[发明专利]一种基于超临界流体3D电沉积加工零部件的方法

摘要

本发明提供一种由基于超临界流体3D电沉积加工装置实施的加工零部件方法，装置包括二氧化碳气瓶、高压泵、数控控制器、反应器、移动阳极组件、移动阴极组件、直流电源和作为被加工零部件的阴极基体；反应器内设机械搅拌器；移动阳极组件包括Z向直线电机、驱动丝杠、阳极连接杆和移动阳极；移动阴极组件包括X向和Y向的直线电机、导轨、移动块以及夹具；使用时，移动阳极和阴极基体分别与直流电源的正负极电连接。加工方法主要包括阴极基体预先化学镀处理、安装阴极基体、制备超临界流体、电沉积加工及后处理等步骤。本发明能有效提高电沉积速度、改善沉积质量、在三维空间通过电沉积制备复杂、精密金属零部件，拓宽了电沉积技术应用领域。

主权项

一种基于超临界流体3D电沉积加工零部件的方法，其特征在于：由基于超临界流体3D电沉积加工装置实施，所述的超临界流体3D电沉积加工装置包括二氧化碳气瓶（1）、高压泵（2）、数控控制器（3）、反应器（4）、移动阳极组件（5）、移动阴极组件（6）、直流电源（8）和作为被加工零部件的阴极基体（7）；所述的反应器（4）包括本体（41）和机械搅拌器（42）；本体（41）上设有进气口（41‑1）、排液口（41‑2）和加热线圈（41‑3）；所述的二氧化碳气瓶（1）和高压泵（2）用于使用时向反应器（4）提供二氧化碳气体；所述的移动阳极组件（5）包括Z向直线电机（51）、驱动丝杠（52）、阳极连接杆（53）和移动阳极（54）；Z向直线电机（51）固定安装在反应器（4）的本体（41）的上部；驱动丝杠（52）与Z向直线电机（51）传动连接；阳极连接杆（53）与驱动丝杠（52）固定连接；驱动丝杠（52）内置有与之绝缘的弹性导电线圈；移动阳极（54）与阳极连接杆（53）固定连接；移动阳极（54）通过阳极连接杆（53）和驱动丝杠（52）内置的弹性导电线圈外接直流电源（8）的正极；移动阳极组件（5）的移动阳极（54）由Z向直线电机（51）通过驱动丝杠（52）和阳极连接杆（53）的传动，可在反应器（4）的本体（41）内上下往复运动；所述的移动阴极组件（6）包括X向直线电机（61）、X向导轨（62）、X向移动块（63）、Y向直线电机（64）、Y向导轨（65）、Y向移动块（66）和夹具（67）；X向直线电机（61）固定安装在反应器（4）的本体（41）上；X向导轨（62）分前后设有2根；X向导轨（62）固定安装在反应器（4）的本体（41）内的下端面上；X向移动块（63）安装在X向导轨（62）上且在X向直线电机（61）的驱动下可依托X向导轨（62）左右向直线滑动；Y向直线电机（64）固定安装在X向移动块（63）的上端面上；Y向导轨（65）分左右设有2根；Y向导轨（65）固定安装在X向移动块（63）的上端面上且Y向导轨（65）与X向导轨（62）垂直设置；Y向移动块66的上端面上涂覆有绝缘工程塑料；Y向移动块（66）安装在Y向导轨（65）上且在Y向直线电机（64）的驱动下可依托Y向导轨（65）前后向直线滑动；夹具（67）的材质为耐酸、耐高压和高硬度的绝缘工程塑料；夹具（67）设置在Y向移动块（66）的上端面上，用于使用时夹持阴极基体（7）；使用时，阴极基体（7）与直流电源（8）的负极电连接；移动阴极组件（6）的X向直线电机（61）和Y向直线电机（64）以及移动阳极组件（5）的Z向直线电机（51）的运行均由数控控制器（3）控制；所述的驱动丝杠（52）的材质为不锈钢，内部中空；阳极连接杆（53）为内置铜制框架且外履绝缘、耐酸、耐高压的工程塑料的杆体件；所述的驱动丝杠（52）与阳极连接杆（53）的连接处以及阳极连接杆（53）与移动阳极（54）的连接处均用高压密封圈进行密封；所述的移动阳极（54）包括基体（54‑1）和电极（54‑2）；基体（54‑1）的材质为玻璃，基体（54‑1）由上圆柱体部和下圆柱体部一体组成，基体（54‑1）的上圆柱体部的直径小于下圆柱体部的直径，基体（54‑1）的上圆柱体部与阳极连接杆（53）固定连接；电极（54‑2）设置在基体（54‑1）内且位于基体（54‑1）的轴心线上；加工零部件的方法，包括以下步骤：①阴极基体预先化学镀处理：在作为被加工零部件的阴极基体（7）的表面镀上一层易于进行电沉积的金属；②安装阴极基体：将阴极基体（7）通过移动阴极组件（6）的夹具（67）固定在Y向移动块（66）的上端面上；调节移动阳极（54）的上下向位置，使其不与移动阴极组件（6）相干涉；③制备超临界流体：在反应器（4）中加入配置好的含表面添加剂和电沉积缓释剂的二元体系电镀液；密闭后，向反应器（4）中通入二氧化碳气体，控制反应器（4）内的温度在35～70℃、压力在8～20MPa的范围内，形成以超临界二氧化碳乳化液为载体的三元电沉积体系；④电沉积加工：接通电源，设定电沉积参数和移动阳极（54）相对阴极基体（7）的位置；在数控控制器（3）的控制以及机械搅拌器（42）的搅拌辅助下进行电沉积以在阴极基体（7）的外表面得到所需的电沉积层；数控控制器（3）控制移动阳极（54）和移动阴极组件（6）按设定的轨迹运动；移动阳极（54）相对于作为阴极主体的阴极基体（7）的上下移动最大单向行程为5cm；电沉积加工过程由多个加工区间串联构成，每个加工区间分为沉积区间和抬刀区间；电沉积时间为2～5小时，每个沉积区间时长控制为30min，抬刀区间时长控制为2min；抬刀区间内，移动阴极组件（6）静止；所述的电沉积区间时，移动阳极（54）的底部与阴极基体（7）的间距控制为1cm；机械搅拌器（42）左右向水平间歇搅拌；机械搅拌器（42）的搅拌速率为200～500rpm；直流电源（8）输出的电流密度为1～13 A/dm2；⑤电沉积加工完毕后处理：电沉积加工完毕后，通过后处理，即得到所需性能和形状的零部件。