,电源负极的电子经由导线到达阴极后,会与阴极附近的金属阳离子结合,发生还原反应从而产生金属单质附着在阴极表面,金属单质以晶粒形核的生长模式会不断成长,在阴极表面附着的厚度也会随着增加,达到需要的厚度时,停止通电,将金属材料与阴极脱模分离,即可得到需要的电铸材料件。
根据电沉积原理,金属离子在阴极表面沉积生长,可以达到纳米级别的复制精度,芯模作为电铸的阴极,其表面质量直接影响最终的电铸层复制表面。同时,由于电铸层生长的过程为化学反应的结果,这一过程中不会有传统机械加工时产生的大量热量、摩擦、应力集中等问题,整个电铸过程对阴极芯模的损耗极小,在保证精度的前提下一般都可以多次的再使用,因此对于阴极芯模,往往会追求一个较高的型面精度,在阴极面积较小时,加工费用有限,通常会使用不锈钢作为阴极,但是当面积增加时,想要做到一个高精度的加工,不同材料的成本也会有很大差异,铝合金相较于不锈钢,密度更小,可加工性更优秀,加工成本会大幅降低,但是铝合金耐腐蚀性较差,在酸性环境中很容易被腐蚀,作为特殊结构且有着高精度要求的芯模来说难以重复使用,因此如何保护铝芯模表面使其可以重复使用,是铝芯模得以使用的重要前提。
发明内容
本发明提供一种基于铝芯模的电铸方法,用以解决现有技术中的铝芯模很容易被腐蚀,难以重复使用的缺陷,对铝芯模进行了很好的保护,在保证精度的前提下可以进行多次的再使用。
本发明提供一种基于铝芯模的电铸方法,包括:
根据需求对目标铝合金原材料进行加工,得到指定结构的铝芯模坯;
对铝芯模坯表面镀上保护层得到目标铝芯模;
用目标铝芯模进行电铸;
脱模得到电铸层,脱模基于目标铝芯模与电铸层的热膨胀系数完成。
根据本发明提供的基于铝芯模的电铸方法,根据需求对目标铝合金进行加工,包括:
根据使用者的需求对铝芯模的型面进行设计,需求包括凹面和凸面;
基于设计好的型面选择目标铝合金原材料,并对目标铝合金原材料进行加工得到铝芯模坯。
根据本发明提供的基于铝芯模的电铸方法,根据需求对目标铝合金进行加工,包括:
加工出引电结构,引电结构用于在电铸过程中导电;
加工出引流槽,引流槽用于脱模。
根据本发明提供的基于铝芯模的电铸方法,保护层为镍磷保护层。
根据本发明提供的基于铝芯模的电铸方法,对铝芯模坯表面镀上保护层之前,还包括:
使用活化剂浸泡铝芯模坯,使铝芯模坯表面活化。
根据本发明提供的基于铝芯模的电铸方法,用目标铝芯模进行电铸,包括:
对目标铝芯模进行预处理后固定在电铸池中;
在电铸池中使用预先配置好的电铸溶液对目标铝芯模进行电铸。
根据本发明提供的基于铝芯模的电铸方法,脱模得到电铸层,包括:
使用液氮对铝芯模和电铸层进行快速降温,铝芯模的收缩程度大于电铸层的收缩程度,实现脱模。
根据本发明提供的基于铝芯模的电铸方法,脱模得到电铸层,包括:
使用高温液体对铝芯模和电铸层进行快速升温,铝芯模的膨胀程度高于电铸层的膨胀程度,实现脱模。
本发明具有如下有益结果:
1、降低加工芯模的成本和周期。通常由于铝合金不耐腐蚀,芯模的材料都会选择不锈钢,与不锈钢相比,铝合金的密度更轻,更方便搬运、安装、拆卸,铝合金的硬度更低,加工费用更少,加工周期更短,通过化学镀镍磷的方法保护铝合金不受电铸液腐蚀,使得保证芯模精度的同时可以重复使用。
2、保证了电铸层和芯模的完整性。利用热胀冷缩的原理进行两种金属的分离,不会对电铸层或芯模造成结构上的损伤,同时,与传统机械脱模相比,可以最大程度的减少电铸层在脱模过程中因受力不均而造成的形变。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于铝芯模的电铸方法的流程示意图之一;
图2是本发明实施例提供的铝芯模的引电结构示意图;
图3是本发明实施例提供的铝芯模的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的基于铝芯模的电铸方法的流程示意图之二;
图5是本发明实施例提供的基于铝芯模的电铸方法的流程示意图之三;
图6是本发明实施例提供的液氮注入装置的结构示意图;
图7是本发明实施例提供的大型油浴锅的结构示意图;
其中:
601-自增压液氮罐;602-压力表;603-锁紧阀门;
604-节流阀;605-单向阀;606-喷头;607-液氮储存槽;
