本發(fā)明涉及一種電化學(xué)加工系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種用于三維金屬微結(jié)構(gòu)電化學(xué)加工的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：
電沉積是一種基于電化學(xué)沉積原理實(shí)施金屬層/件制備的特種工藝技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。射流電沉積是一種特殊形式的電沉積工藝。它是將含有金屬離子的電解液以高速射流的形式，進(jìn)行區(qū)域選擇性電沉積的加工技術(shù)。射流電沉積技術(shù)具有沉積速度快、操作自由度大等工藝優(yōu)勢(shì)，在某些應(yīng)用領(lǐng)域受到關(guān)注與重視，尤其在三維金屬件快速制造領(lǐng)域。但射流電沉積技術(shù)由于自身固有的特性，使得它不可避免地存在沉積區(qū)域電場(chǎng)和流場(chǎng)分布不均現(xiàn)象，導(dǎo)致沉積層普遍出現(xiàn)厚度分布不均勻、表面凹凸不平、積瘤和毛刺等問(wèn)題。常用的解決方法是反復(fù)中斷電沉積過(guò)程，采用二次加工的方法，通過(guò)機(jī)械加工去除表面積瘤和毛刺，拋光后進(jìn)行二次沉積來(lái)維持電沉積的持續(xù)進(jìn)行。為了克服以上缺點(diǎn)，專利號(hào)為CN101994137A的發(fā)明專利也公布了一種回轉(zhuǎn)體零件的高速射流噴射電鑄加工方法及裝置。該專利通過(guò)磨削的方法來(lái)在線去除射流電沉積過(guò)程中所產(chǎn)生的積瘤和毛刺等缺陷，在一定程度上提高了射流電沉積的加工精度。但該專利所涉及的方法與裝置對(duì)于非回轉(zhuǎn)體零件和微細(xì)金屬零件的加工，其適用性面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，本發(fā)明提出一種針對(duì)三維金屬微結(jié)構(gòu)精密加工的新的電化學(xué)加工系統(tǒng)與方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的射流電沉積方法難以連續(xù)加工出表面平整、組織致密、精度高的三維金屬微結(jié)構(gòu)的不足，提出一種電化學(xué)加工三維金屬微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)與方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種電化學(xué)加工三維金屬微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其特征在于：它包括電沉積子系統(tǒng)、電解子系統(tǒng)、導(dǎo)電基底和電解液層，所述的電沉積子系統(tǒng)包括噴頭和電沉積電源，所述的電沉積電源的負(fù)極與導(dǎo)電基底連接，電沉積電源的正極與噴頭連接，所述的噴頭與所述的導(dǎo)電基底正對(duì)設(shè)置，所述的電解子系統(tǒng)包括陰極和電解加工電源，所述的陰極包括橫梁陰極、左側(cè)陰極和右側(cè)陰極，所述的左側(cè)陰極和右側(cè)陰極設(shè)置在橫梁陰極上，所述的陰極與導(dǎo)電基底正對(duì)設(shè)置，左側(cè)陰極的內(nèi)側(cè)面與右側(cè)陰極的內(nèi)側(cè)面平行并均與橫梁陰極垂直，所述的電解加工電源的正極與導(dǎo)電基底連接，所述的電解加工電源的負(fù)極與陰極連接，所述的電解液層覆蓋在導(dǎo)電基底上。所述的電沉積子系統(tǒng)還包括噴頭座，所述的噴頭固定在噴頭座上且噴頭座電絕緣。所述的橫梁陰極可移動(dòng)地設(shè)置在噴頭座上。所述的左側(cè)陰極和右側(cè)陰極之間的距離可調(diào)。所述的橫梁陰極下表面為平面，且橫梁陰極上設(shè)置有偶數(shù)個(gè)安裝孔，優(yōu)選地為4個(gè)或6個(gè)或8個(gè)或10個(gè)，且所述的安裝孔以其中心對(duì)稱設(shè)置，所述的左側(cè)陰極和右側(cè)陰極安裝在不同的安裝孔內(nèi)。所述的左側(cè)陰極和右側(cè)陰極垂直地設(shè)置在所述的橫梁陰極上。所述的左側(cè)陰極和右側(cè)陰極均平行于噴頭的軸線。