專利名稱：噴射電沉積加工用陣列電極腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特種加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電沉積技術(shù)，具體地說是一種噴射電沉積加工用陣列電極腔。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)電沉積技術(shù)(電鑄和電鍍)由于濃差極化、電場(chǎng)分布不均勻和析氫等因素的影響，往往會(huì)導(dǎo)致可用電流密度和電流效率低、加工時(shí)間長(zhǎng)、電沉積層均勻性差，且易出現(xiàn)針孔、麻點(diǎn)、鑄層燒焦等缺陷。噴射電沉積技術(shù)是將含有金屬離子的電解液以高速射流的形式，在計(jì)算機(jī)的控制下高速?zèng)_向陰極，并進(jìn)行區(qū)域選擇性電沉積。射流電沉積技術(shù)可以有效克服上述傳統(tǒng)電沉積存在的一些缺陷和局限性，并具有其無法比擬的優(yōu)勢(shì)，如(1)電解液高速噴射到陰極表面，以強(qiáng)烈的紊流形式流動(dòng)，使陰極表面的金屬離子得到迅速地補(bǔ)充，提高了極限電流密度，為金屬離子的遷移提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，其電流密度可以遠(yuǎn)高于其它電沉積工藝，使單位沉積速率提高幾十倍至上百倍，從而克服了傳統(tǒng)電沉積技術(shù)存在的單位加工時(shí)間長(zhǎng)以及析氫帶來的沉積層缺陷等問題；(2)噴射電沉積技術(shù)較高的電流密度可以產(chǎn)生更高的電化學(xué)極化，有利于獲得組織致密、晶粒細(xì)化的沉積層；(3)在高速射流的沖擊下，電沉積產(chǎn)生的氫氣泡難以吸附在陰極表面，降低了沉積層產(chǎn)生氫脆、針孔和麻點(diǎn)等缺陷的可能。但是，目前噴射電沉積技術(shù)同樣存在較多的不足之處，如(1)在噴射液流徑向截面上的電場(chǎng)和流場(chǎng)分布不均勻，使得噴射電沉積沉積過程不均勻，表現(xiàn)為厚度不一致、表面凹凸不平等；(2)在噴射電沉積高電流密度條件下，會(huì)擴(kuò)大結(jié)晶過程的擇優(yōu)生長(zhǎng)特點(diǎn)，會(huì)加劇噴射電沉積的沉積不均勻性；(3)現(xiàn)有噴射電沉積技術(shù)在陽(yáng)極腔上使用非金屬材料 (工程塑料、樹脂等)作為噴嘴材料，這種具有瓶頸(噴射口)的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)不僅會(huì)極大的增加陰陽(yáng)兩極的間距，而且會(huì)極大的提高噴射口處的電阻；(4)為了提高射流電場(chǎng)和流場(chǎng)分布均勻性而采用細(xì)小噴嘴方式時(shí)，總體的電沉積加工效率會(huì)極大降低。上述因素嚴(yán)重制約了射流電沉積技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的噴射電沉積加工效率低，沉積質(zhì)量差的問題，提供一種能夠均勻噴射電沉積加工的電場(chǎng)和流場(chǎng)，提高其電流密度和沉積速度，并使其可以用于復(fù)雜曲面的電沉積加工的噴射電沉積加工用陣列電極腔。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種噴射電沉積加工用陣列電極腔，其特征是它包括
一頂蓋1，該頂蓋1的一端與輸送電解液的進(jìn)液管相連，另一端帶有外螺紋，它的中心設(shè)有供電解液通過的通孔；
一腔體2，該腔體2的一端設(shè)有與前述的頂蓋1的內(nèi)螺紋相配的內(nèi)螺紋，它的另一端的外部設(shè)有連接外螺紋，內(nèi)部設(shè)有一個(gè)正錐臺(tái)形內(nèi)腔；一套管3，該套管3的上端外表面呈錐形結(jié)構(gòu)，該錐形結(jié)構(gòu)插入前述腔體2的正錐臺(tái)形內(nèi)腔中，所述錐形結(jié)構(gòu)的管壁上開有沿徑向的收緊用槽口 8 ；
一陣列電極4，該陣列電極4由多根中空的薄壁棒狀結(jié)構(gòu)組成，中空的薄壁棒狀結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有供電解液通過的通孔，所述陣列電極4的主體被夾緊于前述的套管3中；
一密封環(huán)5，該密封環(huán)5安裝在套管3的端部及剛性擋環(huán)6之間，所述的密封環(huán)5和剛性擋環(huán)6的中心均設(shè)有供陣列電極4伸出的通孔，陣列電極的截面形狀與剛性擋環(huán)6中心的通孔的形狀相配；
一收緊螺母7，該收緊螺母7的一端通過內(nèi)螺紋與腔體2上的外螺紋相連，它的另一端通過臺(tái)階體與前述剛性擋環(huán)6的臺(tái)階面相抵，從而將剛性臺(tái)階體6、密封環(huán)5和套管3固定在腔體2中。所述的陣列電極4由中空的薄壁棒狀結(jié)構(gòu)的電極集束而成，中空的薄壁棒狀的通孔的截面可以為圓形、三角形、四邊形、五邊形、六邊形等形式中的一種或幾種的組合。所述的組成陣列電極4的管狀體的電解液進(jìn)口端能根據(jù)沉積體的形狀開或閉。本發(fā)明的有益效果