701-油浴锅;702-置物板;703-储油槽;704-控制面板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的基于铝芯模的电铸方法的流程示意图之一。
如图1所示,本实施例提供了一种基于铝芯模的电铸方法,包括:
步骤101,根据需求对目标铝合金原材料进行加工,得到指定结构的铝芯模坯;
步骤102,对铝芯模坯表面镀上保护层得到目标铝芯模;
步骤103,对目标铝芯模进行电铸;
步骤104,脱模得到电铸层,脱模基于目标铝芯模与电铸层的热膨胀系数完成。
示例性实施例中,根据需求对目标铝合金进行加工,包括:
根据使用者的需求对铝芯模的型面进行设计,需求包括凹面和凸面;
基于设计好的型面选择目标铝合金原材料,并对目标铝合金原材料进行加工得到铝芯模坯。
实施中,可以使用高精度加工机床对长度L、宽度W以及厚度H的铝合金毛坯料进行加工,经过粗加工-半精加工-精加工的流程后,利用光整加工进一步降低表面粗糙度,根据需求,还可能会进行精密磨削,最终得到高精度复杂型面,同时为了便于固定在电铸工作槽内以及为脱模做准备,也会加工出一些相应的特殊结构,至此,铝芯模坯成型。
实际应用中,可以使用化学镀的方式在铝芯模坯表面镀保护层,由于化学镀对被镀材料的表面有着一定的要求,因此,需要进行一系列前处理,首先去除表面污染,利用酒精或其它材料擦拭表面,去除油污,再用去离子水清洗两到三遍。
化学镀过程中,为防止芯模与镀液温度不匹配而吸热改变镀液温度,在浸液前可以用适宜温度的去离子水冲洗芯模,使其升温,之后可以将铝芯模坯浸入镀液中,并且保证镀液温度恒定,大致在85-92°C,化学镀期间,不断进行轻微搅拌,使温度和镀液成尽可能均匀,保证化学镀的稳定性和镀层的一致性,一段时间后,将芯模取出,表面附着一层保护层,化学镀完成,得到铝芯模。
实际应用中,电铸之前也可以对铝芯模进行前处理,具体的,可以利用酒精擦拭表面去除油污,再用去离子水清洁,电铸时可以将铝芯模坯与工装夹具固定好后安装在电铸工作槽中,通入适宜温度的电铸液,接入电流,电铸一段时间后,断电,抽去溶液,完成电铸,此后可以将芯模和电铸层整体从工作槽内取出,用去离子水清洗掉表面残留的溶液,再吹干水,保证没有液体残留。
最后经过脱模后就可以得到电铸层。
图2是本发明实施例提供的铝芯模的引电结构示意。
图3是本发明实施例提供的铝芯模的结构示意图。
如图3所示,其中(a)为凸面结构的铝芯模,(b)凹面结构的铝芯模,(c)为通入液氮或热流的引流槽剖面图
示例性实施例中,根据需求对目标铝合金进行加工,包括:
加工出引电结构,引电结构用于在电铸过程中导电;
加工出引流槽,引流槽用于脱模。
实际应用中,引电结构可以为能够放入铜环的孔结构。
引流槽可以为贯穿芯模的数道通槽。
示例性实施例中,保护层为镍磷保护层。
示例性实施例中,对铝芯模坯表面镀上保护层之前,还包括:
使用活化剂浸泡铝芯模坯,使铝芯模坯表面活化。
示例性实施例中,对目标铝芯模进行电铸,包括:
对目标铝芯模进行预处理后固定在电铸池中;
在电铸池中使用预先配置好的电铸溶液对目标铝芯模进行电铸。
示例性实施例中,脱模得到电铸层,包括:
使用液氮对铝芯模和电铸层进行快速降温,铝芯模的收缩程度大于电铸层的收缩程度,实现脱模。
示例性实施例中,脱模得到电铸层,包括:
使用高温液体对铝芯模和电铸层进行快速升温,铝芯模的膨胀程度高于电铸层的膨胀程度,实现脱模。
下面以两个具体的实施例对本发明提供的基于铝芯模的电铸方法的流程进行更为准确的介绍。
图4是本发明实施例提供的基于铝芯模的电铸方法的流程示意图之二;
图5是本发明实施例提供的基于铝芯模的电铸方法的流程示意图之三;
其中图4为凸面铝芯模的加工流程以及基于铝芯模进行电铸和脱模的流程,图5为凹面铝芯模的加工流程以及基于铝芯模进行电铸和脱模的流程。
图4中的(1)为制备得到铝合金毛坯件,(2)为制备得到凸面高精度的铝芯模坯,(3)为加工出引电结构,(4)为加工出引流槽,(5)为电铸过程中设置屏蔽板,(6)为电铸结束得到电铸层,(7)为将芯模和电铸层整体浸入液氮降温,(8)是电铸层的脱模过程。
图5中的(1)为制备得到铝合金毛坯件,(2)为制备得到凹面高精度的铝芯模坯,(3)为加工出引电结构,(4)为加工出引流槽,(5)为电铸过程中设置屏蔽板,(6)为电铸结束得到电铸层,(7)为将芯模和电铸层整体浸入油浴锅升温,(8)是电铸层的脱模过程。
