本发明专利技术公开了一种利用激光和电沉积复合加工的装置及方法，涉及复合特种加工技术领域。利用透明导电材料作为辅助阳极正对阴极工件，实现阴极板表面电场均匀分布；当进行激光诱导电沉积加工时，利用激光焦点逐层上移，沉积物不断叠加的原理制备三维微细零件；当进行激光增强电沉积加工时，激光焦点在沉积层表面进行整体或者局部扫描，实现沉积层性能的提升或者在沉积层生长的同时制备表面结构。该装置及方法简单，适用于微细复杂零件及高性能表面镀层的制备。
【技术实现步骤摘要】
一种利用激光电沉积复合加工的装置及方法
本专利技术涉及主要涉及复合特种加工
，尤其涉及到一种利用激光电沉积复合加工的装置及方法，适用于微细复杂零件及高性能表面镀层的制备。
技术介绍
电沉积技术是基于电化学原理，即通过在沉积池阴极附近金属的离子的还原反应和电结晶过程在金属材料或半导体材料表面生成金属层的涂层加工技术。电沉积技术作为一种表面改性或制取特定成分和性能金属的技术，已广泛应用微纳米制造领域。但传统的微细电沉积技术定域性差，沉积效率低，镀层的结合力与致密性较差。激光加工技术作为一种能量聚集性好，抗干扰性强，相干性好等优点的非接触式的加工方法，被广泛应用于各类表面技术。与常规电沉积技术相比，激光辅助电沉积技术利用其光热效应，诱导或增强电沉积过程，具有沉积速率高、定域性好、沉积层与基体结合度高、工艺简单等优势。国内外对于激光电沉积复合加工有一定的研究，中国专利“一种激光诱导离子液体电沉积制备锗纳米阵列的方法”，中国专利公开号CN104988546A提出：将离子液体电沉积技术与激光辐照技术相结合，使用无毒无污染的绿色离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐作为溶剂，GeCl4为沉积质，脉冲激光器辐照沉积液，使用三电极系统，制备出锗纳米阵列。但此专利技术的沉积电场分布不均匀，沉积复杂零件时成型精度较低；中国专利“一种激光增强三维微区电沉积方法及其对应的装置”，中国专利公开号CN110565130A提出：将激光集成到基于微管的微区电沉积装置中，通过激光辐照在微管尖端沉积液滴在试样表面形成的弯月面上，制备三维微纳尺度图案。但在此专利技术中，三维图案成形的形状依赖于微管和试样表面产生的三维相对运动，且沉积区域局限于微管尖端沉积液滴，生产效率和灵活性有待提升。
技术实现思路
针对传统激光电沉积工艺中存在的电场分布不均匀，导致工件表面沉积层厚度不均匀等缺陷，本专利技术通过增加透明导电辅助阳极的方式，在不影响激光辐照的前提下，提升工件表面电场分布的均匀性，同时，通过激光分图层扫描，实现了灵活高效的激光辅助电沉积复合加工。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种利用激光电沉积复合加工的装置，包括阴极工件、工作阳极和激光束；所述阴极工件和工作阳极置于电沉积液内用于电化学沉积；还包括辅助阳极，所述阴极工件与辅助阳极平行设置，激光束透过辅助阳极辐照在阴极工件上，工作阳极和辅助阳极均与电化学电源正极相连。进一步的，所述激光束在阴极工件上进行分图层扫描，最终得到三维微细零件。进一步的，所述激光束在阴极工件上完成第一层扫描后，通过计算机的控制焦点逐层上移，进行分图层扫描，继而使得阴极工件表面上的沉积物不断叠加制备出三维微细零件。进一步的，所述阴极工件置于工件夹具底部并由工件夹具夹持；所述工件夹具内置有电沉积液，通过蠕动泵实现工件夹具内溶液循环，保证电沉积液的浓度均匀。进一步的，所述辅助阳极为透明导电材料，透光率达到80％以上。进一步的，所述辅助阳极为导电透明聚合物和导电玻璃。进一步的，所述辅助阳极与阴极工件之间的距离可通过不同厚度的绝缘垫块进行调节，从而实现辅助阳极与阴极工件之间沉积液厚度的控制；辅助阳极与工件夹具交界处进行密封处理，确保沉积液不会溢出。进一步的，所述激光束进行路径扫描的实现方式为激光束固定，阴极工件6置于在X-Y-Z工作台上，通过计算机的控制系统实现与激光光斑的相对运动进行路径扫描；或者阴极工件固定，激光光斑在光路传输系统的控制下实现路径扫描；或者上述两种方式共同作用来实现。进一步的，所述阴极工件平行设置在辅助阳极下方。