[发明专利]一种膛线式空心旋转电极的激光电化学复合沉积的方法及装置

说明书

本发明公开了一种膛线式空心旋转电极的激光电化学复合沉积的方法及装置，涉及特种加工技术中的微细复合加工领域。本发明在加工过程中，电极内部的膛线结构高速旋转使得沉积液产生向心力从而提高定域精度，同时能够使得颗粒在沉积过程中保持悬浮状态，分散均匀性大大提高。膛线式空心旋转电极内部的膛线结构和外部的螺旋结构可以使得沉积液向上运动，形成沉积液的“自循环”系统，及时带走气泡，抑制浓差极化，提高沉积层的质量。激光辐照区域能够加快反应速率。本发明适用于定域电沉积以及高性能复合镀层的加工，可以应用于医疗、电子、航天等微细制造加工领域。

技术领域

本发明涉及特种加工技术中的微细复合加工领域，尤其涉及到一种膛线式空心旋转电极的激光电化学复合沉积的方法及装置，适用于定域电沉积以及高性能复合镀层的加工。

背景技术

定域电沉积技术是一种利用阳极尖端与阴极基板之间产生的强电场来发生电化学反应的技术，可以在金属、半导体等材料的阴极基板任意位置上沉积出各种形状的结构，适用于汽车、航天、医疗等领域，但是存在精度不易控制以及有气孔、凸起等缺陷的问题。因此，在电沉积系统中引入复合能场是一种有效的解决办法。激光加工是一种非接触式的加工方法，具有能量密度高、效率高、柔性好等优点，在电沉积系统中引入激光辐照，利用激光热作用能够增加阴极电极电位，提高极限电流密度，从而实现激光辐照引导的定域沉积。

含有纳米颗粒的复合镀层相比于单一镀层具有更好的耐磨性、耐蚀性等性能，具有良好的发展应用前景，但是在复合沉积液的前期准备中需要将颗粒在沉积液中均匀分散，在沉积过程中液必须搅拌才能保持颗粒的悬浮状态。粒子团聚会降低镀层性能，如何有效避免沉积过程中颗粒团聚是复合沉积的关键问题。

关于定域电沉积技术国内外学者已经进行了一定的研究。中国专利“一种金属三维增材制造装置与方法”，中国专利公开号CN108103541A提出：利用成膜喷头在阴极基底上堆积出两列膜层，射流喷头将电解液喷射至阴极基底表面的两列膜层中间区域，定域电沉积出金属层，通过提升喷头的高度，不断叠加堆积膜层和金属层，实现三维金属构件的增材制造。该发明操作较为繁琐，且膜层去除时影响材料表面质量，沉积复杂形状表面成型精度低。

关于复合沉积过程中颗粒易团聚的问题，国内外学者已经进行了初步的研究。中国专利“一种采用磁场辅助复合电镀的方法”，中国专利公开号CN105568348A提出：采用磁场辅助复合电镀的方法，将核壳结构的磁性三氧化二铁微粒超声分散在电镀液中；在外加磁场的作用下，将分散在镀液中的核壳结构磁性微粒吸附在阴极表面；将电流通过电镀体系，吸附在阴极的核壳结构磁性微粒随沉积金属层厚度增加，逐步复合到金属镀层中，形成复合镀层。该方法中核壳结构的磁性微粒制作难度很大，并且有一定的应用局限性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种膛线式空心旋转电极的激光电化学复合沉积的方法。在加工过程中，利用匀速旋转的膛线式空心旋转电极产生向心力，提高定域沉积精度，同时能够使得纳米颗粒保持悬浮状态，分散均匀性提高，并形成溶液的“自循环”，抑制浓差极化，提高沉积层的质量。

本发明还提供了一种膛线式空心旋转电极的激光电化学沉积的装置，利用该装置可以实现上述方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种膛线式空心旋转电极的激光电化学复合沉积的方法，包括以下步骤：膛线式空心旋转电极、阴极基板置于工作槽中，且分别与电化学电源的正极与负极相连；激光中心穿过膛线式空心旋转电极并聚焦到阴极基板上；膛线式空心旋转电极匀速旋转，电沉积液在膛线式空心旋转电极内旋转并产生一定的向心力，使得沉积精度提高、定域性加强。

进一步的，电沉积液内含有纳米颗粒。

进一步的，所述膛线式空心旋转电极为不溶性空心阳极管，耐高温、抗酸碱且外部绝缘。