[发明专利]一种原位共液电化学复合加工装置与方法

说明书

本发明公开了一种原位共液电化学复合加工装置与方法，属于电化学加工领域。该装置包括射流电沉积加工系统、电解光整系统、电化学复原系统、导电基底和金属层。基于该装置，先通过射流电沉积工艺在导电基底上沉积一层金属层，再采用电解光整系统对已沉积金属层表面进行光整加工，去除金属层的积瘤、毛刺等缺陷，然后利用电化学复原系统对电解液进行复原，以实现电解液中高价态金属离子按需供应与循环，维持光整加工的可持续性和整个电化学反应体系的动态平衡，交替反复进行射流电沉积加工‑电化学光整加工‑电化学复原加工，直到所加工零件达到加工要求。本发明结构简单，加工成本低，加工精度和效率高，能很好地解决射流电沉积层所存在的问题。

技术领域

本发明涉及电化学加工领域，尤其涉及一种原位共液电化学复合加工装置与方法。

背景技术

电沉积加工是一种基于电化学原理在阴极基底上沉积金属层/件的电化学加工技术。该技术因具有高复制成形精度、低工艺成本、大材料选择范围、低操作温度和大材料性能调控尺度等优势，在工业领域应用十分广泛。射流电沉积加工是一种特殊形式的电沉积加工工艺。该技术是一种以高速射流为载体在阴极基底上进行选择性电沉积的无掩膜电沉积加工技术，具有沉积速度快、选择性好、自由度高等优点，在某些应用领域备受关注与重视，尤其在三维金属微结构快速制造领域。但射流电沉积技术由于自身固有特性导致沉积微区传质速度与电场分布不均匀，进而导致沉积层畸变，出现厚度分布不均、表面凹凸不平以及积瘤和毛刺等现象。

为了克服以上缺点， 1998年发表在CIRP Annals的文献Rapid prototyping byselective electrodeposition using electrolyte jet公开了一种射流电沉积快速成型技术。该技术辅助有间歇研磨步骤，以离线二次加工方式来去除表面积瘤和毛刺等缺陷以维持电沉积的持续进行。其中研磨时间占总加工时间的2/3，导致加工效率极低，成本较高。专利号为ZL201010588837.4的发明专利公布了一种回转体零件的高速射流喷射电铸加工方法及装置。该专利通过高速射流在回转体表面选择性沉积微结构的同时，交替采用硬质粒子在线磨削的方法以去除电沉积件的积瘤和毛刺等缺陷，使喷射电铸得以持续稳定进行。但是硬质粒子的磨削的产物不利于溶液的维护，且该专利所涉及的装置与方法仅适用于回转体零件，在非回转体零件或微细结构件的制备上面临巨大挑战。专利号为ZL201610170808.3的发明专利公布了一种电化学加工三维金属微结构的系统与方法。该专利通过添加横梁阴极、左侧阴极和右侧阴极在线对射流电沉积件/层进行溶解腐蚀加工，进而去除其表面积瘤、毛刺等缺陷，在一定程度上提高了射流电沉积的加工精度。但该专利所提出的系统与方法涉及到两个具有独自电解液体系的加工系统。在加工期间，两个独立的电解液系统需要反复更换，操作较为复杂，且反复更换电解液体系必然带来如反复清洗沉积件和沉积槽等复杂问题，导致加工效率偏低。因此，本发明提出一种原位共液电化学复合加工装置与方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是针对现有的射流电沉积方法难以连续加工出组织结构致密表面平整、精度高的三维金属微结构的不足，提出一种原位共液电化学复合加工装置与方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：