[发明专利]一种利用激光复合电化学技术对材料内壁进行定域电沉积修复的方法及装置

说明书

本发明公开了一种利用激光复合电化学技术对材料内壁进行定域电沉积修复的方法及装置，涉及特种加工领域，该方法在激光和电化学反应复合作用下对工件进行修复；将工具阳极置于工件内部中心，工具阳极与工件保持一定间隙，激光束聚焦在工件外表面，实现内壁的定域修复。本发明针对管轴状等孔径比大的零件内壁涂层脱落失效难以修复的问题，利用工件热导率高的特性，将激光热效应与电化学沉积协同，实现工件内壁的定域镀层修复，其余无需修复区域不发生电沉积反应，操作流程简单，极大节省镀液成本，解决了深管内膛表面中镀层脱落造成的膛压低、精度下降以及内膛尺寸增大等后果，导致无法正常使用的问题。

技术领域

本发明涉及特种加工技术中表面加工领域，尤其涉及到一种激光电化学复合加工的方法和装置，适用于管道、空心轴等内表面难加工工件的快速定域电沉积修复。

背景技术

近年来，表面涂层技术在国防、机械、航天和化工等领域发挥了重要作用，电镀层由于其具有良好的耐磨性、耐蚀性和高硬度等服役性能而被广泛应用于管状、轴状等零部件的内壁上。零件在极端条件下的机械摩擦、插拔和腐蚀等行为会带来损耗，内壁的镀层在承受高温、高压、载荷挤压时易发生局部脱落和失效，大大降低零件的精度和使用寿命。目前对孔径小、孔深长的零件的局部镀层修复解决方法主要是直接更换零件，或者先进行退镀然后再次全部电镀，但非常浪费镀液，影响生产效率。激光复合电化学技术是利用激光的热效应诱导基板受到激光辐照的区域发生电沉积现象，电沉积层具有效率高、定域性好、柔性高、结合度等优势。

国内外对激光复合电化学技术有一定研究。公布号为CN102817251A的专利中提出了一种激光脉冲电镀系统，利用激光脉冲和电信号脉冲相匹配，实现激光辐照和电沉积技术的结合，有效改善了镀层的物理化学性能，提高镀层的加工效率和分辨率，但此发明主要是针对改善电沉积层质量，并不能实现激光定域诱导电沉积的作用；公告号为CN109735883B的专利中提出了一种激光辅助柔性随动式工具电极微细电沉积的装置及方法，该方法通过使用柔性随动式工具电极限制电场分散区域以及电沉积的反应区域，提高电沉积的定域性以及构件的尺寸精度，通过控制柔性随动式工具电极的运动路径即可沉积出复杂形状的微细零件，但在此发明中，工艺较为复杂，随动式工具电极运动路径和激光扫描路径难以保持一致，镀层的定域性难以保证。

传统的激光复合电化学沉积的方法一般只能实现激光增强工件表面电沉积，改善既有电镀层的性能，无法单纯用激光得到工件内壁和背面镀层。利用微细工具阳极虽然能实现局部电沉积出镀层和微结构，但是工艺复杂，阳极和激光焦点的精准“对刀”较难实现，对装置的精度要求很高。在应用方面，目前的研究只能在激光辐照的工件表面实现电沉积，很难通过单激光诱导在工件的背面和内壁实现柔性高的定域镀层和结构，限制了该技术在工件内壁上的应用发展。

发明内容

针对现有工件内壁电镀修复技术以及定域电镀层制备技术的不足，本发明提供了一种利用激光复合电化学技术对材料内壁进行定域电沉积修复的方法，该方法将激光与电化学复合，将工件阳极置于工件内部，激光束聚焦在工件外表面，实现内壁的定域修复。

另外，本发明提供了一种实现上述修复方法的装置，该装置结构简单，方便操作并能够实现上述方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种利用激光复合电化学技术对材料内壁进行定域电沉积修复的方法，在激光和电化学反应复合作用下对工件进行修复；将工具阳极置于工件内部中心，工具阳极与工件保持一定间隙，激光束聚焦在工件外表面，实现内壁的定域修复。

进一步的，所述工具阳极与工件可相对旋转。

进一步的，所述工具阳极为螺旋结构。

进一步的，所述工件为热导率良好的导体或半导体材料。

进一步的，通过调节激光能量的时空分布和电化学参数，可实现工件内表面电沉积或者外表面抛光或者内表面电沉积和外表面抛光同时进行，并可区别控制电沉积或者/和抛光的加工速率。