一種三維表面噴丸射流電沉積制造方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三維表面的噴丸射流電沉積制造方法及裝置，將沉積液與硬質(zhì)顆粒相混合以噴射的方式沉積到導(dǎo)電基板上，實(shí)現(xiàn)電沉積的快速制造技術(shù)，減緩電沉積過程的晶粒長(zhǎng)大速率，達(dá)到晶粒細(xì)化目的，顯著提高沉積層質(zhì)量。將二者相結(jié)合能有效克服單一電沉積陰極析氫和雜質(zhì)粘附產(chǎn)生的沉積層質(zhì)地疏松、麻點(diǎn)和凹坑等缺陷，提高沉積層的硬度和致密性。同時(shí)，引入五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)三維空間加工成型，提高沉積層均勻性和形狀精度。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于貴重金屬器件和復(fù)雜形狀零件的生產(chǎn)，也可用于表面快速涂鍍和強(qiáng)化技術(shù)等。
【專利說明】
一種三維表面噴丸射流電沉積制造方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及制造技術(shù)中快速成型加工領(lǐng)域，尤其是一種三維表面噴丸射流電沉積制造方法及裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]電沉積技術(shù)作為一種新型的加工成型方法，以其良好的工藝參數(shù)可控性等特點(diǎn)， 在微細(xì)制造技術(shù)和表面處理技術(shù)領(lǐng)域取得了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，如微型馬達(dá)、微傳感器、微型零件成型和修復(fù)，零件表面涂鍍和耐腐蝕等方面的應(yīng)用取得了良好的效果。因此，電沉積技術(shù)是21世紀(jì)最具吸引力的研究領(lǐng)域之一。
[0003]由于普通電沉積方法在沉積速度、沉積的區(qū)域選擇性、沉積層與基體的結(jié)合強(qiáng)度以及沉積層本身的晶粒尺寸、物理特性和表面形貌等方面存在諸多不足，使得電沉積的優(yōu)越性難以顯現(xiàn)。將電沉積方法加以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)并與其他的加工方法相融合，便能取得良好的效果。如中國(guó)專利“一種超聲波電鑄裝置”，專利號(hào):CN103276415A中提出:采用超聲波高頻振蕩提高電沉積反應(yīng)的物質(zhì)傳輸速率，降低濃差極化，并清潔電極表面析出氫氣泡，改善沉積效果。又如，公開號(hào)為:CN101994137A的“回轉(zhuǎn)體零件的高速射流噴射電鑄加工方法及裝置”，提出:利用高速射流向回轉(zhuǎn)體零件沿一定軌跡進(jìn)行選擇性掃描噴射逐層堆砌成所需的零件，同時(shí)通過硬質(zhì)粒子或摩擦件對(duì)鑄層表面進(jìn)行摩擦，有效去除沉積層表面積瘤毛刺等缺陷。在復(fù)合電沉積方面，公開號(hào)為CN103590080A的“一種激光強(qiáng)化噴射電沉積快速成形加工裝置及方法”，提出:將高能量密度激光束和高速電沉積溶液通過管狀的鈍性陽(yáng)極中心孔同步射向陰極表面，實(shí)現(xiàn)激光強(qiáng)化電沉積技術(shù)與電沉積溶液噴射的結(jié)合，達(dá)到很高的沉積速度且能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域選擇性沉積，可快速制造出形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)致密的金屬零件。
[0004]在現(xiàn)有的電沉積技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的沉積方法中，或方法簡(jiǎn)易但效果不明顯，或效果良好但裝置復(fù)雜可操作性低等原因極大的限制了電沉積技術(shù)的廣泛應(yīng)用。且沉積層的表面會(huì)隨著沉積時(shí)間的延長(zhǎng)使沉積質(zhì)量變差，進(jìn)而影響材料的致密性和均勻性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種三維表面噴丸射流電沉積制造方法及裝置。將沉積液與硬質(zhì)顆粒相混合，既能實(shí)現(xiàn)電沉積技術(shù)的快速制造成形，又能實(shí)現(xiàn)噴丸的表面強(qiáng)化目的，極大提高電沉積的沉積速率，改善沉積層的質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007]一種三維表面噴丸射流電沉積制造方法，其特征在于，包含以下步驟:
[0008](1)先對(duì)陰極導(dǎo)電基板表面進(jìn)行研磨、除油、酸洗和水洗，然后固定陰極導(dǎo)電基板， 將電源的正負(fù)極分別與陽(yáng)極和陰極導(dǎo)電基板相連接，開啟電源；
[0009](2)采用可調(diào)節(jié)流量的液壓栗為酸性沉積液加速，并將沉積液與粒度大小均勻的微米級(jí)硬質(zhì)顆粒充分混合，再以流動(dòng)的沉積液產(chǎn)生的負(fù)壓為硬質(zhì)顆粒提供動(dòng)力，使硬質(zhì)顆?；烊氤练e液，使噴出的硬質(zhì)顆粒具有足夠的沖擊速度，并與沉積液形成射流從噴嘴中噴出形成射流，沖擊到陰極導(dǎo)電基板上，所述硬質(zhì)顆粒的沖擊速度的大小應(yīng)滿足:硬質(zhì)顆粒沖擊沉積表面的作用力大于氣動(dòng)噴丸強(qiáng)化工藝中噴丸對(duì)工件的作用力；
[0010](3)沉積液在陰極導(dǎo)電基板上電解沉積；同時(shí)硬質(zhì)顆粒沖擊沉積表面的瞬間沖量， 使沉積層的晶粒排列規(guī)則形成亞晶粒，平整沉積層表面凸起的尖端部分，及時(shí)去除陰極氫氣泡和雜質(zhì)，抑制結(jié)瘤和針孔麻點(diǎn)的產(chǎn)生；
[0011](4)通過五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)調(diào)整噴嘴的空間噴射角度，持續(xù)沉積形成所需要的三維空間形狀；
[0012](5)收集未沉積的沉積液和硬質(zhì)顆粒，并循環(huán)使用。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，所述噴嘴處沉積液噴射速度5?10m/S。[〇〇14] 一種三維表面噴丸射流電沉積制造裝置，其特征在于，包括:五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)、電沉積系統(tǒng)、液體循環(huán)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)；
[0015]所述五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)包括五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)械手和數(shù)控裝置，所述數(shù)控裝置用于控制機(jī)械手的空間角度和運(yùn)動(dòng)路徑；
[0016]所述電沉積系統(tǒng)包括電源、陰極導(dǎo)電基體和陽(yáng)極，所述電源的負(fù)極與正極分別與陰極導(dǎo)電基體和陽(yáng)極相互連接，所述陽(yáng)極固定于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手上、并位于陰極導(dǎo)電基體上方；
[0017]所述液體循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液槽、沉積槽、過濾器、循環(huán)栗，所述沉積槽位于陰極導(dǎo)電基體下方、并通過管道與儲(chǔ)液槽連接，所述循環(huán)栗、過濾器設(shè)置在沉積槽與儲(chǔ)液槽之間的管道上;儲(chǔ)液槽通過橡膠軟管與陽(yáng)極連通；
[0018]所述液壓系統(tǒng)設(shè)置在儲(chǔ)液槽和橡膠軟管之間，包括依次連接的過濾裝置、液壓栗、 節(jié)流閥、壓力表，以及設(shè)在節(jié)流閥與儲(chǔ)液槽之間的溢流閥，所述液壓栗與過濾裝置之間通過不銹鋼管連接，所述過濾裝置置于儲(chǔ)液槽中；
[0019]所述硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)包括收集漏斗、回收器、儲(chǔ)存器，所述收集漏斗置于陰極導(dǎo)電基體下方，所述回收器連接在收集漏斗與儲(chǔ)存器之間，所述儲(chǔ)存器通過管道與橡膠軟管或陽(yáng)極連通。
