本发明专利技术专利涉及电化学加工领域，提供了一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的装置及方法。本发明专利技术装置以沉积平台支架、旋转电机、滚珠丝杠滑台、丝杠导轨、电机、沉积槽和清洗喷嘴为基础，以并排式喷嘴、可调节喷嘴支架、沉积面板、超声振动基体为核心，共同实现叠层金属的制备。本发明专利技术可以很方便地实现对叠层金属的组分、微观结构等参数的精密调控，人为设计和制备所需特性的叠层金属，这些叠层金属的子层可以是纯金属、合金等，晶体结构也可以多种多样，具有设备简单、节约成本、高效快捷、容易控制、加工过程稳定等优点。容易控制、加工过程稳定等优点。容易控制、加工过程稳定等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种电化学加工技术，尤其是一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的装置及方法。
技术介绍
[0002]叠层材料由一种或数种材料交替沉积而成，在保留高强度的同时兼具高加工硬化能力与高延展性，在材料科学、航空航天等领域具有巨大的应用潜力，因此也成为了国内外研究开发的热点。目前叠层材料主要通过物理/化学气相沉积、电化学沉积等方法制备，其中物理气相沉积法应用较为广泛，但该方法工艺过程复杂、制备周期长，生产成本高，限制了叠层薄膜材料的进一步研究与推广。
[0003]电化学沉积法制备叠层材料具有工艺简单、成本合理等优点，且加工过程易于控制，通过调整电化学参数即可获得不同组分、界面的叠层结构，并且可将性质差异较大的材料在原子尺度上进行堆垛，获得具有独特性能的新型叠层材料。现有的叠层金属电化学沉积法有单槽法、双槽法、液流法等，但均存在一定局限：单槽法对沉积金属种类、浓度、沉积电位有严格限制，双槽法、液流法的工作效率欠佳，且过程控制难度较大。现有的叠层材料制备技术限制了叠层材料的进一步发展，需要开发一种新的电化学加工技术以实现高效率、高质量、低成本的叠层材料制备，加速叠层材料技术的发展与推广。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是针对现有的叠层金属制造方法及装置存在成本高或质量差的问题，专利技术一种可以对叠层金属的组分和结构进行精密调控、能够低成本、快速、有效地制备高质量的叠层金属的一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的方法及装置。
[0005]本专利技术的技术方案如下。
[0006]一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的装置，其特征是它包括：沉积面板、旋转电机、沉积面板支架、滚珠丝杠滑台、丝杠导轨、传动电机和清洗喷嘴，其特征在于：它还包括间距可调并排式电沉积喷嘴、超声振动基体、喷射电沉积槽；所述的喷射电沉积槽包括清洗槽、组分A沉积槽、组分B沉积槽；所述的沉积平台被安装在滚珠丝杠滑台的支架上，并在传动电机驱动下可实现在组分A沉积槽与组分B沉积槽及清洗槽之间移动，所述的沉积平台在完成一次沉积之后，可通过旋转电机在水平面内进行旋转；所述的间距可调并排式喷嘴包括独立间距可调节支架，电沉积喷嘴；所述的喷嘴由喷射电沉积常规喷嘴均匀并排组成，相邻两喷嘴的间距、高度可调，组分A沉积槽与组分B沉积槽中的每组并排式喷嘴组成的加工单元分别连接于两套由电源、电沉积液循环过滤单元和温控单元组成的辅助系统A和辅助系统B；所述的超声振动基体安装在沉积平台的底部，两两相对为一组，两组超声振动基体相互垂直，且距离旋转中心距离相同，超声振动基体振动方向始终朝向内侧；所述的沉积槽由无色透明的有机玻璃制成；所述的相邻两喷嘴之间的间距L大小可调，为
5mm
‑
30mm。
[0007]所述的沉积面板和支架的材料均为耐酸碱腐蚀的不导磁材料。耐酸碱腐蚀可以保证沉积面板和支架在使用过程中不被溶解溶液所侵蚀，保证其使用寿命；不导磁可以防止沉积面板和支架被电磁铁和永磁铁磁化。
[0008]一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：S1：将沉积平台置于清洗槽的中心，将阴极沉积基底放置在沉积平台的中央，调整喷射电沉积喷嘴的间距为10mm，将辅助系统A中的电源正极连接于组分A沉积槽中的间距可调并排式电沉积喷嘴，将辅助系统B中的电源正极连接于组分B沉积槽中的间距可调并排式电沉积喷嘴,将两电源负极连接于阴极沉积基底；S2：启动电机，设定组分A沉积槽方向为正向，反之为反向，由沉积平台带动阴极沉积基底往正向以5mm/s的速度匀速运动,当阴极基底左侧位于组分A并排式喷嘴正下方位置时，启动辅助系统A与垂直与沉积平台移动方向的超声振动基体进行工作，启动组分A并排式喷嘴向阴极沉积基底喷射含有组分A的电解液，在电场与电解液的双重作用下，随着沉积平台的移动，阴极沉积基底进行组分A金属层的沉积；S3：当阴极沉积基底右侧移动至组分A并排式喷嘴正下方位置时，组分A金属层沉积完成，关闭辅助系统A、传动电机、组分A并排式喷嘴和超声振动基体启动沉积平台底部旋转电机，驱动沉积平台在水平面内顺时针旋转90
°
