本技术涉及一种用于制造纳米金属块体材料的射流电沉积装置,属于电沉积技术领域。该装置包括电解液槽,装置本体围绕电解液槽,上端设有塑性变化结构,以实现精确控制材料沉积过程。
背景技术
纳米金属材料因其优异的综合性能具有广泛的应用潜力。然而,目前的制备方法所得纳米金属材料的尺寸有限,通常在毫米级以下。
射流电沉积技术作为一种局部高精度的电化学加工方法,其独特之处在于能够实现快速成型。该技术通过高速射流电解液至阴极基底,引发局部浓差极化,显著提升电流密度,实现比传统电沉积更快的沉积速率。射流的高动能不仅加速了电解液中的金属阳离子向阴极迁移,还促进了气体的排出,有效降低沉积层的孔隙率,提升沉积层质量。
然而,常规的射流电沉积在制备块体纳米结构时,存在局限,如尖端放电现象导致的沉积层不均匀,形成瘤状物破坏沉积,晶粒择优取向形成大尺寸的柱状晶降低力学性能,以及由生长残余应力导致的开裂等。
专利公开号为CN112877750A的中国发明专利公开了一种多能场辅助射流电沉积纳米复合层的装置及制备方法。该方法为解决电解液中纳米颗粒易团聚的现象,通过调整脉冲参数、磁场强度、阴阳极间距、扫描速度及超声参数等,制备出沉积层组织与厚度均匀性好,膜基结合力一致性好的纳米复合沉积层。其并未对沉积层内部显微结构的变化做过多陈述,同时该方法不具备制备大厚度样品的能力。增加沉积层厚度将引起厚度不均匀、表面缺陷(如微凸起、结瘤、气孔)和晶粒择优生长的问题。
专利号CN115558967A的中国发明专利公开了一种变形辅助射流电沉积制备异质纳米结构的方法及装置。该方法通过塑性变形模块对沉积层施加预设的加载力,使沉积层发生塑性变形解决沉积层的尖端放电问题来制备块状异质纳米结构,然而该装置运行时无法测量加载力,变形模块易在变向时脱离沉积层发生打滑,三维移动平台运行时的停顿会对样品两端造成过量沉积,无法连续制备均匀块体纳米结构。
针对目前块体纳米金属材料制备困难,本发明提供一种可编程增材制造块体纳米金属材料的射流电沉积装置,通过设计回转结构的阴极盘,改变射流电沉积过程中的电流密度、阴极盘转速、阳极喷嘴流速等参数,从而实现块体纳米金属材料的连续制备,实时调节沉积层中的微观结构。
实现思路