WC-12Co涂层的电解抛光工艺优化及抛光设备开发

摘要

再制造是新兴的机械门类，它通过激光熔覆、热喷涂、冷焊等先进的修复手段，对废旧机电产品进行升级改造。再制造获得的机电产品在性能上要优于新品，制造过程节能、节材，因此受到各国的广泛关注。WC-12Co热喷涂涂层广泛地应用于航空航天、冶金、机械等领域的修复加工，但是由于其硬度高、耐磨性高等特点，给单纯的机械加工带来了很大的困难，特别是复杂曲面的抛光。电解抛光加工不受材料硬度限制，不增加工件表面的残余应力，且加工精度可以满足使用要求。因此研究电解抛光在再制造加工中的应用对再制造的发展具有重要作用。
　　论文以压缩机叶轮转子材料FV520B为研究对象，通过热喷涂技术喷涂WC-12Co涂层进行修复，利用COMSOL仿真试验，研究了极间距、电压、电导率对电解抛光质量的影响规律，分析发现在凸起部位，电流密度较大，腐蚀速度较快，极间距是影响电流密度和腐蚀速度的最主要因素，且三项因素对于电流密度影响力的大小为:极间距＞电压＞电导率;对于腐蚀速度影响力的大小为:极间距＞电导率＞电压。
　　通过分析WC-12Co涂层在不同性质电解液中的极化曲线，并结合电解抛光的作用机理，得到了适合WC-12Co涂层的电解液配方，电解液配方为质量分数为5％的NaNO3溶液作为基液，加入少量的NaOH溶液，使PH值达到12-13左右，同时加入1g/L Na2H2PO4作为有机络合剂促进钴的溶解。
　　通过对电压、时间、极间距离三种工艺参数设计正交试验，得出三种工艺参数对表面粗糙度的影响力大小为:时间＞极间距离＞电压;对残余应力的影响力大小为:电压＞极间距离＞时间;对腐蚀速度的影响力大小为:极间距离＞抛光时间＞电压。结合对表面粗糙度的单因素试验分析，得到最适合WC-12Co涂层电解抛光的工艺参数为:电压=8V，极间距离=20mm，时间=115s。对抛光后的表面耐蚀性进行分析，发现电解抛光会提高涂层的耐蚀性能，分析抛光后的硬度变化，发现硬度降低幅度不超过10％。
　　基于机床的结构刚性、操作维护性、加工稳定性、经济性等多方面因素研制了电解加工的设备及其附件，设计并研制了球形阴极头和相应的夹具。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 再制造发展现状及意义

1．1．2 研究对象及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 碳化钨钴涂层

1．2．2 电解抛光

1．3 课题主要来源及主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

1．3．3 论文组织结构

第2章 WC-12Co涂层的制备方法及仿真设计分析

2．1 超音速热喷涂涂层的制备

2．1．1 材料和基材选择

2．1．2 超音速热喷涂实验设计

2．1．3 涂层的孔隙率及硬度

2．2 COMSOL仿真设计分析

2．2．1 仿真设计

2．2．2 仿真结果分析

2．3 本章小结

第3章 WC-12Co涂层的电解抛光工艺研究

3．1 电解液的选择

3．1．1 极化曲线分析

3．1．2 电解液理论分析

3．2 抛光后的表面粗糙度分析

3．3 残余应力分析

3．3．1 X射线残余应力测试方法

3．3．2 测量设备及结果分析

3．4 抛光后腐蚀速度分析

3．5 抛光后耐蚀性分析

3．6 抛光后硬度分析

3．7 本章小结

第4章 电解抛光试验设备的设计及开发

4．1 技术背景

4．2 机床结构设计

4．2．1 机床主体结构

4．2．2 电解液循环系统

4．2．3 电解加工电源

4．2．4 电解控制系统

4．2．5 球形阴极头及夹具设计

4．3 电解抛光工艺参数验证

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表学术论文、参与科研项目情况

致谢