超声波辅助脉冲电铸铜—氧化锆复合材料制备EDM电极试验研究

摘要

基于电沉积的复合电铸在当今的制造领域内得到快速的发展与应用，其特点是很高的复制精度和重复精度。复合电铸是指在单金属电铸铸液中加入一种或几种悬浮纳米颗粒或纤维，使金属离子与其共沉积，获得相对较强的物理性能或化学性能的金属基质。纳米颗粒能够细化晶粒，使复合铸层组织均匀、细致，促使沉积层硬度提高，耐腐蚀性和耐磨性增强。
　　 本论文在超声波作用下脉冲电铸制备Cu-ZrO2纳米复合沉积层，作为电火花电极。研究ZrO2纳米颗粒沉积量的影响因子，包括超声波功率、电流密度、脉冲频率、脉冲占空比，并观察了铸层的表面形貌与微观结构，测试了硬度性能、耐腐蚀性能、耐磨损性能，分析了其改善性能的机理。本论文的研究内容和结论如下:
　　 1.在确定基础铸液的基础上，通过正交试验方法测试各个试样表面粗糙度、金属晶粒的大小与致密程度及铸层中的氧化锆含量，优化了复合电铸试验的工艺参数，确定复合电铸制备电火花电极的最佳工艺参数为:ZrO2纳米颗粒悬浮量40g/L，阴极电流密度10A/dm2，脉冲电铸时脉冲频率为1500Hz，占空比0.3，超声波功率50W，铸液温度为45℃。
　　 2.通过对铜铸层中氧化锆不同含量的试样进行测试，确定各影响因子对铸层中氧化锆含量的影响，进而分析电铸层微观形貌、表层硬度、表面粗糙度、耐腐蚀性的影响机理，制备出金属基质细密的复合铸层。晶粒细致、均匀的铸层组织能够提高硬度和耐腐蚀性，以此保证了制取的电火花电极性能优良。
　　 3.将所制取的试样在较高电极损耗规准下进行EDM试验加工，比较试样电极质量的相对损耗，进一步分析电铸工艺参数对氧化锆纳米颗粒共沉积量对铸层性能的影响，并得出在最佳工艺参数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电铸加工原理与特点及发展应用

1．1．1 电铸技术的基本介绍

1．1．2 电铸技术的应用及发展状况

1．2 复合电沉积的研究

1．2．1 脉冲电流在复合沉积中的应用

1．2．2 超声波在复合电沉积中的应用

1．3 电火花加工技术的特点及应用

1．4 本论文的研究意义及主要内容

1．4．1 研究意义及主要内容

1．4．2 研究技术路线

1．5 本文的创新之处

第二章 电铸加工机理及电火花加工电极损耗理论

2．1 复合电沉积模型

2．2 电极／溶液两相界面双电层理论

2．3 直流／脉冲电流与扩散层

2．3．1 直流电流与扩散层

2．3．2 脉冲电流与扩散层

2．4 电结晶过程

2．5 电铸沉积定量计算

2．5．1 法拉第定律

2．5．2 电流效率和实际电铸沉积量

2．6 电火花加工电极损耗

2．6．1 电火花加工原理

2．6．2 影响放电蚀除量的因素

2．6．3 电极损耗及定量评价

2．7 本章小结

第三章 复合试验与分析方法

3．1 试验装置

3．2 试验原材料及电铸液的组成

3．2．1 试验材料及处理

3．2．2 基础铸液的组成及配置

3．2．3 复合电铸工艺流程及条件

3．3 纳米复合沉积层的分析与测试方法

3．3．1 复合铸层表面形貌及微观结构分析

3．3．2 表层显微硬度测试

3．3．3 耐腐蚀性能测试

3．3．4 复合沉积层的成分分析

3．3．5 复合沉积层抗电蚀性能测试

3．4 本章小结

第四章 纳米颗粒复合铸层的电铸工艺

4．1 铸液中ZrO2纳米颗粒悬浮量的影响

4．2 脉冲工艺参数对复合铸层中ZrO2含量的影响

4．3 超声波对复合铸层中ZrO2含量的影响

4．4 正交试验法优化工艺参数

4．4．1 正交试验设计

4．4．2 正交试验结果与分析

4．5 复合铸层表面SEM分析

4．5．1 电铸方式对微观形貌和晶粒的影响

4．5．2 超声对复合铸层微观形貌和晶粒的影响

4．5．3 脉冲电流对复合铸层微观形态和晶粒的影响

4．6 本章小结

第五章 复合纳米颗粒铸层性能及电火花试验

5．1 复合铸层表面粗糙度

5．2 复合铸层表层硬度

5．3 复合铸层耐腐蚀性

5．4 电火花加工试验

5．4．1 电规准的选择

5．4．2 电极质量的相对损耗

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