第十三届全国青年表面工程学术会议

71 / 2021-03-30 09:18:49

电化学增材制造金属镀层及其制件

电化学增材制造；金属增材制造；电化学沉积；铜；镍

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金属的增材制造技术（additive manufacturing，AM）是一种采用材料逐渐累加堆积成具有一定结构和功能的实体零件或原型的先进制造技术，通常通过对金属粉末进行烧结的方法来制造金属制件，而电化学沉积增材制造技术（electrochemicaldeposition-additive manufacturing，ECAM）采用电化学沉积原理，通过将溶液中的金属离子电化学还原到导电基材上而产生金属结构，是一种低成本的、相对较新的增材制造技术。本文采用电化学增材制造技术制备铜、镍镀层及其立体结构，实现低成本金属制造新方法，可延伸至难熔金属材料的成型制备，可为材料成形提供一种可行方案。本文通过设计一种基于注射器的新型打印头来控制电解质流动、温度，并在经过改装的桌面级3D打印机上用不同的电压沉积打印Ni涂层，在电化学工作站上对其进行电化学腐蚀来研究不同电压下的涂层相关性能。此外，还打印了不同形状的Cu制件，分析电压对金属晶体生长的影响。实验发现：晶体呈树枝状生长，电压越大，晶粒越粗大，树枝状越明显，在3V时金属组织较为致密，其结构性能更为良好。用COMSOL仿真软件模拟了沉积打印时的电场分布情况，分析了电场分布对沉积过程的影响。模拟发现：电场分布从喷嘴中心沿水平方向递减，中心处电场分布最为密集，且金属沉积优先发生在电场密度高的地区。本文所研究分析的不同工艺参数对Cu、Ni材料沉积打印的影响，为其它金属材料电化学增材制造提供了研究和参考。