一种高精度射流电铸用喷嘴制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高精度射流电铸用喷嘴。喷嘴主要包括含有矩形窄缝出口的喷嘴主体，喷嘴主体的下方左右两侧分别对称设有左排液口和右排液口，位于喷嘴主体下方位置的矩形窄缝型出口端部设有硬质定域墙和弹性挡液栏。定域墙用于提高电铸的定域性，挡液栏可在窄缝型出口处形成封腔使得电解液对金属层进行高效的冲刷而补充金属离子后从左排液口和右排液口排出，避免了电解液冲击阴极基底后向四周散开而扩大电解液的作用区域，大幅提高了电铸成形精度。本专利喷嘴的结构简单，基于本专利喷嘴所电铸金属构件的成形精度高、表面光整，同时本专利喷嘴扩大了射流电铸的应用范围，可应用于曲线轨迹路径金属构件的制造。应用于曲线轨迹路径金属构件的制造。应用于曲线轨迹路径金属构件的制造。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度射流电铸用喷嘴


[0001]本技术专利属于电铸
，具体涉及一种高精度射流电铸用喷嘴。

技术介绍

[0002]电铸加工是根据电化学阴极沉积原理在阴极基底上实现金属基制件精密制造的一种特种加工技术。
[0003]利用电化学沉积原理的射流电铸制造技术可用于金属基制件制造，射流电铸所用喷嘴内的阳极与阴极基底之间存在电场，喷嘴喷射出的电解液冲击在阴极基底上后，电解液中的金属离子在阴极基底上获得电子进行沉积。通过驱动喷嘴沿着不同的轨迹运动可电铸获得多样结构的金属基制件。射流电铸所用电流密度可达300A/dm2，相较于掩膜电铸具有很高的加工效率。但由于射流电铸存在加工精度较低，定域性差等问题尚不能满足工程应用需求。射流电铸的定域性是指在一定的工艺条件下，射流电铸在阴极基底上所形成的铸斑/线条尺寸与喷嘴口径的一致性。射流电铸加工所得铸斑/线条的尺寸一般都会大于喷嘴的口径，两者尺寸相差越小，定域性越好。研究表明，在保持其它参数一定时，增大电流密度虽可提高电铸加工效率，但射流电铸的定域性变差；增大喷射流量可提高电铸件的表面成形质量但会导致电解液冲击在阴极基底上后形成的紊流区域大幅增大从而扩大电场作用范围，形成的铸斑/线条尺寸明显增大，射流电铸定域性变差。这是因为，至今已报道的射流电铸所采用的喷嘴所喷射出的电解液束几乎都是呈自由射流状态，未被限制，这样，射流电铸的电解液束高速冲击到阴极面后必然向四周扩散，沿着阴极面流出并在阴极面上形成一定厚度的流动液膜，这不可避免地会导致电沉积区域的大幅扩增（临近喷射处的液膜都会有杂散电流，导致金属电沉积现象发生）进而引起电铸金属层的覆盖面积（宽度/直径）远大于射流喷口尺寸。同时，在电铸过程中可能发生副反应产生的气体形成气泡会附着在阴极表面，若不能及时对气泡进行清理会造成金属构件表面存在麻点等缺陷。
[0004]射流电铸常用喷嘴为直径数十微米至几毫米的圆形喷口。这种形状虽然易于获得较高品质的射流，但在阴极面扫描运动时单程运动轨迹覆盖的宽度非常有限，沉积效率低，极难适用于大宽度/大面积金属构件的制造。因此，研究人员开发出含有狭长窄缝类喷口的喷嘴以用于射流电铸或射流电沉积，以大幅增大单程扫描覆盖的宽度/面积。然而，应用表明，这类喷嘴的射流电铸定域性更低，而且不易形成稳定好、定形性好的高品质射流，冲击阴极面的射流依然不受束缚地沿阴极面向四周扩散，导致电铸出的金属层/构件成形精度、表面质量非常不理想，尤其是当喷嘴扫描运动的轨迹路径是非直线时，电解液受惯性力作用在阴极表面沿轨迹路径长度方向上的扩散范围相较于直线轨迹更大、更不均匀，因此传统射流电铸喷嘴不太适合用于高精度曲线走向的金属层和构件的电铸制造。而且，基于这类喷嘴，在射流电铸过程中，电解液冲击在阴极基底上后向四周散开，在轨迹路径的宽度方向上流场和电场分布都不均匀，导致所得金属层厚度呈现中间高、两侧低的“高斯”分布特征，表面平整性差。在此类金属层的基础上进行新一层金属层沉积时，进一步中加剧了表面的不平整程度。
[0005]对此，本技术设计了一种新型狭长方形窄缝喷口喷嘴，最大限度地克服了现有射流电铸喷嘴所存在的射流电解液四周扩散现象、定域性低、不适用曲线扫描轨迹等不足，实现了金属构件的高精度电铸成形。

