超声波辅助脉冲电镀Ni-Al2O3复合材料制备EDM电极试验研究

摘要

电火花加工是靠工件与工具电极之间不断地脉冲性火花放电，产生局部瞬时高温，逐步把金属材料蚀除掉[1]。电火花加工中工件和工具电极均受到带电离子和电蚀产物的撞击以及高温熔化作用，两者都有损耗。当电火花加工诸如复杂结构型腔和深径比较大的孔时，工具电极损耗尤其严重。随着电火花电极加工深度的增加，将会出现加工速度逐渐降低，材料去除率减小，严重者甚至出现加工无法继续进行的情况，最终不能得到良好的加工精度。因此如何提高电火花电极材料的抗电蚀性已成为延长电火花电极使用寿命、提高工件成型精度及重复精度的关键所在。
　　为了探寻提高电火花电极材料抗电蚀性的工艺和方法，本文利用复合电镀工艺将Al2O3微粒和Ni电镀到电火花紫铜电极外表面，形成一层复合镀层，分析了颗粒添加量、平均电流密度、电镀液温度、脉冲占空比、超声波功率对复合镀层Al2O3颗粒含量和显微硬度的影响，并检测了复合镀层的耐腐蚀性和表面粗糙度，通过EDM加工孔试验着重对比研究了纯铜电极、镀镍电极、Ni-Al2O3复合电极的抗电蚀性。这种铜基镀Ni–Al2O3复合电极加工出来的小孔，表面粗糙度和锥度相应减小，而且电极损耗相比铜电极明显降低。本论文的研究内容和结论如下：
　　1.确定了电镀基液的配方，将复合电镀层中Al2O3含量设为测定指标，利用正交试验法制定了超声波辅助脉冲复合电镀工艺方案，对复合镀层中Al2O3颗粒共沉积量影响较大的Al2O3颗粒添加量、电镀液温度、阴极电流密度、占空比、超声波功率等工艺参数进行了正交分组试验，初步获得了制备Ni-Al2O3复合材料较优的工艺参数，对比各工艺参数对复合电镀层中Al2O3颗粒含量的影响显著性序列为：超声波功率>阴极电流密度>电镀液中Al2O3颗粒添加量>占空比>电镀液温度。分析了正交试验组中各复合镀层的性能，包括表面粗糙度、镀层显微硬度和镀层耐腐蚀性三个方面。
　　2.以影响复合电极抗电蚀性的主要因素（复合镀层中Al2O3含量、复合镀层的显微硬度）作为指标。通过单因素试验优化确定了超声-脉冲电镀制备Ni-Al2O3复合电极的最佳工艺参数：电镀液中Al2O3添加量30 g/L，电镀液温度50℃，阴极平均电流密度3 A/dm2，占空比0.3，超声波功率40W。
　　3.将8种不同工艺参数下制备的电极与纯铜电极进行EDM加工孔对比试验，着重对比研究了纯铜电极、镀镍电极、Ni-Al2O3复合电极的抗电蚀性强弱以及加工孔的锥度大小。试验结果表明：超声脉冲电镀Ni-Al2O3复合电极抗电蚀性最好，加工孔的锥度最小。

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第一章 绪论

1.1 复合电沉积技术

1.2 电火花工具电极的研究

1.3 本论文主要研究内容

1.4 试验方案可行性分析

第二章 电镀Ni-Al2O3复合镀层试验研究方法

2.1 Ni-Al2O3复合镀层制备的试验准备

2.2 组织结构特征和性能测试

2.3 本章小结

第三章 正交试验法制备Ni-Al2O3复合材料及其性能

3.1 正交试验设计

3.2 正交试验的结果及分析

3.3 复合镀层的性能

3.4 本章小结

第四章 复合电镀工艺参数的优化

4.1 单因素试验的设计

4.2 各工艺参数对复合镀层的影响

4.3 本章小结

第五章 复合电极电火花加工试验研究

5.1 电火花电极加工试验

5.2 电火花加工试验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