(1)本發(fā)明采用陣列電極直接形成噴射電沉積的噴嘴，提高了噴射電沉積加工時(shí)電場(chǎng)和流場(chǎng)的均勻性，同時(shí)可以極大縮短陰陽(yáng)兩級(jí)的間距，提高噴嘴處的電沉積液通過能力，提高電沉積加工的速度和質(zhì)量。(2)本發(fā)明通過擋環(huán)能夠限制陣列電極伸出的截面形狀，可以根據(jù)加工所需噴頭截面的形狀，設(shè)計(jì)具有相同內(nèi)側(cè)輪廓的彈性密封圈和擋環(huán)，獲得選擇性更好的流場(chǎng)和電場(chǎng)。(3)本發(fā)明通過腔體、套管和螺帽的配合，使套管頂端收緊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列電極可靠、穩(wěn)定的裝夾，并可以形成任意截面輪廓的噴嘴。(4)本發(fā)明可以在電極腔的底部形成任意截面形狀和輪廓的陣列電極噴頭，從而能夠獲得均勻的噴射電沉積加工電場(chǎng)和流場(chǎng)，提高電沉積電流密度，提高金屬離子的局部濃度，防止電沉積中的氧化，最終提高電沉積效率和質(zhì)量，通過設(shè)計(jì)不同形狀的陣列電極腔及控制電極的導(dǎo)通，可以實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)電沉積零件加工。


圖1是本發(fā)明的立體分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的回形陣列電極的端面示意圖。圖4是利用圖3所述的陣列電極加工的沉積體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1、2、3、4 所示。一種噴射電沉積加工用陣列電極腔，如圖1至圖2所示，它頂蓋1、腔體2、套管3、 陣列電極4、密封環(huán)5、剛性擋環(huán)6及收緊螺母7。其中頂蓋1與腔體2螺紋連接，套管3 夾持陣列電極4，陣列電極4上依次串聯(lián)密封環(huán)5、剛性擋環(huán)6，腔體2和收緊螺母7之間通過螺紋連接。通過旋緊腔體2和收緊螺母7，使套管3頂端收緊，實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列電極4的夾緊以及對(duì)密封環(huán)5和剛性擋環(huán)6的壓緊，并通過擋環(huán)6限制陣列電極伸出的截面形狀，如圖2 所示。詳述如下
所述的頂蓋1內(nèi)部開有中心孔以壓入電解液，頂蓋1外側(cè)一端設(shè)有與輸送電解液的進(jìn)液管相匹配的環(huán)形接口 ；頂蓋1外側(cè)中間段為外六角結(jié)構(gòu)，便于扳手對(duì)頂蓋1的旋緊；頂蓋 1外側(cè)另一端設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)以連接腔體。所述的腔體2內(nèi)部開有中心孔以傳輸電解液，腔體2外側(cè)一端為外六角結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)有與頂蓋1相連接的內(nèi)螺紋；另一端設(shè)有外螺紋結(jié)構(gòu)以連接螺帽7，其內(nèi)部設(shè)有與套管 3相配合的錐面。所述的套管3外側(cè)面設(shè)有錐面，沿外側(cè)面圓周方向設(shè)有均勻分布的收緊用槽口 8， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列電極4的夾緊，其內(nèi)側(cè)截面為圓形，如圖1所示。所述的陣列電極4由中空的薄壁棒狀結(jié)構(gòu)的電極集束而成，其截面可以為圓形、 三角形、四邊形、五邊形、六邊形中的一種或幾種的組合。所述的密封環(huán)5內(nèi)側(cè)截面形狀與陣列電極4伸出的截面形狀相匹配，其外側(cè)輪廓為圓形。所述的剛性擋環(huán)6為中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)，用以限制陣列電極4伸出的截面形狀，其外側(cè)輪廓為圓形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)所需要噴頭截面的形狀設(shè)計(jì)具有相同內(nèi)側(cè)輪廓的擋環(huán)6，只有完全處于擋環(huán)6內(nèi)輪廓范圍中的陣列電極4才會(huì)伸出來，形成噴射電沉積的噴頭。所述的收緊螺母7外側(cè)一端為外六角結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)設(shè)有與腔體2相連的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)；另一端設(shè)有和剛性擋環(huán)6凸臺(tái)結(jié)構(gòu)相配合的阻擋面。本發(fā)明的工作原理是
