CN109338427B - 电镀笔装置及智能电化学镀膜及3d打印装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电镀笔装置及智能电化学镀膜及3D打印装置及其使用方法，主要是针对在目前电沉积制备金属涂层技术中，被沉积工件需要进行在电解液中进行的限制的问题，通过一种新电沉积装置，使待镀件无需置于电解液中，实现在工件表面某个特定区域乃至点的自由制备金属涂层，且通过计算机控制待镀件平台实现智能电沉积。同时待镀件表面进行同种材料电沉积时，可以通过在同一区域或同种图案的反复沉积，进一步实现电化学3D打印(增材制造)。
Description
技术领域
本发明属于电化学沉积领域，主要涉及电化学沉积制备金属涂层的电镀笔装置及智能电化学镀膜及3D打印装置及其使用方法。
背景技术
随着社会与科技发展以及各个领域对机械装备运行环境要求愈发苛刻，机械运动部件面临着严重的磨损、腐蚀等问题，因此需要特殊功能的涂层来提供保障。而电沉积技术于1800年发明至今，已经应用到日常生产、生活的方方面面。但由于其电化学原理的限制，导致这项技术在环保、便捷性等方面一直具有局限性。随着德国工业4.0的提出，我国工业和信息化部也提出“智能制造2025”发展纲领，此项技术应用前景广阔。
随着我国智能制造产业的起步，许多传统行业都进行了颠覆性的改革。而3D打印技术（增材制造）作为智能制造的典型代表，已经在短短几年时间快速发展，并渗透到了各个产业领域。将3D打印技术应用到一些传统工业，不仅仅极大的降低了生产成本、减少环境污染，同时为一些传统工业技术带来新的发展方向和研究思路。
如今，各行各业机械正朝着精密化、小型化、轻量化的方向发展，因此对涂层技术的要求日益提高。而电镀是目前所使用最久，应用最广的金属涂层技术。但随着机械工作环境的愈发苛刻，以及对环境污染治理的愈加重视，电镀行业在我国的发展与生产都受到了极大的限制。与此同时电沉积领域在智能制造以及增材制造方面的发展，在国内始终处于萌芽阶段。因此着重发展电沉积在智能制造以及增材制造领域的应用对我国的技术发展与革新具有十分重要的意义。
目前行业内对于被沉积工件的部分磨损的修复，需要将被沉积工件整体浸泡入电解液中，然后对磨损区域进行操作，这种操作存在以下技术问题，一方面被沉积工件较大时操作不方便而且浪费资源，另一方面不能把磨损部位准确修复。因此，有必要研究新的装置及方法，以有效解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的，是为了克服被沉积工件的部分磨损修复存在的上述缺陷，通过设计一种新的电沉积装置及使用方法，实现在工件表面某个特定区域进行自由的制备金属涂层，且通过手动或计算机智能控制电镀笔装置或待镀件平台实现局部电沉积。当待镀件表面进行同种材料电沉积时，可以通过在同一区域或同种图案的反复沉积，进一步实现电化学3D打印（增材制造）。
为实现上述目的，本发明提供了一种电镀笔装置，包括笔身本体，所述的笔身本体设置有内腔，笔身本体在内腔的上部设有上补液口，下端设置有下漏液口，内腔内用于盛放电镀液，所述的笔身本体上还插固有阳极材料和参比电极，所述的阳极材料和参比电极均一端***内腔并浸没于电镀液中，另一端置于笔身本体外，所述的笔身本体包括密封盖和多孔柔性材料，所述的密封盖能盖合在上补液口上将上补液口密封，所述的多孔柔性材料置于下漏液口处。
进一步的，所述的多孔柔性材料固定在下漏液口上，将下漏液口完全遮挡，所述的电镀液能透过多孔柔性材料上的孔从下漏液口漏出。
进一步的，所述的多孔柔性材料为块状物，多孔柔性材料置于内腔中并卡在下漏液口(12)处，所述的电镀液能透过多孔柔性材料上的孔从下漏液口漏出。
进一步的，所述的参比电极置于笔身本体外的一端设置有电极接口，所述的电极接口用于与做智能沉积分析的计算机连接。
进一步的，所述的上补液口位于笔身本体的顶部，相应地，密封盖置于笔身本体的正上方，所述的阳极材料和参比电极分别从密封盖上穿过，所述的阳极材料以及参比电极均与密封盖固定配合。
本发明还提供了一种应用上述电镀笔装置的智能电化学镀膜及3D打印装置，包括电镀笔装置、固定支架、可加热二向移动平台、平台升降器以及供电设备，所述的固定支架包括相互连接的支撑部和固定部，电镀笔装置固定在固定部上，待沉积基板置于可加热二向移动平台上面，电沉积在待沉积基板上进行，所述的可加热二向移动平台置于平台升降器上面，所述的可加热二向移动平台能带动待沉积基板X、Y双轴移动，平台升降器能上升或下降可加热二向移动平台和待沉积基板，使待沉积基板表面与电镀笔装置的下漏液口接触或分离，所述的平台升降器与固定支架的支撑部底部固定连接，所述的供电设备的正极连接电镀笔装置的阳极材料，负极连接待沉积基板。
