1。4 本章小结

本章介绍了射流电沉积技术的历史和目前研究的基本情况，并阐述了本次毕 业设计的主要工作内容

第二章 微粒射流电沉积工作平台的设计

2。1 电沉积的基本理论

金属电沉积，泛指采用传统的电解电镀的方法在阴极电极表面上生成阳极金 属沉积层的过程。本次实验的实验原理就是利用这一工作原理来还原金属沉积层 修复或再制造工件的过程。电沉积的主要过程包括三个方面：阳极反应过程、液 相传质过程和阴极反应过程。

2。2 电沉积的基本过程

通过对图 2。1 电化学反应过程的分析可知，本次实验中，阳极铜棒上发生的

电化学反应是氧化反应，阴极 304 不锈钢板上发生的电化学反应是还原反应。在 射流电沉积过程中，电流通过电解质溶液（本实验使用的是 CuSO4 混合少量浓 H2SO4 的溶液）时，阳极棒上金属铜原子（Cu）失去电子被喷射到电镀液中而发 生氧化反应;电镀液中的铜离子（Cu2+）在阴极上结合电子还原成铜原子（Cu） 而沉积到阴极金属板(本实验采用了化学性能稳定的奥氏体 304 不锈钢)表面。论文网

具体反应原理如下：

阳极铜棒表面：Cu-2e-= Cu2+

氧化反应阴极钢板表面： Cu2++2e-= Cu 还原反应

图 2。1 电沉积原理示意图

2。3 电沉积机构的整体结构设计

如图 2。2 所示，本次实验的整体机构，可以用一句话概括，麻雀虽小五脏俱 全，它由专为本实验特殊改装的小型数控机床、喷嘴系统、电解槽、回收罐、磁 吸水泵、电源等部分组成。

图 2。2 电沉积机构的整体结构图

如图 2。3 所示，电镀液循环系统由电解槽、PVC 输液管路、磁吸水泵、浮 子流量计四大部分构成。

图 2。3 循环回路原理图

2。3。1 数控机床的选择

数控机床在射流电沉积过程中发挥的作用无可取代，金属薄片的喷涂长度、 循环次数、步进速度，完全由数控机床控制，准确的说，是由用户输入的数控程 序所控制。本次实验使用一台内置众为兴数控系统的 C000031B 数控铣床。该系 统使用了全中文的操作界面，操作简单。关键是铣床平台能够保证喷嘴系统和电 解槽的装夹。数控机床的主要参数如下图 2。4 所示。

图 2。4 数控机床技术参数图

2。3。2 喷嘴系统的设计

电镀液喷出的方向、形状、流量和压力主要由喷嘴的喷口控制，它影响着金 属离子结晶生成晶格、晶粒的最终形态。本次实验选用了特殊定制的方形喷嘴， 电镀液喷出时从喷嘴口喷出一个形状为 20×1mm 的长条，便于使用数控机床编 程控制扫描。喷嘴使用了白色工程塑料作为制作材料，这种材料最大的特点有以 下几个方面：较强的耐腐蚀性、较强的绝缘性、不受磁场/电场影响、较长的寿 命等等，各项性能完全满足本次试验的材料要求。

方形喷嘴由连接头和扁形喷口两部分组成。连接头起到连接阳极腔和扁形喷 口的作用，但是有一个很大的缺陷，就是强度太低，安装的时候用力过大的话， 连接头会断裂。这是本次实验装置最脆弱的地方，有可能的话下一步将重点改进 连接头的强度。

图 2。5 阳极腔设计图

图 2。6 扁形喷嘴、连接头尺寸图

图 2。7 扁形喷嘴内部结构设计图

2。3。3 电解槽的选取

电解槽的尺寸由以下因素决定：⑴数控机床的行程。本次实验使用的一台改 装过的小型数控机床，所以它的 XYZ 轴行程很小，这个因素决定了选择电解槽 的尺寸不能过大，使用过程中，过大的电解槽会很容易导致机床超程、报警；⑵ 机床的工作台大小。本次使用的数控机床是一台微型机床，这就导致了其实际的 工作台很窄，这个因素决定了选择电解槽的尺寸不能过大，否则会出现无法安装 的现象；⑶与其他实验器材的尺寸配合。在实际操作过程中，要充分考虑电解槽 与喷嘴的高度尺寸的配合，不能太高，太高的话在操作过程中会出现碰撞现象， 轻则破坏实验精度，重则损坏喷嘴等实验器材，也不能太低，太低的话在操作过 程中，电镀液在压力的作用下，会四处喷溅，污染实验设备。