[发明专利]声子光子复合作用下的电化学微增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种声子光子复合作用下的电化学微增材制造装置及方法，属于微细电化学沉积领域，电化学微增材制造装置包括隔振平台、X轴移动系统、Y轴移动系统、Z轴移动系统、电解池系统、探针系统、微控制器、激光系统以及超声系统，方法为采用上述电化学微增材制造装置进行声子光子复合作用下的电化学微增材制造，本发明结合了超声辅助和激光表面改性的优势，达到增加金属离子的动能和活度的作用，实现提高温度梯度和浓度梯度的效果，促进具有纳米晶或者纳米栾晶的金属成型。在激光诱导下，在阴极表面形成更多的形核点，进而提高电化学沉积效率和沉积质量。

技术领域

本发明属于微细电化学沉积领域，具体涉及一种声子光子复合作用下的电化学微增材制造装置及方法。

背景技术

定域电化学微增材制造是近些年发展起来的新兴技术，得益于精密电铸的发展，定域电化学微增材制造向两个方向进行发展，一是逐步极限减小微阳极的直径/孔径；二是固定阴阳极位置形成固定电场，通过减少金属电解质溶液的微量挤出而形成较高的电流密度。但现有定域电化学沉积效率低。

纳米超声振动平台产生的声子产生的波动来影响金属离子和原子成核结晶过程。声子在溶液中的传播改善了电极双电层的厚度，增加金属离子的通量，超声的空化作用加速了局域金属离子的速度，增加了金属离子的动能。在金属原子成核时，声子加速下的金属原子进入晶格时的初始动能更大。定域沉积时更容易获得具有纳米晶以及纳米栾晶的金属。

利用飞秒激光器产生光子对局部溶液进行加热和扰动，增加的光子改变电解质溶液的热平衡状态，温度梯度的产生加速了溶液中金属离子的对流、扩散和电迁移的速率。增加了局部电化学区域内的金属离子通量，加速了电化学的沉积过程。光子在溶液中的传播活化了阴极表面的状态，增加表面的成核点，提高金属原子成核速度，提高沉积效率。

目前对于声子光子复合定域电沉积制造技术现有方法鲜有报道。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决高效定域电化学沉积这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种声子光子复合作用下的电化学微增材制造装置及方法，通过声子和光子复合作用下的定域电化学沉积方法，不仅可以增加溶液中离子的初始动能，而且可以增加局域电化学中的温度梯度和浓度梯度，增加微区内离子的运动通量，改善沉积情况，实现高效沉积，用来解决定域电化学沉积的技术难题。

声子光子复合作用下的电化学微增材制造装置，其特征在于，包括：隔振平台、X轴移动系统、Y轴移动系统、Z轴移动系统、电解池系统、探针系统、微控制器、激光系统以及超声系统，所述X轴移动系统安装在隔振平台的台面上；所述Y轴移动系统安装在X轴移动系统上，Y轴移动系统的输入端和X轴移动系统的输入端均与微控制器连接，Y轴移动系统和X轴移动系统构成平面二维移动机构；所述电解池系统固定在Y轴移动系统的顶部，在微控制器驱动下，Y轴移动系统和X轴移动系统形成的平面二维移动机构带动电解池系统按照预设运动轨迹在二维平面内运动，电解池系统包括工作电极、对电极以及Ag/AgCl参比电极，对电极为槽型结构，工作电极和Ag/AgCl参比电极置于对电极内部，工作电极、对电极和Ag/AgCl参比电极形成三电极体系，并配置为对电极和工作电极之间施加电偏压，对电极中填充有浸没工作电极和Ag/AgCl参比电极的稀硫酸，稀硫酸是浓度为51mM的稀硫酸，pH值为1至3；

所述探针系统的输入端与微控制器连接，探针系统包括微探针和探针支架，探针支架固定在对电极的内壁上，探针支架上开设有探针孔；微探针内部填充有硫酸铜溶液，微探针的一端为尖端，微探针的另一端固定在Z轴移动系统上，微探针的尖端穿过所述探针孔延伸至对电极内，且位于稀硫酸液面以下，同时微探针的尖端具有供硫酸铜溶液流出的孔道，微探针与外界压力控制器连接，压力控制器用于控制硫酸铜溶液从微探针的挤出量；