图6是本发明实施例提供的液氮注入系统的结构示意图。
图7是本发明实施例提供的油浴锅装置的结构示意图。
具体的,图6中的液氮注入装置可以包括自增压液氮罐601,还可以包括压力表602、锁紧阀门603、节流阀604、单向阀605、喷头606以及液氮储存槽607。
使用液氮为凸面结构进行脱模时,可以包括如下步骤:
检查压力表602示数是否在正常范围以内,连接好管路和锁紧阀门603、节流阀604、单向阀605;
打开锁紧阀门603,利用节流阀604控制液氮流量,通过喷头606液氮储存槽607喷射液氮,将芯模和电铸层整体置于槽中浸入液氮,利用液氮对两者进行降温,由于特殊结构,液氮可以进入芯模内部,使得整体能够较为均匀的冷却,由于热膨胀系数的不同,两种金属的体积变化存在差异,交接面的两种金属无法完全贴合从而分离;
做好防护的前提下,将电铸层从芯模上取下,待温度恢复后,得到要求的电铸层。
图7中的蒸汽注入装置可以包括油浴锅701、置物板702、储油槽703、控制面板704。
使用高温油浴锅为凹面结构进行脱模时,可以包括如下步骤:
选用高温油浴锅701作为加热装置,将芯模和电铸层整体放置在置物板702上,在储油槽703中加入足量的油,利用控制面板704控制温度,由于特殊机构,高温油液可以进行芯模内部,使得整体能够被较为均匀的加入。根据热胀冷缩原理,两种金属都将膨胀,铝的膨胀率大于镍,因此在两种金属的交接面,铝会膨胀的更多,因此两种金属无法完全贴合;
做好防护,将两种金属分离,待温度恢复,得到需要的电铸层。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,包括:
根据需求对目标铝合金原材料进行加工,得到指定结构的铝芯模坯;
对所述铝芯模坯表面镀上保护层得到目标铝芯模;
用所述目标铝芯模进行电铸;
脱模得到电铸层,所述脱模基于所述目标铝芯模与所述电铸层的热膨胀系数差异完成。
2.根据权利要求1所述的基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,所述根据需求对目标铝合金进行加工,包括:
根据使用者的需求对所述铝芯模的型面进行设计,所述需求包括凹面和凸面;
基于设计好的型面选择目标铝合金原材料,并对所述目标铝合金原材料进行加工得到所述铝芯模坯。
3.根据权利要求2所述的基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,所述根据需求对目标铝合金进行加工,包括:
加工出引电结构,所述引电结构用于在电铸过程中供电;
加工出引流槽,所述引流槽用于脱模。
4.根据权利要求1所述的基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,所述保护层为镍磷保护层。
5.根据权利要求1所述的基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,所述对所述铝芯模坯表面镀上保护层之前,还包括:
使用活化剂浸泡所述铝芯模坯,使所述铝芯模坯表面活化。
6.根据权利要求1所述的基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,所述用所述目标铝芯模进行电铸,包括:
对所述目标铝芯模进行预处理后固定在电铸池中;
在所述电铸池中使用预先配置好的电铸溶液,用所述目标铝芯模进行电铸。
7.根据权利要求1所述的基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,所述脱模得到电铸层,包括:
使用液氮对所述铝芯模和所述电铸层进行快速降温,所述铝芯模的收缩程度大于所述电铸层的收缩程度,实现脱模。
8.根据权利要求1所述的基于铝芯模的电铸方法,其特征在于,所述脱模得到电铸层,包括:
使用高温液体对所述铝芯模和所述电铸层进行快速升温,所述铝芯模的膨胀程度高于所述电铸层的膨胀程度,实现脱模。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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