[发明专利]一种激光侧向同步复合喷射电沉积增材再制造铜的装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光侧向同步复合喷射电化学增材再制造铜的装置及方法，本发明装置激光束照射在喷射沉积区域的侧方，通过控制X‑Y移动平台在基体表面沉积铜，将激光的区域选择性与喷射电沉积的区域沉积性相结合，实现基体表面的局部沉积，可对大尺寸或复杂零件进行局部强化或修复处理；本发明方法沉积铜前，先对基体进行激光清洗处理，在其表面生成熔凝层，可提高沉积层与基体的结合力，然后采用激光侧向照射同步耦合喷射电沉积的方法对基体进行沉积，获得铜沉积层；本发明激光侧向照射实现铜沉积层的前、后处理，提高沉积层的均匀性，同时激光对喷射沉积过程具有强化作用，解决传统喷射电沉积晶粒粗大，沉积不均匀，结合力差的问题。

技术领域

本发明涉及电化学加工方法技术领域，具体涉及一种激光侧向同步复合喷射电沉积增材再制造铜的装置及工艺方法。

背景技术

铜具有导电性好、导热性好、塑性好的特点，应用在金属材料表面可以大大降低摩擦系数，减小摩擦力，对改善金属材料表面的摩擦磨损性能及导电性能具有良好的效果。铜是高导电、高导热材料，对红外波长激光的吸收率极低(3％)，导致激光熔覆该类材料过程中激光转换热输入不足，不易形成稳定熔池，普通近红外激光(波长1μm)熔覆工艺很难在其表面制备稳定连续的激光熔覆层，熔覆层易出现气孔、未熔合等缺陷。

电沉积技术可以突破激光表面涂覆技术的局限，实现对高导热、高导电材料的增材，获得耐高温、耐磨损、长寿命的纳米复合层，且无内应力，但存在沉积速度慢，颗粒易团聚，沉积层表面质量差的问题。喷射电沉积极限电流密度高、定域性好，能够优化浓差极化现象提高沉积速率和细化晶粒，但同时其前处理过程复杂、前处理浪费水资源，废液污染环境、镀层结合强度不稳定。

激光复合喷射电沉积铜的方法，采用激光清洗处理代替化学预处理，可提高沉积层与基体的结合力，绿色环保，无废液污染环境，将激光的区域选择性与喷射电沉积的区域沉积性相结合，解决传统喷射电沉积晶粒粗大，沉积不均匀，结合力差的问题，实现基体表面的局部沉积，可对大尺寸或复杂零件进行局部强化或修复处理。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种激光侧向同步复合喷射电沉积增材再制造铜的装置及方法，实现激光预处理、激光强化电沉积技术的有机结合。

本发明的技术方案如下：

一种激光侧向同步复合喷射电沉积增材再制造铜的装置，包括：喷嘴、激光器、电解池、电源、工作阳极、阴极工件；

所述工作阳极(阳极棒)嵌套于喷嘴内，所述喷嘴设于阴极工件的垂直位置上方；优选的，喷嘴与阳极棒嵌套部分(阳极模块)与阴极工件之间的间距，即电极间距为2～5mm，喷嘴的喷头设置于电极间距的中部位置；

所述阴极工件通过支撑架置于电解池内，且高于电解池内电解液的液面；优选的，阴极工件与电解液的液面间距为5～10mm；

所述工作阳极与电源正极连接，阴极工件与电源负极连接；

所述电解池通过进液管、循环泵、出液管连通喷嘴，实现电解液的循环；

所述激光器设于阴极工件上方，激光器发射的激光束照射在喷嘴喷射的液柱侧方，激光束与水平方向阴极工件的夹角α为100～120°；激光器发出的激光角度位置可调，通过调节激光器的位置以及激光器的激光电源强度来实现能量级数的划分。

一种利用本发明装置进行激光侧向同步复合喷射电沉积增材再制造铜的方法，包括：

在对316L不锈钢基体电沉积前，先用激光清洗处理的方式对316L不锈钢基体进行预处理，代替了传统的化学预处理方法；调节激光器的位置和角度，使焦点在316L不锈钢基体表面，实现激光与电化学的同步耦合。

具体的，所述方法包括如下步骤：

(1)将待加工的工件用砂纸进行表面打磨，然后超声清洗，自然风干，备用；