[0020]進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)液槽中還設(shè)有攪拌器和加熱器;所述加熱器帶有溫度傳感器。 [〇〇21 ] 進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極內(nèi)徑3?5mm。[〇〇22] 進(jìn)一步地，所述電源為可調(diào)脈沖電源，頻率范圍0.5?2MHz、峰值電壓2?15V、脈沖寬度30?500ns;所述液壓栗為變量栗，工作壓力lObar以上，額定流量不小于10L/min;所述不銹鋼管和橡膠軟管內(nèi)徑15?25_，且二者內(nèi)壁光滑。[〇〇23] 進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)顆粒直徑500?800M1，且要經(jīng)過酸洗去雜質(zhì)和烘焙處理。
[0024]本發(fā)明將噴丸強(qiáng)化技術(shù)與電沉積技術(shù)合理的結(jié)合，不僅可以克服傳統(tǒng)電沉積陰極析氫和雜質(zhì)粘附產(chǎn)生的沉積層質(zhì)地疏松、麻點(diǎn)和凹坑等缺陷而顯著提高材料的致密度和均勻性，既能實(shí)現(xiàn)電沉積技術(shù)的快速制造成形，又能實(shí)現(xiàn)噴丸的表面強(qiáng)化目的，極大提高電沉積的沉積速率，改善沉積層的質(zhì)量。而且與數(shù)控加工系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)三維空間加工成形，從而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代復(fù)雜形狀零件的生產(chǎn)，也可用于快速涂鍍和表面強(qiáng)化技術(shù)等。 [〇〇25]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及有益效果:
[0026]1)沉積中利用硬質(zhì)顆粒的瞬間沖量，多次沖擊沉積層表面，使沉積層在沖擊應(yīng)力作用下，晶粒排列規(guī)則，形成更小的亞晶粒，從而實(shí)現(xiàn)噴丸強(qiáng)化的效果，提高沉積層的硬度和致密性。
[0027]2)硬質(zhì)顆粒對(duì)沉積層表面的均勻沖壓，使表面凸起的尖端部分受到更多幾率的沖擊和更大的壓力，從而使沉積層表面更加平整光亮。
[0028]3)硬質(zhì)顆粒對(duì)陰極表面的瞬時(shí)覆蓋和屏蔽，也可起到表面活性添加劑的阻化作用，減緩電沉積過程的晶粒長(zhǎng)大速率，達(dá)到晶粒細(xì)化目的。
[0029]4)硬質(zhì)顆粒對(duì)陰極表面的摩擦作用，能夠均勻化沉積層組織結(jié)構(gòu)和提高沉積層組織性能，同時(shí)又能及時(shí)去除陰極氫氣泡和雜質(zhì)，抑制結(jié)瘤和針孔麻點(diǎn)等缺陷的產(chǎn)生，達(dá)到平整沉積層表面的目的。
[0030]5)與五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)相結(jié)合，不僅能實(shí)現(xiàn)三維空間的成形制造，還可實(shí)現(xiàn)任意曲面的噴涂和表面強(qiáng)化，工作效率高、工藝簡(jiǎn)化?！靖綀D說明】
[0031]圖1是本發(fā)明所述表面噴丸射流電沉積制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2是陽(yáng)極的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0〇33]圖3是陽(yáng)極的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意圖。[〇〇34]附圖標(biāo)記說明如下:[〇〇35]1.電源，2.陰極導(dǎo)電基體，3.電流表，4.閥門，5.儲(chǔ)存器，6.壓力表，7.節(jié)流閥，8.溢流閥，9.加熱器，10.攪拌器，11.過濾裝置，12.液壓栗，13.循環(huán)栗，14.過濾器，15.沉積槽， 16.收集漏斗，17.支撐架，18.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)械手，19.回收器，20.數(shù)控裝置，21.橡膠軟管，22.儲(chǔ)液槽，23.鈦合金不溶性陽(yáng)極，24.鋼化玻璃罩，25.