技术实现思路

[0006]针对现有射流电铸喷嘴的不足，本技术的目的是提供一种高精度射流电铸用喷嘴，以大幅提高电铸的定域性，进而获得成形精度高、表面平整的金属构件。
[0007]为实现上述目的，本技术所采用的技术方案如下。
[0008]一种高精度射流电铸用喷嘴，包括阳极、电铸电源和含有窄缝型出口的喷嘴主体，其特征在于：它还包括定域墙和挡液栏；所述的喷嘴主体的下部左右两侧分别对称设有左排液口和右排液口；所述的窄缝型出口的端部左右两侧分别对称设有定域墙；所述的窄缝型出口的端部设有挡液栏；所述的左排液口的左排液口入口的下沿和右排液口的右排液口入口的下沿距窄缝型出口的端部的高度相同，均为2
‑
4mm；所述的挡液栏比定域墙高50
‑
200μm；所述的挡液栏位于定域墙的外侧。
[0009]所述的窄缝型出口的宽度为0.1
‑
0.5mm，长度为0.5
‑
10mm。
[0010]所述的挡液栏由弹性非金属材料制成，以能在轻压时有一定的变形进而对电解液起到良好的密封作用。
[0011]所述的定域墙由耐酸碱腐蚀的电绝缘硬质固体材料制成，该类材料可以保证定域墙在不被电解液所腐蚀的前提下以起到对电解液的作用区域进行限制的作用。
[0012]所述的喷嘴主体上的左排液口和右排液口的横截面积之和小于喷嘴进液口的横截面积，以提高排液口的电解液流速，进而可以高效地对沉积区域进行冲刷。
[0013]所述的喷嘴主体由耐酸碱腐蚀的电绝缘硬质固体材料制成，可以保护喷嘴不会被电解液所腐蚀。
[0014]所述的阳极固定安设于喷嘴主体内部，并与电铸电源的正极电气连接。
[0015]本技术与现有技术相比，主要优点如下。
[0016]（1）本技术中的喷嘴结构简单，易于实现。本技术装置只需在窄缝型喷嘴的端部添加简单的辅助性结构即可完成喷嘴的改造，本技术装置的结构简单、制造成本低。
[0017]（2）本技术喷嘴电铸所得金属构件成形精度高、表面光整。电解液流经电沉积区域之后大部分从喷嘴上方两侧排液口流出，极少部分在喷嘴底部溢出，电沉积被限制在定域墙所围成的反应池内进行，极大地提高了电铸的定域性，反应池内的电场和流场分布均匀稳定、传质效果好，大大弱化了金属层在射流电铸沉积时的“高斯”分布特征，电铸所得金属层的厚度分布均匀、宽度一致性好，大大提高了加工成形精度。同时，定域墙在电铸过程中可对金属层两侧进行柔性刮擦进而及时清除依附在金属层两侧的气泡，减少了金属层因气泡附着而造成的针孔、麻点缺陷，金属层的表面质量好，所得金属构件表面光整。
[0018]（3）本技术喷嘴扩大了射流电铸的应用范围，可用于曲线轨迹路径金属构件的电铸制造。喷嘴底部安设的定域墙在电铸过程中可对电解液的作用区域做出限制，该模式避免了传统窄缝喷头流出的电解液在阴极基底上受惯性力作用向四周扩散（传统喷嘴流出电解液的扩散影响区域如图2、图3所示）而导致沉积面积为喷嘴口面积数倍的问题，大幅
处电解液5能对金属层6进行有效地冲刷，其中电解液5由浓度为350g/L的氨基磺酸镍、浓度为10g/L的氯化镍、浓度为40g/L的硼酸所构成；喷嘴主体1
‑
1由聚丙烯材料制成，该材料所具有的耐酸碱腐蚀性可以保证喷嘴在使用过程中不被电解液5所侵蚀保证其使用寿命；窄缝型出口1
‑
5呈矩形设计，该设计使得在轨迹路径11的宽度方向上有更加均匀地流场分布，窄缝型出口1
‑
5的宽度为0.3mm，长度为3mm，窄缝型出口1
‑
5的端部左右两侧为窄边且分别安设有高度为3mm、厚度1.5mm的左定域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度射流电铸用喷嘴，包括阳极（2）、电铸电源（8）和含有窄缝型出口（1
‑
5）的喷嘴主体（1
‑
1），其特征在于：它还包括定域墙（3）和挡液栏（4）；所述的喷嘴主体（1
‑
1）的下部左右两侧分别对称设有左排液口（1
‑
3）和右排液口（1
‑
4）；所述的窄缝型出口（1
‑
5）的端部左右两侧分别对称设有定域墙（3）；所述的窄缝型出口（1
‑
5）的端部设有挡液栏（4）；所述的左排液口（1
‑
3）的左排液口入口（1
‑3‑
1）的下沿和右排液口（1
‑
4）的右排液口入口（1
‑4‑
1）的下沿距窄缝型出口（1
‑
5）的端部的高度相同，均为2
‑
4mm；所述的挡液栏（4）比定域墙（3）高50
‑
200μm；所述的挡液栏（4）位于定域墙（3）的外侧。2.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚赛，明平美，李欣潮，闫亮，牛屾，王建树，李宗彬，李伦旭，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：