[发明专利]一种利用激光电沉积复合加工的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用激光和电沉积复合加工的装置及方法，涉及复合特种加工技术领域。利用透明导电材料作为辅助阳极正对阴极工件，实现阴极板表面电场均匀分布；当进行激光诱导电沉积加工时，利用激光焦点逐层上移，沉积物不断叠加的原理制备三维微细零件；当进行激光增强电沉积加工时，激光焦点在沉积层表面进行整体或者局部扫描，实现沉积层性能的提升或者在沉积层生长的同时制备表面结构。该装置及方法简单，适用于微细复杂零件及高性能表面镀层的制备。

技术领域

本发明涉及主要涉及复合特种加工技术领域，尤其涉及到一种利用激光电沉积复合加工的装置及方法，适用于微细复杂零件及高性能表面镀层的制备。

背景技术

电沉积技术是基于电化学原理，即通过在沉积池阴极附近金属的离子的还原反应和电结晶过程在金属材料或半导体材料表面生成金属层的涂层加工技术。电沉积技术作为一种表面改性或制取特定成分和性能金属的技术，已广泛应用微纳米制造领域。但传统的微细电沉积技术定域性差，沉积效率低，镀层的结合力与致密性较差。激光加工技术作为一种能量聚集性好，抗干扰性强，相干性好等优点的非接触式的加工方法，被广泛应用于各类表面技术。与常规电沉积技术相比，激光辅助电沉积技术利用其光热效应，诱导或增强电沉积过程，具有沉积速率高、定域性好、沉积层与基体结合度高、工艺简单等优势。

国内外对于激光电沉积复合加工有一定的研究，中国专利“一种激光诱导离子液体电沉积制备锗纳米阵列的方法”，中国专利公开号CN104988546A提出：将离子液体电沉积技术与激光辐照技术相结合，使用无毒无污染的绿色离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐作为溶剂，GeCl4为沉积质，脉冲激光器辐照沉积液，使用三电极系统，制备出锗纳米阵列。但此发明的沉积电场分布不均匀，沉积复杂零件时成型精度较低；中国专利“一种激光增强三维微区电沉积方法及其对应的装置”，中国专利公开号CN110565130A提出：将激光集成到基于微管的微区电沉积装置中，通过激光辐照在微管尖端沉积液滴在试样表面形成的弯月面上，制备三维微纳尺度图案。但在此发明中，三维图案成形的形状依赖于微管和试样表面产生的三维相对运动，且沉积区域局限于微管尖端沉积液滴，生产效率和灵活性有待提升。

发明内容

针对传统激光电沉积工艺中存在的电场分布不均匀，导致工件表面沉积层厚度不均匀等缺陷，本发明通过增加透明导电辅助阳极的方式，在不影响激光辐照的前提下，提升工件表面电场分布的均匀性，同时，通过激光分图层扫描，实现了灵活高效的激光辅助电沉积复合加工。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种利用激光电沉积复合加工的装置，包括阴极工件、工作阳极和激光束；所述阴极工件和工作阳极置于电沉积液内用于电化学沉积；还包括辅助阳极，所述阴极工件与辅助阳极平行设置，激光束透过辅助阳极辐照在阴极工件上，工作阳极和辅助阳极均与电化学电源正极相连。

进一步的，所述激光束在阴极工件上进行分图层扫描，最终得到三维微细零件。

进一步的，所述激光束在阴极工件上完成第一层扫描后，通过计算机的控制焦点逐层上移，进行分图层扫描，继而使得阴极工件表面上的沉积物不断叠加制备出三维微细零件。

进一步的，所述阴极工件置于工件夹具底部并由工件夹具夹持；所述工件夹具内置有电沉积液，通过蠕动泵实现工件夹具内溶液循环，保证电沉积液的浓度均匀。

进一步的，所述辅助阳极为透明导电材料，透光率达到80％以上。

进一步的，所述辅助阳极为导电透明聚合物和导电玻璃。

进一步的，所述辅助阳极与阴极工件之间的距离可通过不同厚度的绝缘垫块进行调节，从而实现辅助阳极与阴极工件之间沉积液厚度的控制；辅助阳极与工件夹具交界处进行密封处理，确保沉积液不会溢出。