分岔管，26.沉積層?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇36]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0037]本發(fā)明所述的三維表面噴丸射流電沉積制造方法，加工前對(duì)陰極導(dǎo)電基板表面進(jìn)行研磨、除油、酸洗和水洗。固定陰極導(dǎo)電基板，將電源的正負(fù)極分別與陽(yáng)極和陰極導(dǎo)電基板相連接，開啟電源，可調(diào)節(jié)流量的液壓栗持續(xù)的為酸性沉積液提供液體流動(dòng)動(dòng)力，沉積液在橡膠軟管內(nèi)的流動(dòng)使硬質(zhì)顆粒的儲(chǔ)存器與橡膠軟管的接口處形成負(fù)壓，硬質(zhì)顆粒被強(qiáng)力吸入，與沉積液充分混合，使噴出的硬質(zhì)顆粒具有足夠的沖擊速度，并與沉積液形成射流從噴嘴中噴出形成射流，沖擊到陰極導(dǎo)電基板上，所述硬質(zhì)顆粒的沖擊速度的大小應(yīng)滿足:硬質(zhì)顆粒沖擊沉積表面的作用力大于氣動(dòng)噴丸強(qiáng)化工藝中噴丸對(duì)工件的作用力。
[0038]沉積液噴出陽(yáng)極時(shí)，由于陽(yáng)極出口直徑的縮小而獲得高速高壓液流，具體的，所述噴嘴處沉積液噴射速度5?1 Om/s。由于陽(yáng)極的導(dǎo)電作用使沉積液發(fā)生電解，沉積液中的金屬陽(yáng)離子在陰極導(dǎo)電基板上獲得電子還原成金屬原子，并沉積出所需的零件形狀。同時(shí)，硬質(zhì)顆粒因本身相對(duì)質(zhì)量較大，而具有較大的動(dòng)量，沖擊到陰極導(dǎo)電基板時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖量，所述硬質(zhì)顆粒沖擊沉積表面的作用力能夠超過噴丸強(qiáng)化工藝中噴丸對(duì)工件的作用力， 從而達(dá)到?jīng)_擊強(qiáng)化表面的目的，實(shí)現(xiàn)噴丸與電化學(xué)的復(fù)合沉積加工。
[0039]高速運(yùn)動(dòng)的硬質(zhì)顆粒持續(xù)沖擊沉積層去除沉積過程的內(nèi)應(yīng)力，并壓縮沉積層提高了沉積強(qiáng)度，硬質(zhì)顆粒隨液流流動(dòng)持續(xù)摩擦表面不僅有助于去除積瘤和凸起，改善表面的高低不平整度，也有利于排出以及析出氣體，提高材料的致密度和光潔度，加之周期性的脈沖電源作用也有助于噴丸強(qiáng)化效果的實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)快速高效的沉積。
[0040]綜上，本發(fā)明是通過將沉積液液流與硬質(zhì)顆?；旌弦愿咚偕淞鞣绞降膰娚涑练e， 其中，所述硬質(zhì)顆粒為粒度大小均勻的微米級(jí)顆粒，所述沉積液為用于電沉積工藝的沉積液。沉積液以射流的方式噴向陰極基體實(shí)現(xiàn)了噴射電沉積的快速制造目的，構(gòu)成了噴射電沉積制造系統(tǒng);高速液流為硬質(zhì)顆粒加速，使硬質(zhì)顆粒獲得比氣動(dòng)噴丸更大的沖擊力，實(shí)現(xiàn)噴丸的表面強(qiáng)化目的。本發(fā)明將兩者相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了快速沉積的同時(shí)強(qiáng)化沉積層，實(shí)現(xiàn)噴丸強(qiáng)化與電化學(xué)復(fù)合沉積的快速制造，加工工藝得以簡(jiǎn)化，提高沉積效率，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效的電化學(xué)復(fù)合沉積加工，快速修復(fù)零件表面缺陷和增強(qiáng)表面性能。
[0041]如圖1所示，實(shí)現(xiàn)上述三維表面噴丸射流電沉積制造方法的三維表面噴丸射流電沉積制造裝置，包括:五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)、電沉積系統(tǒng)、液體循環(huán)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)。
