本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)成型加工的復(fù)雜電極制備方法。

背景技術(shù)：

電化學(xué)加工是一種以電解原理為基礎(chǔ)的加工技術(shù)。加工時(shí)，工具作為陰極和直流電源的負(fù)極連接，工件則作為陽(yáng)極和電源正極相連，在電解液中陰極和工件之間發(fā)生電荷交換，陽(yáng)極工件被溶解，這樣不用接觸工件便可對(duì)其進(jìn)行定點(diǎn)加工。電化學(xué)成型加工采用的工具電極為成型電極，在電解加工機(jī)床上，控制工具陰極型面和工件陽(yáng)極被加工面之間保持小間隙，隨著工具向工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，逐漸將工具的型面形狀復(fù)制到工件上。電解加工適合用于難加工材料及復(fù)雜形狀零件的加工，如模具型面、型腔等。電解加工屬于冷態(tài)加工，工具電極無損耗，不存在機(jī)械切削力，無毛刺，過渡圓滑，表面光潔度高。對(duì)工具電極來說，要求其具備較好的導(dǎo)電性能即可。

現(xiàn)有的電化學(xué)成型加工用的復(fù)雜電極制備方式以數(shù)控銑削加工為主，一方面存在傳統(tǒng)加工中的材料浪費(fèi)和成本較高的問題，另一方面銑削加工對(duì)一些微細(xì)結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)無能為力。隨著3d打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，直接利用金屬粉末將復(fù)雜電極打印出來成為了可能，青島建筑工程學(xué)院的王婉提出了用于電火花加工的復(fù)雜電極的快速制造方法，將選擇性激光燒結(jié)技術(shù)與電鑄技術(shù)相結(jié)合。但仍存在著被燒結(jié)材料均為金屬粉末，材料制備困難、設(shè)備要求高、成本高的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決現(xiàn)有電化學(xué)成型加工用復(fù)雜電極加工制造困難、成本高的問題，提供一種以非金屬材料為基體，結(jié)合3d打印技術(shù)和化學(xué)鍍技術(shù)的電化學(xué)成型加工用復(fù)雜電極的制備方法。

上述用于電化學(xué)成型加工的復(fù)雜電極制備方法按以下具體步驟制備：

(1)對(duì)復(fù)雜電極的三維cad模型進(jìn)行多孔化處理，即在該模型上沿著成型進(jìn)給方向開一系列通孔，根據(jù)模型尺寸的大小，孔徑最小為0.4mm，孔間距最小為1.5mm，以開孔后基本不影響模型的力學(xué)性能和形態(tài)為準(zhǔn)。多孔化處理的目的是增大后期的金屬化鍍層面積，使得鍍層能夠深入到電極內(nèi)部，增強(qiáng)電極承載電流的能力。

(2)對(duì)多孔化處理后的模型進(jìn)行3d打印，打印精度不低于0.1mm。所采用的3d打印方式可以為光固化、選擇性激光燒結(jié)、熔絲沉積等，所采用的材料可以為尼龍、pla、光敏樹脂或石塑、木塑復(fù)合材料等非金屬。

(3)對(duì)打印出來的模型進(jìn)行化學(xué)鍍處理，鍍層可以選擇為銅或者鎳材料，控制化學(xué)鍍層厚度為1微米以上。

(4)對(duì)化學(xué)鍍后的電極進(jìn)行電鍍處理，電鍍材料為銅，目的為增厚鍍層，提升電極的導(dǎo)電能力，控制電鍍層厚度為10微米以上。電鍍之后即可得到能滿足電化學(xué)成型加工大電流要求的復(fù)雜成型電極。

本發(fā)明用于電化學(xué)成型加工的復(fù)雜電極制備方法以非金屬為基體材料，價(jià)格低廉，易獲?。灰?d打印為成型手段，成型速度快，節(jié)約材料；以化學(xué)鍍和電鍍的方式使得成型件具備導(dǎo)電性能，并通過多孔化處理增強(qiáng)了其電流承載能力。所制備的復(fù)雜成型電極具備成型精度高、價(jià)格低廉、易于獲取、制造速度快等特點(diǎn)。電極在實(shí)際電化學(xué)加工中，電極上的多個(gè)小孔還增強(qiáng)了排液能力，提升了電化學(xué)加工的速度。