利用激光电沉积复合加工的装置的加工方法，包括如下步骤：步骤一：对阴极工件进行表面预处理；步骤二：在AutoCAD中绘制所需要沉积的图形，优化之后导入到操控系统；步骤三：将工件夹具固定储液槽中，并将储液槽放置在X-Y-Z工作台上，将阴极工件与电化学电源负极相连并固定在工件夹具的沉积液型腔中；步骤四：将工作阳极紧贴工件夹具槽内壁垂直放置，与电化学电源正极相连，同时与阴极工件保持垂直关系；步骤五：将辅助阳极固定在工件夹具的沉积液流道上方，并与阴极工件保持平行关系，与夹具体形成半封闭型腔，保证沉积液在型腔内匀速流动；步骤六：调整激光光斑位置，使得激光焦点位于阴极工件上方；步骤七：将蠕动泵输入端通过硅橡胶管与工件夹具进液口相连，输出端通过硅橡胶管与储液槽出液口相连，并在储液槽中加入沉积液；步骤八：开启蠕动泵进行沉积液循环，保证夹具沉积液型腔内充满浓度均匀的沉积液，且将辅助阳极的导电面和阴极工件表面全部浸没；步骤九：打开电化学电源设置电化学参数；步骤十：开启脉冲激光器，根据不同工艺要求设置的不同的光斑运动路径和激光参数，从而获得定域微细零件制备或工件整体表面电沉积增强的效果。本专利技术的技术优势和有益效果：(1)采用辅助阳极可以有效解决传统激光辅助电沉积时电场分布不均的问题，提高了微细电沉积的成型精度、表面加工质量和定域性。(2)沉积液循环冲液系统保证了电沉积过程中的金属离子浓度均匀，并且能带走电沉积过程中析氢反应产生的气泡，防止其吸附在工件表面，对加工精度和沉积物的生成产生影响。(3)激光和电沉积的复合有不同的加工形式，既可以是激光诱导电沉积，通过焦点上移，沉积层叠加制备三维微细零件，也可以是激光增强电沉积加工，激光焦点在沉积层表面进行整体或者局部扫描，实现沉积层性能的提升或者在沉积层生长的同时制备表面结构，为实现制造不同功能的零件提供可能。附图说明图1为利用激光电沉积复合加工的主要装置示意图；图2为利用激光电沉积复合加工系统示意图；图3为激光电沉积复合加工三维微细零件的加工原理图；图4为三维微细零件加工的激光路径图；图5为激光电沉积复合加工制备高性能表面镀层的加工原理图；图6为制备高性能表面镀层的激光路径图；图7为激光电沉积复合加工镀层的同时制备表面结构示意图。附图标记如下：1-计算机；2-脉冲激光器；3-反射镜；4-聚焦透镜；5-工作槽；6-阴极工件；7-沉积液；8-辅助阳极；9-电流表；10-电化学电源；11-X-Y-Z工作台；12-控制柜；13-工作阳极；14-蠕动泵；15-工件夹具；16-激光束。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用激光电沉积复合加工的装置，包括阴极工件(6)、工作阳极(13)和激光束(16)；所述阴极工件(6)和工作阳极(13)置于电沉积液内用于电化学沉积；其特征在于，还包括辅助阳极(8)，所述阴极工件(6)与辅助阳极(8)平行设置，激光束(16)透过辅助阳极(8)辐照在阴极工件(6)上，工作阳极(13)和辅助阳极(8)均与电化学电源(10)正极相连。/n
【技术特征摘要】
1.一种利用激光电沉积复合加工的装置，包括阴极工件(6)、工作阳极(13)和激光束(16)；所述阴极工件(6)和工作阳极(13)置于电沉积液内用于电化学沉积；其特征在于，还包括辅助阳极(8)，所述阴极工件(6)与辅助阳极(8)平行设置，激光束(16)透过辅助阳极(8)辐照在阴极工件(6)上，工作阳极(13)和辅助阳极(8)均与电化学电源(10)正极相连。
2.根据权利要求1所述的利用激光电沉积复合加工的装置，其特征在于，所述激光束(16)在阴极工件(6)上进行分图层扫描，最终得到三维微细零件。
3.根据权利要求2所述的利用激光电沉积复合加工的装置，其特征在于，所述激光束(16)在阴极工件(6)上完成第一层扫描后，通过计算机(1)的控制焦点逐层上移，进行分图层扫描，继而使得阴极工件(6)表面上的沉积物不断叠加制备出三维微细零件。
4.根据权利要求1所述的利用激光电沉积复合加工的装置，其特征在于，所述阴极工件(6)置于工件夹具(15)底部并由工件夹具(15)夹持；所述工件夹具(15)内置有电沉积液，通过蠕动泵(14)实现工件夹具(15)内溶液循环，保证电沉积液的浓度均匀。
5.根据权利要求1所述的利用激光电沉积复合加工的装置，其特征在于，所述辅助阳极(8)为透明导电材料，透光率不小于80％。
6.根据权利要求5所述的利用激光电沉积复合加工的装置，其特征在于，所述辅助阳极(8)为导电透明聚合物和导电玻璃。
7.根据权利要求1所述的利用激光电沉积复合加工的装置，其特征在于，所述辅助阳极(8)与阴极工件(6)之间的距离可通过不同厚度的绝缘垫块进行调节，从而实现辅助阳极(8)与阴极工件(6)之间沉积液(7)厚度的控制；辅助阳极(8)与工件夹具(15)交界处进行密封处理，确保沉积液(7)不会溢出。
8.根据权利要求1所述的利用激光电沉积复合加工的装置，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭盛，徐坤，朱浩，张朝阳，吴予澄，杨帅，戴学仁，赵斗艳，陈韦宇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。