[0042]五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)包括五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)械手和數(shù)控裝置;所述數(shù)控裝置用于控制機(jī)械手的空間角度和運(yùn)動(dòng)路徑。
[0043]電沉積系統(tǒng)包括電源、陰極導(dǎo)電基體和陽(yáng)極，所述陽(yáng)極為鈦合金不溶性陽(yáng)極。電源的正極與鈦合金不溶性陽(yáng)極相連，負(fù)極與陰極導(dǎo)電基板相連，三者之間串聯(lián)電流表，用于檢測(cè)電流大小。所述陽(yáng)極固定于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手上、并位于陰極導(dǎo)電基體上方。所述陰極導(dǎo)電基體固定在支撐架上。
[0044]所述液體循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液槽、沉積槽、過濾器、循環(huán)栗，所述沉積槽位于陰極導(dǎo)電基體下方、并通過管道與儲(chǔ)液槽連接，所述循環(huán)栗、過濾器設(shè)置在沉積槽與儲(chǔ)液槽之間的管道上，所述循環(huán)栗將過濾后的溶液輸送到儲(chǔ)液槽中；儲(chǔ)液槽通過橡膠軟管與陽(yáng)極連通。
[0045]所述液壓系統(tǒng)設(shè)置在儲(chǔ)液槽和橡膠軟管之間，包括依次連接的過濾裝置、液壓栗、 節(jié)流閥、壓力表，以及設(shè)在節(jié)流閥與儲(chǔ)液槽之間的溢流閥，所述液壓栗與過濾裝置之間通過不銹鋼管連接，液壓系統(tǒng)其余裝置之間通過不銹鋼管或橡膠軟管連接，所述過濾裝置置于儲(chǔ)液槽中，所述液壓栗抽取過濾裝置中的溶液，所述節(jié)流閥、溢流閥和壓力表與液壓栗的出口連接，調(diào)節(jié)輸出流量大小。
[0046]硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)包括收集漏斗、回收器、儲(chǔ)存器，所述儲(chǔ)存器用于存儲(chǔ)硬質(zhì)顆粒，通過管道與橡膠軟管或陽(yáng)極連通，所述收集漏斗置于陰極導(dǎo)電基體下方，以收集沉積后的硬質(zhì)顆粒，所述回收器連接在收集漏斗與儲(chǔ)存器之間，用于將收集漏斗中的硬質(zhì)顆粒輸送到儲(chǔ)存器。[〇〇47]本發(fā)明所述的三維表面噴丸射流電沉積制造裝置:
[0048](1)建立電化學(xué)電沉積系統(tǒng)及五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng):
[0049]電沉積系統(tǒng)中電源的正極與鈦合金不溶性陽(yáng)極相連，作為電沉積電流回路的陽(yáng)極；電源的負(fù)極與陰極導(dǎo)電基體相連，作為電沉積回路的陰極，再將電流表串聯(lián)于電路中， 檢測(cè)電流大小。鈦合金不溶性陽(yáng)極固定于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)械手上，鈦合金不溶性陽(yáng)極的輸入端口與通過橡膠軟管與儲(chǔ)液槽相連。陰極導(dǎo)電基體放置于支撐架上并定位夾緊;數(shù)控機(jī)械手與數(shù)控裝置相連接，通過數(shù)控裝置中的程序設(shè)定，控制數(shù)控機(jī)械手的空間角度和運(yùn)動(dòng)路徑，以實(shí)現(xiàn)噴丸射流電沉積的三維空間加工成形。
[0050](2)建立噴丸射流電沉積復(fù)合加工系統(tǒng):
[0051]設(shè)置液體循環(huán)系統(tǒng)、硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)，液壓循環(huán)系統(tǒng)為液體循環(huán)系統(tǒng)、硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)顆粒與沉積液的混合，并獲得射流力。