[发明专利]光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法和装置

权利要求书

1.一种光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法，其特征在于：

电沉积系统的导电基板固定于沉积液槽中与纳秒脉冲电源负极相连接，作为电沉积的阴极基体；纳秒脉冲电源正极与激光加工头上的钛合金不溶性阳极相连；开启储液槽中的加热器和搅拌器，使溶液循环系统运行一段时间，让沉积液达到成分均匀、温度恒定的状态；开启循环泵将配置好的电沉积溶液由储液槽经过滤器后充入沉积液槽中；

由光纤激光器发出的纳秒脉冲激光通过光纤传导至三维机器人的激光加工头输入端，光纤所具有的弯曲柔性保证了激光加工头实现全方位的三维空间运动，激光加工头的输出端浸没在沉积液中，距离导电基板3~5mm，激光束从输出端发出后可聚焦在导电基板上的沉积区域；

电沉积脉冲电源开启，沉积液中的金属离子在纳秒脉冲电流作用下，在导电基板表面发生电化学还原反应；同时激光器发出与电沉积脉冲电流同步的纳秒脉冲激光辐照在沉积部位；脉冲电源和脉冲激光复合的纳秒脉动效应可避免电极表面的浓差极化，增强沉积反应的区域选择性，使沉积层组织致密，晶粒细化，并排出电沉积过程中的氢气泡，使电极反应速率显著提高，实现具有高选择性及加工精度的微区局部沉积；

控制三维激光机器人的加工头按照设计轨迹进行空间三维运动，从而实现光纤激光与电化学复合的纳秒脉冲微小器件沉积成形制造；

沉积过程中，调节进水阀和出水阀的大小使沉积液完全浸没沉积部位，其液面应超过钛合金阳极底面，沉积液的成分、浓度应根据所需要的沉积层材质合理选择。

2.根据权利要求1所述的一种光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法，其特征在于：选用在水中穿透能力好的紫外波长激光，光纤激光器输出的激光束能量为50~500mJ、脉冲宽度为10~100纳秒、重复频率为10kHz~1MHz，激光聚焦后的光斑尺寸为10~5μm，其中激光能量和脉冲宽度、重复频率可调节控制。

3.根据权利要求1和2所述的一种光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法，其特征在于：电沉积电源输出的纳秒脉冲电流，其脉冲宽度和重复频率与权利要求2中的纳秒脉冲激光同步，电压幅值为5~10V。

4.为实施权利要求1所述的一种光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积制造方法的装置，包括三维激光机器人、光纤激光器、传输光纤、激光加工头和电沉积制造系统，电沉积系统由沉积液槽、导电基板、电化学脉冲电源、储液槽、循环泵、过滤器、搅拌器、加热器、温度传感器等构成，其特征在于：三维激光机器人的加工头外部包裹绝缘外套，内部包括光纤内芯和光纤包层，光纤前端有玻璃挡板作为保护，还包括由钛合金制造的电沉积不溶性工具阳极。