[发明专利]一种基于超临界流体3D电沉积加工零部件的方法

说明书

本申请是申请号为201410762856.2，申请日为2014年12月11日，发明创造名称为“基于超临界流体3D电沉积加工装置及方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电化学沉积加工技术领域，具体涉及一种基于超临界流体3D（三维）电沉积加工零件的装置及方法。

背景技术

超临界环境下电沉积技术是当前国内外研究的一个热点。超临界流体（Supercritical Fluid）是指纯净物质处于临界点（临界压力和临界温度）以上时，所表现出来的一种介于液态和气态的流体。在临界点附近，超临界流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。CO₂气体具有环保、 不燃、无毒、惰性、储备丰富且临界压力（7.39MPa）和温度(31.1℃)不太高等优点，因此超临界CO₂流体被广泛运用。由于超临界CO₂具有较低的粘度（0.03-0.1 MPa·s）和较高的扩散系数（10^{- 4}cm²·s^-1），在电沉积体系中能为传质提供良好的条件。目前超临界流体环境下制备金属基纳米复合材料与微细零件的工艺方法和装置已有所见。如授权公告号为CN 101092716B的中国专利文献公开了一种超临界流体细微电镀成型工艺及其装置，其以SCF-CO₂为电镀环境进行微结构零件的成型，通过该方法所得的金属电镀层表面沉积均匀、无积瘤，且铸层组织细密平整，但所得铸层零件为预先光刻（内模）形状的零件，无法柔性制备不同类型的3D零部件；又如公布号为CN 102146573A的中国专利文献提出了一种超临界流体电铸成型制备纳米复合材料的方法，其主要是在机械搅拌辅助条件下电沉积制备金属基纳米复合材料，电场分布是固定的，从其参数设置和阴阳极设置来看，不能有效地进行对零部件在三维空间通过电沉积进行加工制备。因而，将当前十分热门的3D打印技术中三维成型和运动原理运用到超临界电沉积加工艺中，设计一种可在三维空间内对零部件进行电沉积加工制备的装置和加工方法，显得十分必要。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种能有效提高电沉积速度、改善沉积质量、在三维空间通过电沉积制备复杂、精密金属零部件，并能拓宽电沉积技术应用领域的基于超临界流体3D电沉积加工装置及采用该装置加工零部件的方法。

本发明的技术方案是：本发明的基于超临界流体3D电沉积加工零部件的方法，由基于超临界流体3D电沉积加工装置实施，该装置包括二氧化碳气瓶、高压泵、数控控制器、反应器、直流电源和作为被加工零部件的阴极基体；上述的反应器包括本体和机械搅拌器；本体上设有进气口、排液口和加热线圈；上述的二氧化碳气瓶和高压泵用于使用时向反应器提供二氧化碳气体；其特征在于：还包括移动阳极组件和移动阴极组件；

上述的移动阳极组件包括Z向直线电机、驱动丝杠、阳极连接杆和移动阳极；Z向直线电机固定安装在反应器的本体的上部；驱动丝杠与Z向直线电机传动连接；阳极连接杆与驱动丝杠固定连接；驱动丝杠内置有与之绝缘的弹性导电线圈；移动阳极阳极连接杆固定连接；移动阳极通过阳极连接杆和驱动丝杠内置的弹性导电线圈外接直流电源的正极；移动阳极组件的移动阳极由Z向直线电机通过驱动丝杠和阳极连接杆的传动，可在反应器的本体内上下往复运动；

上述的移动阴极组件包括X向直线电机、X向导轨、X向移动块、Y向直线电机、Y向导轨、Y向移动块和夹具；X向直线电机固定安装在反应器的本体上；X向导轨分前后设有2根；X向导轨固定安装在反应器的本体内的下端面上；X向移动块安装在X向导轨上且在X向直线电机的驱动下可依托X向导轨左右向直线滑动；

Y向直线电机固定安装在X向移动块的上端面上；Y向导轨分左右设有2根；Y向导轨固定安装在X向移动块的上端面上且Y向导轨与X向导轨垂直设置；Y向移动块66的上端面上涂覆有绝缘工程塑料；Y向移动块安装在Y向导轨上且在Y向直线电机的驱动下可依托Y向导轨前后向直线滑动；

夹具的材质为耐酸、耐高压和高硬度的绝缘工程塑料；夹具设置在Y向移动块的上端面上，用于使用时夹持阴极基体；使用时，阴极基体与直流电源的负极电连接。

移动阴极组件的X向直线电机和Y向直线电机以及移动阳极组件的Z向直线电机的运行均由数控控制器控制；