[〇〇52]本發(fā)明所述三維表面噴丸射流電沉積裝置工作時(shí):液壓栗12經(jīng)不銹鋼管通過過濾裝置11抽取儲(chǔ)液槽22中的沉積液，由節(jié)流閥7節(jié)流和溢流閥8的溢流后，經(jīng)壓力表6的測(cè)壓后進(jìn)入橡膠軟管21，由于沉積液高速流動(dòng)，儲(chǔ)存器5的管口處產(chǎn)生負(fù)壓，硬質(zhì)顆粒被高壓吸入橡膠軟管管道，通過閥門4的開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)混合后的沉積液在管道內(nèi)的流動(dòng)與停止;當(dāng)沉積液流經(jīng)鈦合金不溶性陽(yáng)極23時(shí)，經(jīng)電源1的電解作用由噴口噴出，在陰極導(dǎo)電基2體上還原出金屬晶體，得到沉積層26;未參與沉積的沉積液收集到沉積槽15中，經(jīng)過濾器14過濾后由循環(huán)栗13重新返回到儲(chǔ)液槽22中，實(shí)現(xiàn)再次循環(huán)利用。沖擊沉積層后的硬質(zhì)顆粒透過支撐架17由收集漏斗16匯聚收集，通過回收器19返回到儲(chǔ)存器5中，實(shí)現(xiàn)再次利用，整個(gè)過程可持續(xù)加工，實(shí)現(xiàn)高速高效加工成形。[〇〇53]較佳地，所述三維表面噴丸射流電沉積制造裝置的儲(chǔ)液槽中還設(shè)有攪拌器和加熱器;所述加熱器帶有溫度傳感器，對(duì)沉積液的充分混合和溫度起到調(diào)節(jié)作用。所述電源采用可調(diào)脈沖電源，頻率范圍0.5?2MHz、峰值電壓2?15V、脈沖寬度30?500ns。所述液壓栗為變量栗，工作壓力lObar以上，額定流量不小于10L/min。所述陽(yáng)極直徑3?5mm。
[0054]根據(jù)實(shí)際加工要求，調(diào)節(jié)脈沖電源的輸出電壓、脈沖寬度、波形和脈沖頻率;調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥門，控制液壓栗的輸出流量;調(diào)節(jié)儲(chǔ)液器閥門開口大小，控制沉積液中硬質(zhì)顆粒的含量;待輸出流量穩(wěn)定后，通過數(shù)控裝置控制機(jī)械手與陰極導(dǎo)電基體的距離，實(shí)現(xiàn)最佳沉積效果。
[0055]沉積液經(jīng)鈦合金不溶性陽(yáng)極上的噴口高速噴出，在陰極導(dǎo)電基板上獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)得到金屬納米層。由于在射流中心區(qū)域的電流密度較大，因而能夠獲得定域性較高的沉積效果，通過對(duì)沉積區(qū)沉積層的累加堆積可獲得所需的三維形狀。
[0056]對(duì)已經(jīng)腐蝕生銹或氧化的金屬表面，能夠在高速硬質(zhì)顆粒的沖擊下除銹除雜而露出金屬導(dǎo)電層，在金屬表層繼續(xù)沉積涂鍍，加強(qiáng)與基體的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)由于硬質(zhì)顆粒的沖擊作用強(qiáng)化了基體的機(jī)械性能，在除雜涂鍍的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了噴丸強(qiáng)化，簡(jiǎn)化工藝提高了工作效率。
[0057]在五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手上可同時(shí)安裝多個(gè)噴嘴實(shí)現(xiàn)復(fù)合沉積和輪換沉積，也可配置復(fù)合沉積液實(shí)現(xiàn)多晶共相沉積，提尚基體的性能。[〇〇58]陽(yáng)極可采用前混合式結(jié)構(gòu)或后混合式結(jié)構(gòu)；兩種結(jié)構(gòu)在使用功能上基本相同，但兩種結(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)合上各有優(yōu)勢(shì)。[〇〇59]具體的，前混合式結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極如圖2所示，由鈦合金不溶性陽(yáng)極23和橡膠軟管21直接相連接，鈦合金不溶性陽(yáng)極外有一圈起保護(hù)作用的鋼化玻璃罩24包圍，結(jié)構(gòu)上相對(duì)簡(jiǎn)單， 適合于比重相對(duì)較大的硬質(zhì)顆粒。由于硬質(zhì)顆粒與沉積液混合較早，兩者混合相對(duì)比較均勻，更利于在陽(yáng)極噴嘴處流體的噴射。但采用前混合式結(jié)構(gòu)的設(shè)備一般比較笨重，適用于不經(jīng)常更換工作場(chǎng)地的大型設(shè)備。
