CN2479029Y - 选择性射流电铸装置 - Google Patents
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Abstract
一种选择性射流电铸装置属电铸装置,它包括芯模(阴极)(2)、工作台运动机构(3)、喷嘴(4)、集液槽(5)、流量计(6)、截流阀(7)、压力表(8)、溢流阀(9)、过滤器(10)、循环泵(11)、储液槽(12)、加热器(13)、阳极(14)、电源(F)、电量计(H)。其特征在于还包括计算机控制系统PC、置于集液槽(5)内的阳极腔(1)、阳极(14)又置于阳极腔内。本电铸装置降低了浓差极化,实现了单位面积高速电铸;改善了阴极表面的电场分布,提高了电铸质量。
Description
本实用新型选择性射流电铸装置所涉及的是电铸装置。
电铸是一种利用金属离子阴极电沉积原理制取产品的工艺技术，具有极高的制造精度，已在宇航、核工业、微机械等高技术领域得到成功的应用。然而，由于浓差极化、电场分布不均匀和析氢等因素的影响，导致的电铸电流效率低、加工时间长、铸层均匀性差且易出现针孔、麻点以及造成铸层烧焦等缺陷也严重制约了电铸技术的应用与发展。为此出现了脉冲电铸、逆向脉冲电铸、组合电铸或增设辅助阳极、对电铸液进行强烈搅拌以及将上述几种方案组合起来形成的复合电铸等各种改进措施和技术方案。其中，脉冲电流电铸在脉冲间隔期间利用金属离子扩散作用补充到达阴极表面金属阳离子的数量；而对电铸液进行搅拌则提高了金属离子向阴极的迁移速度，这些在一定程度上降低了浓差极化。但由于脉冲间隔的存在，使脉冲电铸速度的提高是有限的，而对于小尺寸复杂型腔阴模的电铸搅拌的作用也很有限。同样，小尺寸复杂结构也限制了组合电铸的实施以及辅助阳极的增设。所以这些方案和措施都未能彻底解决电铸存在的问题。
本实用新型的目的在于针对目前电铸技术的缺陷，提供一种能有效降低浓差极化，提高单位面积电铸速度，克服由电场分布不均和析氢带来的一些缺陷，并能拓宽电铸技术应用领域的一种新型选择性射流电铸装置。
本实用新型的选择性射流电铸装置，包括工作台运动机构、储液槽、集液槽、循环泵、加热器、喷嘴、芯模(阴极)、阳极、电源以及截流阀、溢流阀、过滤器、压力表、流量计、电量计。其特点包括计算机控制系统，置于集液槽内的阳极腔，阳极置于阳极腔内，芯模(阴极)固定于工作台运动机构的底面，喷口对着芯模的小口径喷嘴置于阳极腔上方。
本装置的选择性射流电铸就是将含有高浓度铸层金属离子的电铸液以高速射流的形式，在计算机的控制下有选择地喷向阴极进行电铸的一种数控电铸形式。由于电铸液以高速射流的形式喷向阴极表面能迅速补充阴极表面金属离子数量，而且电铸液以强烈紊流形式流动极大地降低了扩散层的厚度，有效地降低了浓差极化，所以可以以远高于其他电铸工艺的电流密度进行电铸，实现在阴极表面单位面积上的高速电铸。另外以很细的射流对阴极表面进行扫描仿形，对阴极表面上的每个电铸点来说，其电场强度和电流密度都是近似相等的，克服了由于电场分布不均匀造成的铸层厚度的不均匀。最后，由于浓差极化被大幅度地减弱，所以阴极极化过电位将显著降低，抑制了氢气的析出，提高了电流效率。即便有少量氢气析出，在高速液流的冲击下，微观氢气气泡也难以附着在阴极表面，于是降低了铸层出现针孔和麻点的可能。综上，选择性射流电铸的核心思想可以归结为：①利用高速射流提高电流效率，实现高速电铸；②利用铸点的可选择性改善阴极表面的电场分布，提高电铸质量。另外，由于铸点的可控性可以很容易地将其推广到其他应用领域，如选择性电铸快速成型技术以及局部电铸技术、电铸焊接技术和电铸修补技术等。所以本发明的成功应用对推动电铸技术的发展及应用领域的拓宽具有重大意义和经济价值。
附图1.选择性射流电铸装置的结构示意图。
本选择性射流电铸装置包括阳极腔1、芯模(阴极)2、工作台运动机构3、喷嘴4、集液槽5、流量计6、截流阀7、压力表8、溢流阀9、过滤器10、循环泵11、储液槽12、加热器13、阳极14、计算机控制系统PC、电源F以及电量计H所构成。芯模2固定于工作台运动机构3的底面上，其口径为0.1～3mm的喷嘴4置于阳极腔1的上方与芯模相对，与阳极腔的距离尽可能近或做成一体，以缩短电铸回路的长度，降低金属离子迁移的欧姆损失。阳极14置于阳极腔内，阳极腔又置于集液槽内。工作台运动机构通过三个驱动电机和传动机构，实现工作台(阴极)和喷嘴在垂直方向(Z向)及水平方向内的横向和纵向(X、Y方向)三个方向的相对运动。其工作过程是电铸液首先再储液槽中被加热到适当的温度，然后经循环增压装置(增压泵或气体增压)加压过滤送至喷嘴的阳极腔，然后经过口径很小的喷嘴(或喷嘴阵列)以高速射流形式喷向固定工作台上集液槽中的阴极表面。当阴阳极接通电铸直流电源后，电铸金属阳极在阳极腔溶解，金属阳离子由电铸液携带喷向阴极并在阴极表面沉积，形成电铸电路回路。经过电沉积后的低浓度电铸液由集液槽收集并回流到储液槽，形成电铸液循环。整个电铸过程实行计算机数控加工。根据阴极芯模表面形状和加工要求编制加工文件并输入计算机，计算机根据加工文件产生控制信号控制驱动电机，使喷嘴与阴极产生三个方向的相对运动，实现电铸液射流对阴极表面的扫描。同时控制电铸电源的通断，实现在阴极表面指定位置的电沉积。工作台采用倒置形式，可以有效地避免阴极芯模凹腔集液问题。
Claims (2)
1.一种选择性射流电铸装置，包括芯模(阴极)(2)、工作台运动机构(3)、喷嘴(4)、集液槽(5)、流量计(6)、截流阀(7)、压力表(8)、溢流阀(9)、过滤器(10)、循环泵(11)、储液槽(12)、加热器(13)、阳极(14)、电源(F)、电量计(H)。其特征在于还包括计算机控制系统PC、置于集液槽(5)内的阳极腔(1)、阳极(14)又置于阳极腔内，芯模(2)固定于工作台运动机构底面，小口径喷嘴(4)置于阳极腔(1)上方与芯模(2)相对。
2.根据权利要求1所述的选择性射流电铸装置，其特征在于小口径喷嘴4的口径为0.1～3mm之间。
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