玻璃纤维柔性电极的制备方法及应用

1.本发明涉及一种玻璃纤维柔性电极的制备方法及应用，属于电解加工技术领域。


背景技术：

2.电解加工是基于阳极溶解原理去除材料的工艺方法，由于其具有不受材料力学性能的影响，不会产生宏观应力，无工具损耗，材料去除率高等优点，电解加工在航空航天、汽车、兵器等领域被广泛应用。
3.在专利“一种整体叶盘一体化电解加工的方法及电解工具”（申请号201911225268 .4申请人合肥工业大学，发明人张聚臣李兴林陈远龙张斌）中，提出一种曲面阴极多轴联动实现复杂型面整体叶盘叶盆、叶背和轮毂一体化电解加工工具，获得具有复杂扭曲形状的整体叶盘工件。
4.在专利“可直线与旋转复合进给的整体叶盘电解加工工具及方法”（申请号201410013249.6 申请人南京航空航天大学，发明人徐正扬张聚臣刘嘉朱栋朱荻）中，提出成型阴极在径向进给加工过程中复合旋转运动，可提高工艺适用性，加工型面扭曲复杂的叶栅通道，提升叶栅通道加工精度与水平。
5.在专利“一种整体叶盘电解开槽加工环形电极及工艺方法”（申请号201210367002.5申请人沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，发明人朱海南杨涧石于冰李伟）中，通过套料电解加工的方式，实现整体叶盘宽弦、大扭角叶型通道开槽的高效加工。
6.在专利“一种射孔枪内盲孔加工装置及方法”（申请号202010103619 .0申请人东北石油大学，发明人夏法锋马春阳国雪李强葛长虎赵旭东赵丹琼）中，避免了现有加工方式中需要动力传输产生的转动不稳定的问题，应用电解加工，实现射孔枪内盲孔的加工。
7.在专利“一种股骨柄假体电解加工阴极及股骨柄假体电解加工装置”（申请号202110615909 .8申请人广东工业大学，发明人陈晓磊胥中正张永俊于兆勤）中，提出可以一次完成电解加工中股骨柄假体轮廓的切割和复杂外型面的电解成型的工具阴极。
8.电解加工属于拷贝式加工，所以常需设计成形阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成形。阴极材料往往为导电性能良好的金属，形状也较为复杂，所以电极的加工较为困难，同时加工成本与损坏后电极的修整成本过高，加工柔性较差。
9.纤维增强复合材料是由增强材料和基体材料按照一定比例混合并经过拉挤成型固化工艺复合形成的高性能新型材料，在航空航天、船舶、汽车、医学等领域得到广泛的应用。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，通常作为复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料等，广泛应用于国民经济的各个领域。
10.在专利“低介电玻璃纤维及制备方法、玻璃纤维制品、复合材料及应用”（申请号202011455551 .9申请人南京玻璃纤维研究设计院有限公司，发明人郭仁贤黄三喜黄松林祖群）中，现代电子设备通常使用玻璃纤维增强的印刷电路板，为满足高性能、高集成电子电路领域的使用要求，提出一种机械强度高，介电性能好且熔制工艺更简便等综合性能优
异的低介电玻璃。
11.在专利“纳米纤维素玻璃纤维复合过滤材料及其制备方法和应用”（申请号202010347558 .2申请人南京玻璃纤维研究设计院有限公司，发明人石玉强李建杨超吴耀春钱慧姚嘉兰）中，通过将植物纤维制成的纳米纤维素溶液，以涂布的方式与玻璃纤维基材复合，得到的过滤材料具有高精度，高透气度，低阻力，高寿命等优点，特别适用于空气、水等过滤领域。