[0060]后混合式結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極如圖3所示，鈦合金不溶性陽(yáng)極23上設(shè)置了分岔管25,兩者材質(zhì)相同，采用螺紋連接和密封，鈦合金不溶性陽(yáng)極23外有一圈起保護(hù)作用的鋼化玻璃罩24 包圍。由于硬質(zhì)顆粒在工具陽(yáng)極處與沉積液相混合，硬質(zhì)顆粒的吸入方式一般采用負(fù)壓式吸入，工具陽(yáng)極由于硬質(zhì)顆粒的突然吸入，易對(duì)鈦合金不溶性陽(yáng)極23產(chǎn)生磨損。因此，采用后混合式結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極時(shí)，適用于硬質(zhì)顆粒的比重相對(duì)較輕的情況，后混合式的設(shè)備也相對(duì)輕便，適合經(jīng)常更換工作場(chǎng)所的移動(dòng)設(shè)備上。[0061 ]實(shí)現(xiàn)噴丸射流電沉積具體過程如下:
[0062] (1)配制電沉積所需的沉積液。選擇主鹽晶體，將其溶解于蒸餾水中直至達(dá)到飽和狀態(tài)，添加適量添加劑、緩沖劑、活化劑和絡(luò)合劑等，以提高沉積層的加工效果和導(dǎo)電性。
[0063] (2)對(duì)陰極導(dǎo)電基板2的表面進(jìn)行研磨、除油、酸洗和水洗清潔處理，用夾具將陰極導(dǎo)電基板準(zhǔn)確定位夾緊;硬質(zhì)顆粒直徑500?800M1均可，但是無論選擇哪種顆粒都要保證該種顆粒大小相近，且在使用前要經(jīng)過酸洗去雜質(zhì)且要烘焙處理。
[0064] (3)通過數(shù)控裝置20控制數(shù)控機(jī)械手18的高度和角度，使鈦合金不溶性陽(yáng)極的噴嘴與沉積層的距離保持在2?3mm之間；[〇〇65] (4)沉積前，開啟攪拌器10，使沉積液混合充分，開啟加熱器9，使溫度恒定在40? 50 °C；[〇〇66] (5)啟動(dòng)液壓栗12,調(diào)節(jié)節(jié)流閥7和溢流閥8,液壓栗的工作壓力lObar以上，額定流量大于l〇L/min，鈦合金不溶性陽(yáng)極23的噴嘴和分岔管直徑3?5mm，保證硬質(zhì)顆粒有足夠的速度沖擊到沉積區(qū)域。
[0067] (6)開啟電源1及各個(gè)閥門開始噴丸射流沉積制造，沉積時(shí)調(diào)節(jié)閥門4開口大小，使噴嘴處沉積液的噴射速度達(dá)到5?lOm/s，實(shí)時(shí)控制數(shù)控機(jī)械手18與沉積層的的高度、角度和移動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)三維空間成形加工;在實(shí)施表面涂鍍和涂層強(qiáng)化處理時(shí)，噴嘴的掃描速度為0.5?lm/s〇
[0068] (7)開啟循環(huán)栗13,使沉積液循環(huán)利用;開啟回收器19,使硬質(zhì)顆粒重復(fù)利用，達(dá)到固液循環(huán)，加工過程持續(xù)進(jìn)行。
[0069]由于沉積中要保證沉積液足夠的壓力和速度，因此本裝置中選用前段增壓部分的不銹鋼管和后段輸送部分的橡膠軟管直徑15?25mm，且保證二者內(nèi)壁光滑。
[0070]所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維表面噴丸射流電沉積制造方法，其特征在于，包含以下步驟:(1)先對(duì)陰極導(dǎo)電基板表面進(jìn)行研磨、除油、酸洗和水洗，然后固定陰極導(dǎo)電基板，將電 源的正負(fù)極分別與陽(yáng)極和陰極導(dǎo)電基板相連接，開啟電源；(2)采用可調(diào)節(jié)流量的液壓栗為酸性沉積液加速，并將沉積液與粒度大小均勻的微米 級(jí)硬質(zhì)顆粒充分混合，再以流動(dòng)的沉積液產(chǎn)生的負(fù)壓為硬質(zhì)顆粒提供動(dòng)力，使硬質(zhì)顆?；?入沉積液，使噴出的硬質(zhì)顆粒具有足夠的沖擊速度，并與沉積液形成射流從噴嘴中噴出形 成射流，沖擊到陰極導(dǎo)電基板上，所述硬質(zhì)顆粒的沖擊速度的大小應(yīng)滿足:硬質(zhì)顆粒沖擊沉 積表面的作用力大于氣動(dòng)噴丸強(qiáng)化工藝中噴丸對(duì)工件的作用力；(3)沉積液在陰極導(dǎo)電基板上電解沉積；同時(shí)硬質(zhì)顆粒沖擊沉積表面的瞬間沖量，使沉 積層的晶粒排列規(guī)則形成亞晶粒，平整沉積層表面凸起的尖端部分，及時(shí)去除陰極氫氣泡 和雜質(zhì)，抑制結(jié)瘤和針孔麻點(diǎn)的產(chǎn)生；(4)通過五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)調(diào)整噴嘴的空間噴射角度，持續(xù)沉積形成所需要的三 維空間形狀；(5)收集未沉積的沉積液和硬質(zhì)顆粒，并循環(huán)使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述噴嘴處沉積液噴 射速度5?10m/s。