[发明专利]一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法及装置

说明书

本发明公开了一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法及装置，在工件基板上利用脉冲激光和电化学反应电沉积出沉积层的同时利用脉冲激光的热量对工件基板表面的沉积层进行重熔，获得均匀分布的重熔层，随后利用残余热量诱导电镀，在重熔层表面获得镀层。本发明方法可以同步制备出基材‑重熔层‑镀层的三层梯度结构，消除了镀层材料与基体材料的界面，有利于镀层与基体的结合，改善了镀层剥落现象，同时还能保证工件基板的表面性能。另外，本发明装置可以实现激光束和工件基板之间的相对运动，从而可利用多个脉冲激光的热量累积效应在工件表面引发瞬时重熔。

技术领域

本发明涉及复合特种加工技术领域，尤其涉及到一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法及装置，适用于高性能表面镀层的制备。

背景技术

电沉积技术的本质是还原反应，主要应用于工件表面镀层，对其进行修饰、改性，提高表面性能。单一的电沉积技术在制造过程中会出现沉积速率低，沉积层均匀性差和针孔、麻点以及内应力等缺陷。激光辅助电沉积技术是利用激光束所具有的高能量密度来辅助电沉积过程中的电化学反应过程，可提高沉积速率、改善镀层性能。

国内外对于制备梯度镀层有一定研究，中国专利“一种耐磨抗蚀Ni-Co-B-Sc梯度镀层及其制备方法”中调节电镀液pH值为3～6，按照以下电流密度档位循环电镀一定时间：0.1～0.3A/dm²、0.3～0.5A/dm²、0.5～0.7A/dm²、0.7～0.9A/dm²，每档电流密度电镀时间1～5min，时间到了就切换至下一档，最后一档时间到切换至第一档，如此循环一定的总电镀时间最终得到梯度结构的镀层。中国专利“一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层及其制备方法”中在镀液中添加了氧化石墨烯，并采用功能梯度电镀工艺，所得梯度镀层中含有还原氧化石墨烯，能够有效增强镀层抵抗腐蚀性物质侵扰的能力。具体方式为依次进行第一电镀、第二电镀和第三电镀；所述第一电镀的占空比为0.70～0.85，第二电镀的占空比为0.55～0.60，第三电镀的占空比为0.20～0.40从而得到所述梯度镀层。

以上发明是通过改变电流密度、占空比等电化学参数制备梯度镀层。改变单一的电化学参数虽然能得到功能性较好，表面致密的镀层，但是参数变量组较多，工业生产中降低了生产效率，成本上升。对镀层来说，理想的梯度镀层应该是从基体到镀层表面实现完全的组成与结构的梯度变化，但是现有制备梯度镀层的方法与基体的结合强度不高，在实际应用中受到外力影响较易剥落。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法，本方法可以同步制备出基材-重熔层-镀层的三层梯度结构，该结构用于消除镀层材料与基体材料的界面，有利于镀层与基体的结合，改善了镀层剥落现象。另外，本发明提供的装置可以实现激光束和工件基板之间的相对运动，从而可利用多个脉冲激光的热量累积效应在工件表面引发瞬时重熔。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法，在工件基板上利用脉冲激光和电化学反应电沉积出沉积层的同时利用脉冲激光的热量对工件基板表面的沉积层进行重熔，获得均匀分布的重熔层。

进一步的，在获得重熔层的同时利用脉冲激光的残余热应力诱导重熔层上表面发生电化学反应得到镀层。

一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法的装置，包括激光辐照系统、控制系统和电化学加工系统；所述激光辐照系统用来发出脉冲激光并使得脉冲激光辐照在电化学加工系统上；所述控制系统用来控制激光辐照系统和电化学加工系统；在激光加工和电化学反应过程中，激光束与工件基板相对移动。

进一步的，所述加工系统中工件基板和阳极基板之间设置有隔板。

进一步的，所述工件基板和阳极基板与隔板之间贴合。

进一步的，所述隔板为耐蚀绝缘材料。