金属材料模拟冷轧辊表面毛化工艺研究及其机理

摘要

目前我国沿用传统的冷轧辊毛化工艺毛化后的冷轧辊的耐磨性能差，需要频繁换辊，增加了生产成本，影响了质量。Topocrom镀铬毛化工艺是近年来研发的冷轧辊毛化技术，该工艺是通过对电沉积铬毛化工艺脉冲参数的改进，得到的试样表面具有一定的粗糙度。本论文以无间隙原子钢（IF钢）为基材，通过设计方波脉冲、双向脉冲波形，模拟冷轧辊表面电沉积铬毛化工艺，研究不同脉冲波形下的各个工艺因素对毛化效果的影响，从而提高镀层的性能。
　　研究方波波形及其工艺参数（占空比、峰值电流密度、电镀时间、频率）对镀铬层表面形貌的影响，结果表明，能够得到具有一定粗糙度且结晶状态为半球状凸起的镀铬层，实现了金属表面的毛化，并且硬度较高，基体与沉积层的结合力较好。沉积层表面粗糙度Ra在2.42～4.36μm之间，峰值密度Pc在34.2～59.3pks/cm之间，且粗糙度与峰值密度相关性较强;当峰值电流密度为100 A·dm-2，占空比为80％，频率为30 Hz，总沉积时间为60 min时，沉积层表面粗糙度达到最大值4.36μm，峰值密度也达到了最大值59.3 pks/cm。
　　研究双脉冲波形及其工艺参数（占空比、峰值电流密度、电镀时间、频率）对镀铬层表面形貌的影响，利用正交实验，优化重组双脉冲波形各工艺参数，提高沉积层质量;结果表明，优化重组后试样表面均得到了较好的毛化效果。当正脉冲电流Ia为300 A·dm-2，负脉冲电流Ib为40 A·dm-2，正脉冲保持时间TF为120 ms，负脉冲保持时间TR为12 ms，总电镀时间t为90 min时，试样表面粗糙度Ra及峰值密度Pc均有较大值即粗糙度Ra为:3.59μm，峰值密度为:83.5pks/cm。所有试样沉积层的硬度值均在1000 HV以上，耐磨性较好。
　　方波波形与双脉冲波形相比较，方波波形能得到更明显的铬瘤等半球状凸起，粗糙度相对较高，双脉冲波形工艺参数优化重组后，峰值密度较方波波形要高，且由于镀层更加致密，硬度均在1000 HV以上。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 镀铬简介

1．1．1 镀铬的特点及其应用

1．1．2 镀铬的分类及其特点

1．2 轧辊毛化的工艺及应用

1．2．1 轧辊毛化工艺

1．2．2 轧辊毛化的应用

1．3 脉冲电沉积工艺简介

1．3．1 脉冲电沉积的发展

1．3．2 脉冲电沉积的波形

1．3．3 脉冲电沉积的优越性及适用性

1．3．4 脉冲电沉积的应用

1．4 脉冲电沉积铬

1．4．1 脉冲电沉积铬的特点

1．4．2 脉冲电镀在国内的应用状况

1．5 本论文的研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第2章 实验及研究方法

2．1 研究材料

2．2 工艺规范及仪器药品

2．2．1 镀镍电解液的工艺规范

2．2．2 镀铬电解液的工艺规范

2．2．3 实验设备

2．2．4 实验试剂

2．3 实验工艺流程及施镀方法

2．3．1 实验工艺流程

2．3．2 施镀方法

2．4 实验方法与原理

2．4．1 实验原理

2．4．2 实验方法

2．5 镀层性能检测方法

2．5．1 沉积层表面形貌表征

2．5．2 沉积层表面形貌参数测试

2．5．3 沉积层硬度检测

2．5．4 沉积层耐磨性检测

2．5．5 沉积层结合力检测

2．5．6 沉积层剖面观察

2．5．7 沉积层物相分析

第3章 轧辊方波脉冲毛化工艺

3．1 不同占空比对镀层性能的影响

3．1．1 占空比对沉积层表面形貌的影响

3．1．2 占空比对沉积层粗糙度的影响

3．1．3 占空比对沉积层峰值密度的影响

3．1．4 占空比对沉积层硬度的影响

3．1．5 占空比对耐磨性的影响

3．2 峰值电流密度对镀层性能的影响

3．2．1 峰值电流密度对沉积层表面形貌的影响

3．2．2 峰值电流密度对沉积层粗糙度的影响

3．2．3 峰值电流密度对沉积层峰值密度的影响

3．2．4 峰值电流密度对沉积层硬度的影响

3．2．5 峰值电流密度对耐磨性的影响

3．3 电镀时间对镀层性能的影响

3．3．1 电镀时间对沉积层表面形貌的影响

3．3．2 电镀时间对沉积层粗糙度的影响

3．3．3 电镀时间对沉积层峰值密度的影响

3．3．4 电镀时间对沉积层硬度的影响

3．3．5 电镀时间对耐磨性的影响

3．4 频率对镀层性能的影响

3．4．1 频率对沉积层表面形貌的影响

3．4．2 频率对沉积层粗糙度的影响

3．4．3 频率对沉积层峰值密度的影响

3．4．4 频率对沉积层硬度的影响

3．4．5 频率对耐磨性的影响

3．5 本章小结

第4章 轧辊双脉冲毛化工艺

4．1 工艺参数拟定

4．1．1 电沉积层表面形貌

4．1．2 沉积层表面形貌参数表征

4．2 正交实验设计及结果分析

4．2．1 正交实验设计

4．2．2 正交实验结果

4．2．3 极差分析

4．3 工艺参数优化重组

4．3．1 沉积层表面形貌分析

4．3．2 沉积层粗糙度及峰值密度分析

4．3．3 沉积层硬度分析

4．3．4 沉积层耐磨性分析

4．3．5 沉积层结合力分析

4．3．6 沉积层截面分析

4．3．7 沉积层物相分析

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