一種電化學(xué)加工三維金屬微結(jié)構(gòu)的加工方法，它包括以下步驟：S1、調(diào)整噴頭相對(duì)于導(dǎo)電基底的高度為5mm～10mm，打開(kāi)噴頭的開(kāi)關(guān)，讓由噴頭噴出的電液束垂直于導(dǎo)電基底；S2、接通電沉積電源的同時(shí)，使噴頭按設(shè)計(jì)軌跡相對(duì)于導(dǎo)電基底作掃描運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)的作用下在導(dǎo)電基底上電沉積出一層金屬，當(dāng)噴頭掃描到設(shè)計(jì)軌跡終點(diǎn)時(shí)，斷開(kāi)電沉積電源，并使噴頭退出加工區(qū)；S3、分別調(diào)整橫梁陰極、左側(cè)陰極、右側(cè)陰極與步驟S2電沉積的金屬層之間的距離，使橫梁陰極下表面距離步驟S2電沉積的金屬層上表面的距離為0.1～0.9mm、左側(cè)陰極的內(nèi)側(cè)面、右側(cè)陰極的內(nèi)側(cè)面分別距離步驟S2電沉積的金屬層兩側(cè)壁的距離均為0.1～0.9mm，降低導(dǎo)電基底，使步驟S2電沉積的金屬層完全浸沒(méi)于電解液層中；S4、接通電解加工電源，使陰極沿步驟S2給定的設(shè)計(jì)軌跡作掃描運(yùn)動(dòng)，對(duì)步驟S2中電沉積的金屬層上表面和兩側(cè)壁作腐蝕溶解加工，當(dāng)陰極運(yùn)行位置超過(guò)步驟S2中沉積的金屬層時(shí)，停止掃描運(yùn)動(dòng)，同時(shí)斷開(kāi)電解加工電源；S5、升高導(dǎo)電基底，讓步驟S4電解加工的金屬層上表面完全露出電解液層；S6、依次按步驟S1、S2、S3、S4、S5重復(fù)進(jìn)行電化學(xué)加工，直到所加工的零件達(dá)到所要求的高度時(shí)結(jié)束所有操作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低。只需在常規(guī)射流電沉積系統(tǒng)附加結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的用于電解整平加工的電解電極及電解加工電源，就能較好地解決射流電沉積件/層所存在的問(wèn)題，工藝成本低。2、加工精度高，表面質(zhì)量好。相對(duì)于常規(guī)射流電沉積加工，增加了實(shí)時(shí)的電解整平加工步驟，這樣，能及時(shí)消除電沉積步驟形成的多種沉積缺陷，進(jìn)而提高電沉積件/層的加工精度與表面質(zhì)量，同時(shí)為后續(xù)沉積步驟提供了較好的基礎(chǔ)條件，避免了負(fù)面效應(yīng)的累積。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明一種電化學(xué)加工三維金屬微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的裝配圖。圖中標(biāo)號(hào)及名稱：1、導(dǎo)電基底2、電液束3、噴頭4、電沉積電源5、噴頭座6、方槽7、橫梁陰極8、左側(cè)陰極9、安裝孔10、陰極11、電解加工電源12、內(nèi)側(cè)面13、右側(cè)陰極14、內(nèi)側(cè)面15、電解液層。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明專利的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。一種電化學(xué)加工三維金屬微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其特征在于：它包括電沉積子系統(tǒng)、電解子系統(tǒng)、材質(zhì)為不銹鋼SUS304的導(dǎo)電基底1和含氨基磺酸鎳(350g/L)、氯化鎳(10g/L)、硼酸(40g/L)的電解液層15，電沉積子系統(tǒng)包括不銹鋼SUS304材質(zhì)的噴頭3和電沉積電源4，電沉積電源4的負(fù)極與導(dǎo)電基底1連接，電沉積電源4的正極與噴頭3連接，且噴頭3與導(dǎo)電基底1正對(duì)設(shè)置，電解子系統(tǒng)包括陰極10和電解加工電源11，陰極10包括橫梁陰極7、左側(cè)陰極8和右側(cè)陰極13，左側(cè)陰極8和右側(cè)陰極13設(shè)置在橫梁陰極7上，陰極10與導(dǎo)電基底1正對(duì)設(shè)置，左側(cè)陰極8的內(nèi)側(cè)面12與右側(cè)陰極13的內(nèi)側(cè)面14平行并均與橫梁陰極7垂直，電解加工電源11的正極與導(dǎo)電基底1連接，電解加工電源11的負(fù)極與陰極10連接，電解液層15覆蓋在導(dǎo)電基底1上。