頂蓋1和腔體2之間通過螺母進(jìn)行連接，頂蓋1的一端與輸送電解液的進(jìn)液管相連，強(qiáng)迫電解液進(jìn)入陣列電極腔。套管3非夾緊端端面與密封環(huán)5、剛性擋環(huán)6頂觸，而其夾緊端外側(cè)開槽錐面與腔體2的內(nèi)側(cè)錐面相配合。通過螺紋連接旋進(jìn)收緊螺母7和腔體2，腔體2 通過其內(nèi)側(cè)錐面對(duì)套管3收緊端提供徑向收緊力來實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列電極4的可靠裝夾，同時(shí)套管3非夾緊端端面對(duì)剛性擋環(huán)6和彈性密封環(huán)5提供軸向壓緊力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解液噴射加工時(shí)的密封。其中彈性密封環(huán)5及剛性擋環(huán)6的內(nèi)側(cè)截面形狀根據(jù)實(shí)際需要噴頭的截面形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖3是一種通過控制陣列電極的開閉形成的回形陣列電極的示意圖，圖中黑色部分表示流場(chǎng)通，白色部分表示流場(chǎng)關(guān)閉。圖3所示的陣列電極可以電沉積形成如圖4所示回形金屬結(jié)構(gòu)。由此可見，具體實(shí)施時(shí)只需控制陣列電極中每根電極的通斷就可設(shè)計(jì)出復(fù)雜形雜的噴嘴結(jié)構(gòu)，從而沉積出復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)體。以上僅給出了一種較為詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種噴射電沉積加工用陣列電極腔，其特征是它包括一頂蓋(1)，該頂蓋(1)的一端與輸送電解液的進(jìn)液管相連，另一端帶有外螺紋， 它的中心設(shè)有供電解液通過的通孔；一腔體(2)，該腔體(2)的一端設(shè)有與前述的頂蓋(1)的內(nèi)螺紋相配的內(nèi)螺紋，它的另一端的外部設(shè)有連接外螺紋，內(nèi)部設(shè)有一個(gè)正錐臺(tái)形內(nèi)腔；一套管(3)，該套管(3)的上端外表面呈錐形結(jié)構(gòu)，該錐形結(jié)構(gòu)插入前述腔體(2)的正錐臺(tái)形內(nèi)腔中，所述錐形結(jié)構(gòu)的管壁上開有沿徑向的收緊用槽口(8)；一陣列電極(4)，該陣列電極(4)由多根中空的薄壁棒狀結(jié)構(gòu)組成，中空的薄壁棒狀結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有供電解液通過的通孔，所述陣列電極(4)的主體被夾緊于前述的套管(3)中； 一密封環(huán)(5)，該密封環(huán)(5)安裝在套管(3)的端部及剛性擋環(huán)(6)之間，所述的密封環(huán) (5)和剛性擋環(huán)(6)的中心均設(shè)有供陣列電極(4)伸出的通孔，陣列電極的截面形狀與剛性擋環(huán)(6)中心的通孔的形狀相配；一收緊螺母(7)，該收緊螺母(7)的一端通過內(nèi)螺紋與腔體(2)上的外螺紋相連，它的另一端通過臺(tái)階體與前述剛性擋環(huán)(6)的臺(tái)階面相抵，從而將剛性臺(tái)階體(6)、密封環(huán)(5) 和套管(3)固定在腔體(2)中。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射電沉積加工用陣列電極腔，其特征是所述的陣列電極(4) 由中空的薄壁棒狀結(jié)構(gòu)的電極集束而成，中空的薄壁棒狀的通孔的截面可以為圓形、三角形、四邊形、五邊形、六邊形等形式中的一種或幾種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴射電沉積加工用陣列電極腔，其特征是所述的組成陣列電極(4)的管狀體的電解液進(jìn)口端能根據(jù)沉積體的形狀開或閉。
全文摘要
一種噴射電沉積加工用陣列電極腔，其特征是它包括頂蓋、腔體、套管、陣列電極、密封環(huán)、剛性擋環(huán)及收緊螺母，其中頂蓋與腔體螺紋連接，套管夾持陣列電極，陣列電極上依次串聯(lián)彈性密封圈、擋環(huán)，腔體和螺帽之間設(shè)有螺紋連接。通過旋緊腔體和螺帽，使套管頂端收緊，實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列電極的夾緊以及對(duì)彈性密封圈和擋環(huán)壓緊，并通過擋環(huán)限制陣列電極伸出的截面形狀。本發(fā)明可以在電極腔的底部形成任意截面形狀和輪廓的陣列電極噴頭，從而能夠獲得均勻的噴射電沉積加工電場(chǎng)和流場(chǎng)，提高電沉積電流密度，提高金屬離子的局部濃度，防止電沉積中的氧化，最終提高電沉積效率和質(zhì)量，通過設(shè)計(jì)不同形狀的陣列電極腔及控制電極的導(dǎo)通，可以實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)電沉積零件加工。
文檔編號(hào)C25D17/10GK102330125SQ201110269330
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者劉志東, 沈理達(dá), 王桂峰, 田宗軍, 邱明波, 高雪松, 黃因慧 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)