12.在专利“一种高性能的耐碱玻璃纤维”（申请号201310329338 .7申请人泰山玻璃纤维有限公司，发明人唐志尧刘洪刚张德刚杨浩李永艳寿业菲王加芳吴钦霞柳丽娜）中，提出一种既能满足已有的耐碱玻纤应用在高性能增强水泥建筑领域外，又能满足增强热固性树脂材料领域的耐碱玻璃纤维。
13.在专利“一种无碱超细玻璃纤维配方”（申请号202010002593 .0申请人泰山玻璃纤维邹城有限公司，发明人孙云栋李伟李永艳牛浩丁聪刘彩华刘永涛）中，提出一种对环境影响较小、综合性能比传统无碱玻璃纤维有所提高的玻璃纤维配方。
14.在专利“一种基于玻璃纤维板的紧凑型模块化脉冲形成线”（申请号201210146866.4申请人中国工程物理研究院应用电子学研究所，发明人金晓宋法伦秦风甘延青龚海涛）中，为实现脉冲功率技术的小型化及实用化发展，，提供了一种基于玻璃纤维板的紧凑型模块化脉冲形成线，获得工作电压高、结构紧凑的模块化脉冲形成线。
15.虽然玻璃纤维具有良好的弹性等力学性能与加工柔性，但玻璃纤维属于绝缘材料，要想将玻璃纤维电极应用于电解加工，需对玻璃纤维电极进行导电处理。电镀是利用电解原理，以镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层，增加工件硬度、防止磨耗、提高导电性的一种加工工艺。目前，电镀工艺非常成熟，可以在金属或非金属材料上进行电镀。
16.在专利“一种金属表面超疏水性铝镀层制备方法”（申请号201210483659.8申请人四川材料与工艺研究所，发明人帅茂兵陈志磊陈丕恒陈林蒋春丽郎定木）中，为制备出耐水腐蚀性能良好的金属表面防护层，提供了一种金属表面超疏水性铝镀层制备方法，该方法具有工件基体温度低、处理过程简单、设备成本低、重复性好等优点。
17.在专利“一种铝合金表面局部软钎料镀层制备方法”（申请号201510434535 .4申请人哈尔滨工业大学深圳研究生院，发明人李明雨杨海峰杨世华苗峻）中，为改善铝合金构件的可焊性，弥补铝及其合金表面软钎料润湿镀层制备难的不足，提出了一种铝合金表面局部软钎料镀层制备方法。
18.在专利“基于双脉冲电沉积的石墨烯/镍基复合镀层制备工艺”（申请号201510170745.7申请人南京理工大学，发明人陈娟娟李建亮熊党生何勇季钰涓张永康）中，提出了一种复合镀层制备工艺，复合镀层硬度较基体和纯ni镀层有较大幅度提高，而且减摩耐磨性能优异，可满足碳钢在不同工况条件下对摩擦磨损的性能要求，可应用于航空航天、机械、汽车等领域。
19.在专利“电工合金零部件表面银合金镀层及其制备方法、电工合金零部件”（申请号201710889800.7申请人南京工业大学陕西斯瑞新材料股份有限公司，发明人李洪涛蒋百铃张新宇杨平王文斌）中，提出一种银合金镀层制备方法，获得的银合金镀层具有更好的结合强度、更高的表面光洁度、更优的镀层致密度等优点，可满足高、低压电器行业用电工合
金零部件表面镀银之要求。
20.复杂型面零件的电解加工，往往需要复杂型面的阴极设计，阴极加工及损坏后成本过高，如果可以简化阴极设计，选择好阴极材料及处理工艺，提高阴极重复使用率，将会大大降低加工成本。因此，本发明提出一种玻璃纤维柔性电极的制备方法及应用。