进一步的，所述的供电设备为直流电源箱或电化学工作站。
进一步的，所述的可加热二向移动平台中部装有加热层，通过改变可加热二向移动平台的表面温度来对待沉积基板加热，温度调节范围为0~100℃；所述的固定部内装有加热装置，所述的加热装置能对电镀笔装置加热，温度调节范围为0~100℃。
进一步的，所述的加热层和加热装置均为电阻丝。
进一步的，所述的支撑部为竖直支架，固定部为水平支架，所述的固定部的一端与支撑部的上部固定连接，另一端为自由端，用于夹住电镀笔装置。
本发明还提供了上述电镀笔装置的使用方法，包括以下几个步骤：
步骤一：配置电镀液，导入电镀笔装置中，将密封盖密封盖合在上补液口上；
步骤二：将待沉积基板表面抛光，用弱酸及弱碱分别对其表面进行清洗，再用酒精将其表面残留液体进行清洗，最后用氮气将其吹干；
步骤三：将供电设备的正极连接阳极材料，负极连接待待沉积基板，选择合适电压，保持电镀笔装置的下漏液口液面与待沉积基板表面相接触，手动控制电镀笔装置对待沉积基板表面进行自由电沉积。
本发明还提供了上述智能电化学镀膜及3D打印装置的使用方法，包括以下几个步骤：
步骤一：配置电镀液，导入电镀笔装置中，将密封盖密封盖合在上补液口上；
步骤二：将电镀笔装置固定在固定部上；
步骤三：将待沉积基板表面抛光，用弱酸及弱碱分别对其表面进行清洗，再用酒精将其表面残留液体进行清洗，最后用氮气将其吹干；
步骤四：将供电设备的正极连接阳极材料，负极连接待沉积基板，选择合适电压，通过计算机程序控制可加热二向移动平台和平台升降器加热、移动，使电镀笔的下漏液口液面与待沉积基板相接触，对待沉积基板表面按照程序设定好的方式进行自由电沉积。
以上所述的电镀笔笔身均为非导电材料制作。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)通过上述装置及使用方法，准确的实现在工件表面某个特定区域进行自由的金属涂层制备；(2)通过可加热二向移动平台的加热层和固定部内装有的加热装置，精准的实现待沉积基板及电镀液的温度控制；(3)通过放置多孔柔性材料，一方面对电镀液进行导流，另一方面将电镀笔下漏液口处停留的小气泡进行吸收，使其均匀扩散，防止电镀液及电流的断开；(4)可将电镀笔单独从固定装置中取出，从而进行手动电沉积，绘制自己所需要的图案，也可在设置好合理参数后，对原有破损涂层的表面，进行点对点的表面涂层修复；(5)可通过智能控制***来控制上述应用电镀笔的装置，进行二维或三维移动，从而沉积出所需要的图形与形状；(6)同时待沉积基板表面进行同种材料电沉积时，可以通过在同一区域或同种图案的反复沉积，进一步实现电化学3D打印（增材制造）。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图中的标号为：笔身本体1、内腔1a、上补液口11、下漏液口12、电镀液2、阳极材料3、参比电极4、电极接口4a、密封盖5、多孔柔性材料6、计算机7、固定支架81、支撑部81a、固定部81b、待沉积基板82、可加热二向移动平台83、平台升降器84、供电设备85。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
配置200g/L的FeSO4·7H2O溶液做电镀液2，装入电镀笔装置中，将电镀笔装置用密封盖5密封；
取一块长10cm，宽5cm，厚0.2mm的铜片做待沉积基板82，首先将其表面抛光，其次用1mol/L稀盐酸及1mol/L氢氧化钠溶液分别对其表面进行清洗，再次用酒精将其表面残留液体进行清洗，最后用氮气将其吹干；
使用直流电源箱，将正极连接阳极材料铜，负极连接铜片，选择电压为4V，手动控制电镀笔装置对铜片表面进行自由电沉积，期间保持下漏液口12液面与铜片相接触；
可在铜片表面制备铁涂层，且可自由绘制所需图案，或者进行点对点沉积。
实施例2
配置200g/L的FeSO4·7H2O溶液做电镀液2，装入电镀笔装置中，将电镀笔装置用密封盖5密封；
取一块长10cm，宽5cm，厚0.2mm的铜片做待沉积基板82，首先将其表面抛光，其次用1mol/L稀盐酸及1mol/L氢氧化钠溶液分别对其表面进行清洗，再次用酒精将其表面残留液体进行清洗，最后用氮气将其吹干；
将电镀笔装置固定在固定部81b上；
