[实用新型]金属电沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电化学加工技术领域，具体涉及一种金属电沉积装置。

背景技术

金属电沉积技术是在外加电场作用下利用电解质中的金属阳离子镀覆沉积到阴极上的一种加工方法。其原理是在电解质溶液中由阳极和阴极构成回路，在电场作用下，使阳极上的金属失去电子以离子的形式不断融入电解质溶液，而同时金属离子在阴极上得到电子以金属原子形式不断沉积析出的过程。金属电沉积技术是增材加工技术，主要包括电铸技术和电镀技术等。

电铸技术是利用金属离子在阴极芯模电沉积原理来获取金属零部件的一种精密制造技术。电铸基本原理是根据需要加工的特定形状制作出原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通上电源，在电场作用下，原模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制件。电铸的特点是成形的零件能够非常精确地复制芯模形状及其细微结构，具有很高的形状精度和尺寸精度。

电镀技术是一种能够改变材料的表面特性、改善材料外观，使材料获得耐腐蚀、耐磨损、抗高温以及其他特殊性能的一种加工方法。其原理是把需要表面处理的零件作为阴极，用电镀材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通电后在电场作用下，在阴极零件的表面形成金属或合金的沉积层。电镀技术要求镀层应具有均匀、平整、致密和结合力良好的特点。近年来，电镀技术已广泛应用到工业生产和民用产品的各个领域中，电镀不仅使产品表面外观精美、手感舒适，而且更增加了产品表面的耐磨损性能和抗腐蚀性能等。

传统的金属电沉积技术还存在一些关键问题需加以改善，如电沉积层表面常出现针孔和结瘤、沉积层厚度不均匀、电沉积速度慢、材料性能差等。这些问题的存在会导致电沉积加工和表面处理零件的性能下降、电沉积生产效率降低，甚至生产被迫中止和零件报废等，严重制约着金属电沉积技术的发展。目前，人们尝试了许多种改进措施和方法，包括在电解液中添加有机添加剂、使用反向脉冲电流等。这些方法在一定程度上改善了电沉积加工零件表面质量和材料性能，提高了电沉积层的厚度均匀性。但是，有机添加剂使用量少且检测困难，在电沉积过程中往往夹杂在电沉积层中被不断消耗，不仅使电解液维护困难，而且影响电沉积材料的纯度和性能。另外，有机添加剂对生产人员会造成危害，又会造成环境污染。而反向脉冲电流会降低电流效率，影响电沉积速度。因此，有必要探索新的金属电沉积方法和技术，以有效解决金属电沉积技术实际应用中的关键问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种金属电沉积装置，以解决现有技术中的金属电沉积技术中出现的沉积层硬度低、致密性差、电沉积速度低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的金属电沉积装置采用如下技术方案：一种金属电沉积装置，包括用于容纳电解液的电沉积槽和用于在电沉积过程中与电解液中的阳极及阴极对应电连接的电源，所述的电沉积槽外侧设有在电沉积过程中向电解液施加平行或垂直于电场方向的超声波的电声换能器系统，该电声换能器系统电连接有超声波发生器，电声换能器系统施加在电解液上的超声波频率为45kHz，超声波功率为120～300W；在电沉积槽外侧还设置有用于在电沉积过程中向电解液施加平行或垂直于电解液中电场的磁场N极磁极和S极磁极，所述N极磁极和S极磁极相对应的分布在电沉积槽的两侧，由N极磁极和S极磁极施加在电解液中的磁场强度B为0.5～1.0T；在电沉积槽中还设有在电沉积过程中用于搅拌电解液的搅拌器和用于使电沉积槽中的电解液温度保持稳定的加热系统。

所述的N极磁极和S极磁极绕电沉积槽中心轴线可转动的转配在电沉积槽外侧。

所述的电沉积槽周向外侧通过推力轴承支撑有绕电沉积槽中心轴线转动的装配工作台，所述的N极磁极和S极磁极分别对应放置回转装配工作台上位于电沉积槽周向外侧的两承接部位置处，两承接部相对于电沉积中心轴线对称布置。

所述的电声换能器系统包括设置在电沉积槽底部的槽底电声换能器和位于电沉积槽周向一侧的槽侧电声换能器，所述槽侧电声换能器安装方向使用时与电沉积槽中的电场方向同向，槽底电声换能器和槽侧电声换能器连接有用于控制两者工作状态以得到在电沉积过程中向电解液施加垂直或平行于电解液中电场的超声波的超声波控制器。

所述的电沉积槽中的加热系统包括加热器、检测电解液温度的热电偶和用于根据热电偶所检测到的温度控制加热器工作时间的温控装置。