3.—種三維表面噴丸射流電沉積制造裝置，其特征在于，包括:五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系 統(tǒng)、電沉積系統(tǒng)、液體循環(huán)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)，所述五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)包括五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)械手和數(shù)控裝置，所述數(shù)控裝置 用于控制機(jī)械手的空間角度和運(yùn)動(dòng)路徑；所述電沉積系統(tǒng)包括電源、陰極導(dǎo)電基體和陽(yáng)極，所述電源的負(fù)極與正極分別與陰極 導(dǎo)電基體和陽(yáng)極相互連接，所述陽(yáng)極固定于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手上、并位于陰極導(dǎo)電基體上方；所述液體循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液槽、沉積槽、過濾器、循環(huán)栗，所述沉積槽位于陰極導(dǎo)電基 體下方、并通過管道與儲(chǔ)液槽連接，所述循環(huán)栗、過濾器設(shè)置在沉積槽與儲(chǔ)液槽之間的管道 上;儲(chǔ)液槽通過橡膠軟管與陽(yáng)極連通；所述液壓系統(tǒng)設(shè)置在儲(chǔ)液槽和橡膠軟管之間，包括依次連接的過濾裝置、液壓栗、節(jié)流 閥、壓力表，以及設(shè)在節(jié)流閥與儲(chǔ)液槽之間的溢流閥，所述液壓栗與過濾裝置之間通過不銹 鋼管連接;所述過濾裝置置于儲(chǔ)液槽中；所述硬質(zhì)顆粒循環(huán)系統(tǒng)包括收集漏斗、回收器、儲(chǔ)存器，所述收集漏斗置于陰極導(dǎo)電基 體下方，所述回收器連接在收集漏斗與儲(chǔ)存器之間，所述儲(chǔ)存器通過管道與橡膠軟管或陽(yáng) 極連通。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴丸射流電沉積制造裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)液槽中還設(shè)有 攪拌器和加熱器;所述加熱器帶有溫度傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴丸射流電沉積制造裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極內(nèi)徑3? 5mm 〇6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴丸射流電沉積制造裝置，其特征在于，所述電源為可調(diào)脈沖 電源，頻率范圍0.5?2MHz、峰值電壓2?15V、脈沖寬度30?500ns;所述液壓栗為變量栗，工 作壓力lObar以上，額定流量不小于10L/min;所述不銹鋼管和橡膠軟管內(nèi)徑15?25mm，且二者內(nèi)壁光滑。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴丸射流電沉積制造裝置，其特征在于，所述硬質(zhì)顆粒直徑 500?800wii，且要經(jīng)過酸洗去雜質(zhì)和烘焙處理。
【文檔編號(hào)】C25D19/00GK105951141SQ201610522238
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】張朝陽(yáng), 戴學(xué)仁, 姜雨佳, 焦健, 曹增輝, 蔣雯, 顧秦銘
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)