技术实现要素：

21.发明目的：本发明的目的在于提高电解加工阴极的使用率，降低加工成本，为通过简单结构的柔性电极实现复杂型面的电解加工，提供一种玻璃纤维柔性电极的制备方法及应用。
22.技术方案：一种玻璃纤维柔性电极的制备方法，其特征在于包括以下过程：步骤1、采用在施加载荷时弯曲变形，移除载荷后变形回复的玻璃纤维管作为柔性电极材料；步骤2、根据加工零件的数学模型型面线，获得电极的初始形状；步骤3、在电极表面喷涂以基体树脂与导电粒子为主要材料的导电漆，进行初步导电处理；步骤4、待其干燥后，对电极进行电镀处理，最终获得具有玻璃纤维高弹性，同时导电性能良好的柔性电极。
23.上述步骤3中的初步导电处理包括以下过程：在柔性电极材料表面喷涂以基体树脂与导电粒子为主要材料的导电漆，通过基体树脂的粘结作用将导电粒子结合在一起，从而实现导电通路，实现柔性电极的导电连接，在柔性电极表面均匀喷涂导电漆后，进行干燥处理，从而完成柔性电极初步导电处理。
24.上述步骤4中的电镀处理包括以下过程：将喷涂导电漆后的柔性电极作为阴极放入含金属盐溶液的电镀液中，金属板作为阳极，实现在柔性电极表面沉积金属镀层，增强其耐磨性与导电性，完成柔性电极二次导电处理。
25.利用上述制备方法制备的柔性电极应用于复杂型面零件电解加工，其特征在于包括以下过程：在加工复杂型面零件时，柔性电极侧壁作为加工面沿工件表面进行扫掠式电解加工；在加工过程中，根据工件型面的曲率变化特点，通过施加不同的载荷，使得柔性电极在进给的同时发生动态变形，其变形后的形状近似于工件型面线的数学模型，从而使得加工出的工件型面接近理想型面；加工完成后，移除载荷，柔性电极变形回复，下一次加工可继续使用。
26.上述柔性电极材料的选择在于，由于柔性电极应用在复杂型面零件的电解加工中，所以其在加工过程中需承受载荷，弯曲变形，当加工完成移除载荷后，变形回复；金属材料制成的电极在受力弯曲后，其变形回复量有限，电极重复使用率不高，因此柔性电极材料选择拉伸强度高、弹性系数高、刚性佳、化学稳定性好的玻璃纤维，具体为应用最广泛、具有良好机械性能的无碱e玻璃纤维。
27.有益效果：
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点。
28.（1）提供了一种玻璃纤维柔性电极的制备方法。采用弹性好、变形可回复的玻璃纤维管作为电极材料，根据加工零件的数学模型型面线，获得电极的初始形状；在电极表面喷涂导电漆，进行初步导电处理；待其干燥后，对电极进行电镀处理，最终获得具有玻璃纤维高弹性，同时导电性能良好的柔性电极。
29.（2）柔性电极制备简单，可重复使用，适用范围广。选择应用最广泛的无碱e玻璃纤维作为电极材料，喷涂导电漆与电镀金属涂层均为成熟工艺，电极制备工序简单，制备成本低；加工后的电极具有良好的弹性，能够实现变形回复，可以用于多次加工；同时柔性电极初始形状可根据加工对象进行调整，适用范围广。
30.（3）拓宽了电解加工阴极材料选择范围，降低了电极的加工成本。以往的电解加工阴极材料往往为导电性能良好的金属电极，电极加工及损坏后修整成本过高，同时加工柔性较差；采用玻璃纤维等常见的非金属材料，加工成本大大降低，电极损坏后也容易更换。
附图说明
31.图1为柔性电极制备方法工序；图2为柔性电极初始形状的确定示意图；图3为柔性电极二次导电处理电镀示意图；图中标号名称：1、加工工件，2、柔性电极。
具体实施方式
32.下面结合附图以变截面叶片电解加工为例对本发明的具体实施过程做详细介绍。
33.如图1所示，实施本发明“一种玻璃纤维柔性电极的制备方法及应用”的工序主要有四步，首先选择电极材料为施加载荷弯曲变形，移除载荷变形回复的高弹性玻璃纤维；其次，如图2所示，根据加工零件的数学模型型面线确定电极的初始形状；随后，对电极均匀喷涂导电漆进行一次导电处理，待导电漆干燥后，进行如图3所示的电镀工艺，以电镀铜为例，电极作为阴极，在其表面沉积铜镀层，增强其导电性与耐磨性，最终得到具有玻璃纤维高弹性，同时导电性能良好的柔性电极。
34.采用本发明制备应用于复杂型面零件电解加工的玻璃纤维柔性电极需要以下八个步骤。
35.步骤一：柔性电极材料选择拉伸强度高、弹性系数高、刚性佳、化学稳定性好的玻璃纤维，具体为应用最广泛、具有良好机械性能的无碱e玻璃纤维；步骤二：根据加工零件的数学模型型面线，获得柔性电极的初始形状，柔性电极结构为管电极；步骤三：在柔性电极表面喷涂以基体树脂与导电粒子为主要材料的导电漆，多次喷涂，使导电漆均匀覆盖在电极表面，通过基体树脂的粘结作用将导电粒子结合在一起，从而实现导电通路，实现柔性电极的导电连接，完成一次导电处理；步骤四：对喷涂好导电漆的柔性电极进行干燥处理；步骤五：对柔性电极进行电镀前处理；步骤六：将柔性电极与待镀金属棒放入电镀槽中，柔性电极接电源负极，待镀金属
棒接电源正极；步骤七：接通电源，对柔性电极进行电镀，使其表面沉积金属镀层；步骤八：电镀结束后，对柔性电极进行电镀后处理，最终获得既具有玻璃纤维高弹性，又具有良好导电性与耐磨性的柔性电极。