橫梁陰極7、左側(cè)陰極8和右側(cè)陰極13均為金屬鉑。電沉積子系統(tǒng)還包括電絕緣材料聚丙烯制成的噴頭座5，噴頭3同軸固定在噴頭座5上。橫梁陰極7通過(guò)緊定螺釘固定聯(lián)接于噴頭座4的方槽6中且可根據(jù)需要調(diào)整它在方槽6中的位置。橫梁陰極7下表面為平面，且橫梁陰極7的下端設(shè)置有偶數(shù)個(gè)安裝孔9，安裝孔9的個(gè)數(shù)為6個(gè)，且安裝孔9以其中心對(duì)稱設(shè)置，左側(cè)陰極8和右側(cè)陰極13安裝在不同的安裝孔9內(nèi)。左側(cè)陰極8和右側(cè)陰極13垂直地安設(shè)橫梁陰極7上，通過(guò)安設(shè)于不同的安裝孔9來(lái)調(diào)節(jié)它們之間的距離。左側(cè)陰極8和右側(cè)陰極13均平行于噴頭3的軸線。一種電化學(xué)加工三維金屬微結(jié)構(gòu)的加工方法，它包括以下步驟：S1、調(diào)整噴頭3相對(duì)于導(dǎo)電基底1的高度為10mm，打開(kāi)噴頭3的開(kāi)關(guān)，讓由噴頭3噴出的電液束2垂直于導(dǎo)電基底1；S2、接通電沉積電源4的同時(shí)（此時(shí)噴頭3為陽(yáng)極，導(dǎo)電基底1為陰極），使噴頭3按設(shè)計(jì)軌跡相對(duì)于導(dǎo)電基底1作掃描運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)的作用下電液束2中的鎳離子便還原成金屬鎳原子并沉積在帶負(fù)電的在導(dǎo)電基底1，形成一層鎳材質(zhì)的金屬層，當(dāng)噴頭3掃描到設(shè)計(jì)軌跡終點(diǎn)時(shí)，斷開(kāi)電沉積電源4，并使噴頭3退出加工區(qū)，此時(shí)電沉積過(guò)程停止；S3、分別調(diào)整橫梁陰極7、左側(cè)陰極8和右側(cè)陰極13與步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層之間的距離，使橫梁陰極7的下表面距離步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層上表面的距離為0.2mm、左側(cè)陰極8的內(nèi)側(cè)面12和右側(cè)陰極13的內(nèi)側(cè)面14分別距離步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層兩側(cè)壁的距離均為0.2mm，降低導(dǎo)電基底1，使步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層完全浸沒(méi)于電解液層15中，這樣為后續(xù)步驟S4的電化學(xué)溶解步驟創(chuàng)造必要的加工間隙與電解液環(huán)境；S4、接通電解加工電源11（此時(shí)橫梁陰極7、左側(cè)陰極8、右側(cè)陰極13均帶負(fù)電，為陰極，而步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層帶正電，為陽(yáng)極），使噴頭3沿步驟S2給定的設(shè)計(jì)軌跡自終點(diǎn)反向作掃描運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層的上表面和兩側(cè)壁在電化學(xué)的作用下依次不斷地被溶解去除一部分金屬，根據(jù)電化學(xué)溶解原理，突起部分的溶解去除速度更快，使得步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層表面形成的積瘤和凹凸不平缺陷被去除，步驟S2電沉積的鎳材質(zhì)金屬層表面更加光整，從而為后續(xù)的電沉積步驟提供更好的表面條件；當(dāng)橫梁陰極7剛超過(guò)設(shè)計(jì)軌跡的起點(diǎn)時(shí)，停止掃描運(yùn)動(dòng)，同時(shí)斷開(kāi)電解加工電源11，此時(shí)電化學(xué)溶解過(guò)程終止；S5、升高導(dǎo)電基底1，讓步驟S4電解加工的鎳材質(zhì)金屬層上表面完全露出電解液層15；S6、依次按步驟S1、S2、S3、S4、S5、重復(fù)進(jìn)行電化學(xué)加工，直到所加工的零件達(dá)到所要求的高度時(shí)結(jié)束所有操作。經(jīng)如此方式操作（電沉積-電化學(xué)溶解交替反復(fù)進(jìn)行），電化學(xué)加工制備出來(lái)的金屬微結(jié)構(gòu)零件精度與表面質(zhì)量都比較理想。