附圖說明

圖1為半球電極初始及多孔化后的模型示意圖

圖2為電極經(jīng)過化學(xué)鍍和電鍍進(jìn)行表面金屬化后的示意圖

具體實(shí)施方式：

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步舉例描述。

以一個(gè)半球狀的復(fù)雜電極制備為例，如圖1所示，可用于電化學(xué)加工時(shí)可加工出半球狀的凹坑。該電極的制備步驟為：

(1)建立半球狀電極的三維cad模型，該模型上部為夾持端，用于安裝在電化學(xué)加工機(jī)床上。隨后對(duì)該模型進(jìn)行多孔化處理，處理的方式為在成型面上沿著成型方向開若干小的通孔。該半球模型直徑為100mm，小孔直徑為2.5mm，共開有111個(gè)小孔，不影響電極的整體形態(tài)。

(2)對(duì)多孔化處理后的模型進(jìn)行3d打印，打印精度不低于0.1mm。所采用的3d打印方式可以為光固化、選擇性激光燒結(jié)、熔絲沉積等，所采用的材料可以為尼龍、pla、光敏樹脂或石塑、木塑復(fù)合材料等非金屬。本實(shí)施方式中采用了尼龍粉末材料，在選擇性激光燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行了電極的打印。所采用的工藝參數(shù)為預(yù)熱溫度70～85℃，激光功率為20w，激光直徑0.3mm，掃描速率為1800～2200mm/s，燒結(jié)間距為0.1mm，單層厚度為0.1mm，掃描方式為逐行掃描。

(3)對(duì)打印出來的模型進(jìn)行化學(xué)鍍處理，鍍層可以選擇為銅或者鎳材料，控制化學(xué)鍍層厚度為1微米以上。本實(shí)施方案為對(duì)成型件表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，具體過程為：①堿性除油，目的是使表面清潔，提高鍍層的結(jié)合力，配置(25g/l碳酸鈉+25g/l磷酸三鈉)溶液，60℃處理5min；②敏化，目的是使木塑成型件吸附一層還原性物質(zhì)sn2+，有利于下一步驟的氧化還原反應(yīng)，配制：10g/lsncl2+40ml/l濃鹽酸，室溫下處理10-15min；③活化，目的是使木塑成型件具有活性，誘發(fā)其化學(xué)鍍反應(yīng)，鍍銅活化劑的配置為0.5～5g/l硝酸銀+10～30ml/l氨水，室溫下處理5～10min；④化學(xué)鍍，鍍銅試劑配置為30～100g/l無水硫酸銅+15～35g/l酒石酸鉀鈉+20～60g/l+1～-5g/l亞鐵氰化鉀+適量的甲醛、氫氧化鈉，處理溫度為70℃。

(4)對(duì)化學(xué)鍍后的電極進(jìn)行電鍍處理，電鍍材料為銅，目的為增厚鍍層，提升電極的導(dǎo)電能力，控制電鍍層厚度為10微米以上。電鍍之后即可得到能滿足電化學(xué)成型加工大電流要求的復(fù)雜成型電極，圖2為電極經(jīng)過化學(xué)鍍和電鍍進(jìn)行表面金屬化后的示意圖。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)成型加工的復(fù)雜電極制備方法。本發(fā)明首先對(duì)所需復(fù)雜電極三維模型進(jìn)行多孔化處理，處理后不影響模型的整體形態(tài)，隨后以能用于3D打印的各種非金屬材料作為基體材料將模型加工出來，最后通過化學(xué)鍍和電鍍技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行金屬化處理進(jìn)而得到可用于電化學(xué)成型加工的復(fù)雜電極。這種電極制備方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于：電極制備快速、簡(jiǎn)便且價(jià)格低廉，電極的物理強(qiáng)度和化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，不易變形。用于電化學(xué)加工時(shí)由于多個(gè)小孔的存在有利于電解液的循環(huán)流動(dòng)。

技術(shù)研發(fā)人員：李健;郭艷玲;孫宇;于躍強(qiáng);張慧;莊煜;劉佳鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北林業(yè)大學(xué);李健;郭艷玲
技術(shù)研發(fā)日：2016.01.13
技術(shù)公布日：2017.07.21