使用直流电源箱，将正极连接阳极材料铜，负极连接铜片，选择电压为4V，通过计算机程序控制可加热二向移动平台83和平台升降器84移动，使电镀笔装置的下漏液口液面与铜片相接触，按程序设定好的方式对铜片表面进行自由电沉积，期间对某个区域或图形进行长时间的反复沉积可实现电化学3D打印。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.电镀笔装置的使用方法，采用了电镀笔装置，其特征是：电镀笔装置包括笔身本体(1)，所述的笔身本体(1)设置有内腔(1a)，笔身本体(1)在内腔(1a)的上部设有上补液口(11)，下端设置有下漏液口(12)，内腔(1a)内用于盛放电镀液(2)，所述的笔身本体(1)上还插固有阳极材料(3)和参比电极(4)，所述的阳极材料(3)和参比电极(4)均一端***内腔(1a)并浸没于电镀液(2)中，另一端置于笔身本体(1)外，所述的笔身本体(1)包括密封盖(5)和多孔柔性材料(6)，所述的密封盖(5)能盖合在上补液口(11)上将上补液口(11)密封，所述的多孔柔性材料(6)置于下漏液口(12)处；所述的多孔柔性材料(6)为块状物，多孔柔性材料(6)置于内腔(1a)中并卡在下漏液口(12)处，所述的电镀液(2)能透过多孔柔性材料(6)上的孔从下漏液口(12)漏出，多孔柔性材料一方面对电镀液进行导流，另一方面将电镀笔下漏液口处停留的小气泡进行吸收，使其均匀扩散，防止电镀液及电流的断开；所述的参比电极(4)置于笔身本体(1)外的一端设置有电极接口(4a)，所述的电极接口(4a)用于与做智能沉积分析的计算机(7)连接；所述的上补液口(11)位于笔身本体(1)的顶部，相应地，密封盖(5)置于笔身本体(1)的正上方，所述的阳极材料(3)和参比电极(4)分别从密封盖(5)上穿过，所述的阳极材料(3)以及参比电极(4)均与密封盖(5)固定配合；电镀笔装置的具体使用方式包括以下几个步骤：
步骤一：配置电镀液(2)，导入电镀笔装置中，将密封盖(5)密封盖合在上补液口(11)上；
步骤二：将待沉积基板(82)表面抛光，用弱酸及弱碱分别对其表面进行清洗，再用酒精将其表面残留液体进行清洗，最后用氮气将其吹干；
步骤三：将供电设备(85)的正极连接阳极材料(3)，负极连接待沉积基板(82)，选择合适电压，保持电镀笔装置的下漏液口(12)液面与待沉积基板(82)表面相接触，手动控制电镀笔装置对待沉积基板(82)表面进行自由电沉积。
2.一种应用如权利要求1所述的电镀笔装置的智能电化学镀膜及3D打印装置，其特征是：还包括固定支架(81)、可加热二向移动平台(83)、平台升降器(84)以及供电设备(85)，所述的固定支架(81)包括相互连接的支撑部(81a)和固定部(81b)，电镀笔装置固定在固定部(81b)上，待沉积基板(82)置于可加热二向移动平台(83)上面，电沉积在待沉积基板(82)上进行，所述的可加热二向移动平台(83)置于平台升降器(84)上面，所述的可加热二向移动平台(83)能带动待沉积基板(82)X、Y双轴移动，平台升降器(84)能上升或下降可加热二向移动平台(83)和待沉积基板(82)，使待沉积基板(82)表面与电镀笔装置的下漏液口(12)接触或分离，所述的平台升降器(84)与固定支架(81)的支撑部(81a)底部固定连接，所述的供电设备(85)的正极连接电镀笔装置的阳极材料(3)，负极连接待沉积基板(82)。
3.根据权利要求2所述的智能电化学镀膜及3D打印装置，其特征是：所述的供电设备(85)为直流电源箱或电化学工作站。
4.根据权利要求2所述的智能电化学镀膜及3D打印装置，其特征是：所述的可加热二向移动平台(83)中部装有加热层，通过改变可加热二向移动平台的表面温度来对待沉积基板(82)加热，温度调节范围为0~100℃；所述的固定部(81b)内装有加热装置，所述的加热装置能对电镀笔装置加热，温度调节范围为0~100℃。
5.根据权利要求4所述的智能电化学镀膜及3D打印装置，其特征是：所述的加热层和加热装置均为电阻丝。
6.根据权利要求5所述的智能电化学镀膜及3D打印装置，其特征是：所述的支撑部(81a)为竖直支架，固定部(81b)为水平支架，所述的固定部(81b)的一端与支撑部(81a)的上部固定连接，另一端为自由端，用于夹住电镀笔装置。
7.如权利要求6所述的智能电化学镀膜及3D打印装置的使用方法，其特征是：包括以下几个步骤：
步骤一：配置电镀液(2)，导入电镀笔装置中，将密封盖(5)密封盖合在上补液口(11)上；
步骤二：将电镀笔装置固定在固定部(81b)上；
步骤三：将待沉积基板(82)表面抛光，用弱酸及弱碱分别对其表面进行清洗，再用酒精将其表面残留液体进行清洗，最后用氮气将其吹干；
步骤四：将供电设备(85)的正极连接阳极材料(3)，负极连接待沉积基板(82)，选择合适电压，通过计算机程序控制可加热二向移动平台(83)和平台升降器(84)加热、移动，使电镀笔的下漏液口(12)液面与待沉积基板(82)相接触，对待沉积基板(82)表面按照程序设定好的方式进行自由电沉积。
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