超声辅助电铸Cu/TiB2电火花复合电极的研究

摘要

电铸是利用电场作用使电解质溶液中主盐的金属离子还原沉积成型的方法。用电铸方法制备复杂三维曲面或精细花纹型面具有一定的优势，且重复精度高、复制性好。电火花成型加工是利用工具电极与工件之间火花放电形成的高温、高压将工件材料蚀除的方法，工具电极的损耗成为影响电火花加工性能的主要因素。用电铸方法制备电火花加工用工具电极具有极高的成型精度，可通过调节电铸工艺满足不同的性能要求。本文用电铸成型加工方法制备电火花成型加工用工具电极，分别针对电铸效率及电火花工具电极损耗两大问题采用超声波辅助复合电铸工艺方法，提高工具电极材料的性能及电铸效率。同时，在电铸溶液中加入陶瓷颗粒二硼化钛（TiB2）制备颗粒增强铜基复合材料，提高工具电极的电加工性能。主要研究内容及结论如下：
　　(1)电铸加工工艺参数优化，研究 TiB2颗粒对电铸 Cu基体的影响。以电铸层表面微观组织形貌、硬度及耐腐蚀性等指标通过正交试验的分析结果得出电铸电流密度、溶液温度、TiB2添加量和TiB2粒径四个因素的最优电铸组合工艺参数。对最优工艺下电铸单质 Cu和电铸 Cu/TiB2两种材料的性能进行分析测试，研究颗粒增强相 TiB2对Cu基体的影响。结果表明 TiB2在Cu基体中分布均匀，无大量团聚现象；TiB2颗粒的加入对Cu基体组织有显著的细化效果，Cu/TiB2复合材料比电铸单质 Cu表面细密，晶粒平均直径小，而且比电铸单质Cu的硬度高，耐腐蚀性好。
　　(2)超声辅助电铸加工，研究超声作用对电铸材料性能的影响。基于四种超声功率电铸 Cu/TiB2，得出超声功率为100W时，电铸Cu/TiB2复合材料的表面更平整，晶粒平均直径最小，硬度高，耐腐蚀性最好；分别用电铸单质 Cu、超声电铸单质Cu、电铸Cu/TiB2、超声电铸Cu/TiB2四种工艺制备电铸材料，研究超声对电铸效率的影响。结果表明，超声电铸Cu/TiB2的电沉积速率最高，超声电铸Cu的电流效率最高。利用超声辅助电铸加工可通过超声振动传递到电铸溶液中，加强其传质作用来改善电铸沉积条件、减少电铸缺陷。超声辅助电铸颗粒增强型复合材料的晶粒细小均匀、电沉积速率及电流效率高的原因是超声振动作用于电铸溶液中的颗粒，改善颗粒的分散性，加强颗粒的强化作用。
　　(3)复合工具电极的电火花加工，研究工具电极的电加工性能。分别用电铸单质 Cu、超声电铸单质 Cu、电铸 Cu/TiB2、超声电铸 Cu/TiB2、纯铜棒五种工具电极加工脆硬材料钕铁硼工件，以工件材料去除率、电极相对损耗率、工件表面粗糙度等指标衡量工具电极的抗电蚀性能。结果表明，超声辅助电铸工艺制备的Cu/TiB2复合材料工具电极的电加工性能最优，原因是超声细化晶粒及TiB2颗粒对Cu基体强化的综合作用。

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第一章 绪论

1.1课题来源及意义

1.2电火花加工的原理、特点及应用

1.3电铸加工的原理、特点及应用

1.4 电火花加工用工具电极的制备技术、研究进展及发展趋势

1.5主要研究内容

第二章 电火花成型加工及电铸加工理论基础

2.1 EDM工具电极损耗

2.2 电铸加工沉积理论及定量计算

2.3超声改善电铸均匀性机理研究

2.4本章小结

第三章 电铸加工的工艺研究

3.1电铸加工试验

3.2试样性能表征

3.3 正交试验优化电铸加工工艺参数

3.4 电铸电流密度对TiB2颗粒含量的影响

3.5 铸液中TiB2有效含量对铸层中TiB2颗粒含量的影响

3.6 TiB2颗粒对铸层性能影响

3.7 本章小结

第四章 超声辅助电铸加工

4.1 超声辅助电铸加工机理

4.2 超声辅助电铸复合加工工艺参数

4.3 超声功率对电铸加工铸层性能的影响

4.4 超声作用对电铸加工的电沉积速率及电流效率的影响

4.5 本章小结

第五章 Cu/TiB2工具电极的电火花加工性能

5.1 电火花加工试验

5.2 电加工试验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文