；S4：启动传动电机，驱动沉积平台快速反向移动至清洗槽的中心，启动清洗喷嘴，对已沉积的组分A金属层进行冲洗；S5：驱动沉积平台继续反向移动至阴极沉积基底右侧移动至组分A并排式喷嘴正下方位置时，启动辅助系统B与垂直与沉积平台移动方向的超声振动基体进行工作，启动组分B并排式喷嘴向阴极沉积基底喷射含有组分B的电解液，在电场与电解液的双重作用下，随着沉积平台的移动，阴极沉积基底进行组分B金属层的沉积；S6：当阴极沉积基底左侧移动至组分B并排式喷嘴正下方位置时，组分B金属层沉积完成，关闭辅助系统B、传动电机、组分B并排式喷嘴和超声振动基体启动沉积平台底部旋转电机，驱动沉积平台在水平面内顺时针旋转90
°
；S7：启动传动电机，驱动沉积平台快速反向移动至清洗槽的中心，启动清洗喷嘴，对已沉积的组分B金属层进行冲洗；S8：重复步骤S2～S7，直至沉积至所需叠层金属的厚度；S9：关闭循环液保温系统，传动电机，将所沉积叠层金属取下，清洗、干燥。
[0009]本专利技术与现有技术相比，主要优点是。
[0010]（1）本专利技术通过使沉积平台在移动过程中，使各加工单元的冲击射流区均匀扫描过基体表面，可以极大地改善阴极表面的电场分布，获得子层均匀和平整的多层膜。同时，各喷射加工单元之间也不会相互影响。
[0011]（2）本专利技术通过使用并排式喷嘴，并排式喷嘴间距可调使得阴极表面电场呈正态分布依次并列叠加分布，使沉积层均匀平整。
[0012]（3）通过改变加工单元数目、电沉积液的组分、工艺参数等，能够制备子层交替的叠层金属，其组分和结构也可以千变万化，并且通过计算机控制加工单元交替放电沉积，可
以实现任意子层组分、子层厚度的排列组合，同时沉积过程易于实现计算机监控。
[0013]（4）本专利技术沉积平台底部的旋转电机，在完成单次沉积之后，进行旋转，使得再次沉积时沉积层都与前一次沉积层保持垂直关系，通过累计电沉积的方式来使沉积层均匀平整。
[0014]（5）本专利技术通过使用超声振动装置，使超声发射方向始终与沉积平台移动方向垂直，使得提高沉积层均匀性更为有效。
[0015]（6）装置结构易实现，操作简单。本专利技术装置不需要特殊的结构和复杂的系统，实际操作中，仅需依靠电机的移动转动和喷嘴的配合即可完成叠层金属的制备，降低了操作难度，减小了工作量。
[0016]（7）采用本专利技术的加工方法及装置，可以很方便地实现对叠层金属的组分、微观结构等参数的精密调控，人为设计和制备所需特性的叠层金属，制备子层交替的叠层金属，这些叠层金属的子层可以是纯金属、合金等，晶体结构也可以多种多样，具有设备简单、节约成本、高效快捷、容易控制、加工过程足够稳定等优点。
附图说明
[0017]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的装置，其特征是它包括：沉积面板（5）、旋转电机（3）、沉积面板支架（6）、滚珠丝杠滑台（8）、丝杠导轨（7）、传动电机（9）和清洗喷嘴（4），其特征在于：它还包括间距可调并排式电沉积喷嘴（2）、超声振动基体（10）、喷射电沉积槽（1）；所述的喷射电沉积槽（1）包括清洗槽（1
‑
1）、组分A沉积槽（1
‑
2）、组分B沉积槽（1
‑
3）；所述的沉积平台（5）被安装在滚珠丝杠滑台（8）的支架（6）上，并在传动电机（9）的驱动下可实现在组分A沉积槽（1
‑
2）与组分B沉积槽（1
‑
3）及清洗槽（1
‑
1）之间移动，所述的沉积平台（5）在完成一次沉积之后，可通过旋转电机（3）在水平面内进行旋转；所述的间距可调并排式喷嘴（2）包括独立间距可调节支架（2
‑
1），电沉积喷嘴（2
‑
2）；所述的喷嘴（2
‑
2）由喷射电沉积常规喷嘴均匀并排组成，相邻两喷嘴（2
‑
2）的间距、高度可调，组分A沉积槽（1
‑
2）与组分B沉积槽（1
‑
3）中的每组并排式喷嘴（2
‑
2）组成的加工单元分别连接于两套由电源、电沉积液循环过滤单元和温控单元组成的辅助系统A和辅助系统B；所述的超声振动基体（10）安装在沉积平台（5）的底部，两两相对为一组，两组超声振动基体（10）相互垂直，且距离旋转中心距离相同，超声振动基体振动方向始终朝向内侧；所述的沉积槽（1）由无色透明的有机玻璃制成。2.根据权利要求1所述的一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的装置，其特征在于：所述的相邻两喷嘴（2
‑
2）之间的间距L大小可调，为5mm
‑
30mm。3.根据权利要求1所述的一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的装置，其特征在于：所述的沉积面板（5）和支架（6）的材料均为耐酸碱腐蚀的不导磁材料。4.一种并排扫描式超声辅助射流电沉积加工叠层金属的方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：S1：将沉积平台（5）置于清洗槽（1）的中心，将阴极沉积基底放置在沉积平台（5）的中央，调整喷射电沉积喷嘴（2
‑
2）的间距为10mm，将辅助系统A中的电源正极连接于组分A沉积槽（...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑兴帅，张如鹏，周吉星，牛屾，明平美，闫亮，秦歌，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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