电解质等离子抛光在高碳微合金钢上的应用研究

目的提高金属针布产品(高碳微合金钢)的表面质量,降低针布产品的表面粗糙度值,有效提升产品的使用效果。方法采用电解质等离子抛光工艺在针布产品上展开工艺研究,探索了不同电解质浓度(无机盐质量分数)、不同生产速度和不同电解质等离子抛光单元组数对针布表面粗糙度的影响。利用非接触式粗糙度扫描仪测试粗糙度Ra,以此对针布表面的抛光质量进行表征。结果采用电解质等离子抛光工艺可以实现钢铁材料的表面抛光,抛光后不仅有效地去除了针布表面的氧化皮,并且表面平整且达到镜面效果。最佳工艺参数(电解质无机盐质量分数2.75%,走线速度40 m/min,电解质等离子抛光单元4组)下,表面粗糙度Ra值达到了0.11μm。结论电解质等离子抛光工艺成功地应用于钢铁材料上,且实现了非接触式连续抛光工艺,既不损伤工件,又实现了表面的光亮平整,还具有环境友好、节能和生产效率高等特点。     

3D打印Ti-6Al-4V钛合金表面纳米孔洞制备技术

目的 通过3D打印技术制得钛合金,并构建出微米级多孔粗糙表面,再通过阳极氧化表面处理技术在微米级多孔粗糙表面构建出纳米级结构.方法 首先,通过高压水处理与酸蚀处理相结合的方法,对3D打印钛合金表面进行前处理,去除不良结合的球形粉末颗粒,降低3D打印钛合金表面的粗糙度及各向异性.然后,通过阳极氧化处理,在3D打印钛合金表面制备出具有纳米级孔洞的TiO2类骨膜层.结果 3D打印钛合金表面存在较大的各向异性,导致后续的电化学过程中电场放电不均匀,形成的TiO2类骨膜层稳定性差,而阳极氧化的前处理方法可有效解决这些问题.此外,纳米多孔结构抑制了阳极氧化处理中不稳定放电现象的发生,保证了膜层表面颜色的均匀性,且使膜层与钛或钛合金结合牢固,可在3D打印钛合金表面构建纳米级膜层结构.结论 该工艺方法制备的3D打印钛合金表面膜层的成膜速率和稳定性较好,膜层呈三维网状结构,大孔内附有小孔.该结构有利于细胞在其表面更好地粘附、分化和增殖,是理想的医用植入材料.     

单晶碳化硅的电磁场励磁大抛光模磁流变抛光

目的 研发一种高精高效单晶碳化硅表面抛光技术。方法 采用电磁场励磁的大抛光模磁流变抛光方法加工单晶碳化硅,利用自制的电磁铁励磁装置与磁流变抛光装置,进行单因素实验,研究电流强度、工作间隙和抛光时间等工艺参数对单晶碳化硅磁流变抛光加工性能的影响,并检测加工面粗糙度及其变化率来分析抛光效果。结果 在工作间隙1.4 mm、电流强度12 A的工艺参数下,加工面粗糙度值随着加工时间的增加而降低,抛光60 min后,加工面粗糙度值Ra达到0.9 nm,变化率达到98.3%。加工面粗糙度值随通电电流的增大而减小,随着工作间隙的增大而增大。在工作间隙为1.0 mm、通电电流为16 A、加工时间为40 min的优化参数下抛光单晶碳化硅,可获得表面粗糙度Ra为0.6 nm的超光滑表面。结论 应用电磁场励磁的大抛光模盘式磁流变抛光方法加工单晶碳化硅材料,能够获得亚纳米级表面粗糙度。     

磁流变抛光技术的工艺试验

本文研究了利用自行配制的水基磁流变抛光液和抛光样机,进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验,试验中所用工件为直径12mm的BK7玻璃零件,其初始表面粗糙度的均方根值为RMS1．41nm,经抛光后得到理想的表面粗糙度的均方根值为RMS0．61nm的玻璃工件,结果表明：随着磁流变抛光磁场强度的增加,抛光去除效率逐渐提高,但表面粗糙度的值随之降低;抛光盘转速的提高能促进抛光效率的提高,降低表面粗糙度值;抛光盘与工件间的间隙的减小有利于提高抛光效率但同时使表面粗糙度变差。     

纳米磨料硬度对超光滑表面抛光粗糙度的影响

通过均相沉淀法制备了纳米CeO2和Al2O3粉体,研究了在相同抛光条件下纳米CeO2、Al2O3和SiO2磨料对硅片的抛光效果,用原子力显微镜观察了抛光表面的微观形貌并测量其表面粗糙度.结果表明:纳米CeO2磨料抛光后表面具有更低的表面粗糙度,在5 靘5 靘范围内表面粗糙度Ra值为0.240 nm,而且表面的微观起伏更趋向于平缓;考虑了纳米磨料在抛光条件下所发生的自身变形,其变形量相当于一部分抵消了纳米磨料嵌入基体材料的切削深度,而这个切削深度最终决定了抛光表面的粗糙度;分析指出这个变形量与纳米磨料的硬度成反比,硬度低的纳米磨料由于自身变形量大,导致切削深度小,抛光后表面的粗糙度值低.解释了在相同的抛光条件下不同硬度的纳米磨料具有不同的抛光表面粗糙度的原因.     

硬度对塑料模具钢抛光性能的影响

采用磨削试验、手工抛光和PVA抛光砂轮抛光试验,对P20钢和S45C钢在不同热处理硬度条件下的抛光性能做了对比研究。结果表明:在磨削试验条件下,2种钢表面粗糙度值随硬度的增加而降低,其中S45C钢的表面粗糙度值低于P20钢。再经抛光后,2种钢表面粗糙度值基本保持随硬度的增加而降低的趋势,但是,无论是在手工抛光还是PVA砂轮抛光条件下,P20钢的表面粗糙度值均低于S45C钢。     

基体表面粗糙度对镀硬铬层零件镜面抛光的影响

机械电解镜面抛磨镀硬铬层轴类零件时，通常从电、液参数以及工件、工具转速等着手，优选出最佳参数。但从实验中发现，零件基体表面粗糙度对抛光效果有着非常重要的影响，甚至决定抛光的成败。通过大量的对比试验和观察发现：零件基体表面粗糙度越小，抛光效果越好；反之，则差。     

真空感应炉熔炼雾化3D打印镍-钛形状记忆合金丝材和球形粉末

本文介绍了应用于金属3D打印的医疗器械和外科植入镍-钛形状记忆合金材料性能及制备技术,详细阐述了金属3D打印技术领域的镍-钛形状记忆合金丝材和雾化球形粉末的制备方法。应用真空感应炉熔炼法,结合计算机控制技术、传感技术等智能技术及智能化设备制备的金属3D打印材料将广泛应用于激光熔结成型工艺技术、激光熔覆成型工艺技术、等离子快速沉积工艺等金属3D打印技术中,具有广阔的应用前景。     

多孔钛表面改性对其蛋白质吸附行为的影响

考察了酸碱处理多孔钛、碱热处理多孔钛及未改性多孔钛对牛血清白蛋白的等温吸附行为,探讨了多孔钛表面改性对其蛋白质吸附性能的影响。并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、台阶仪、接触角测量仪等分别考察了3种样品表面形貌、相组成、粗糙度及润湿性等性质。结果表明,表面改性后多孔钛的表面形貌、相组成、粗糙度及润湿性等性质均发生了明显改变,蛋白质吸附性能得到了显著提高。     

轮毂铸件3D打印模样代替木模的试验

以某轮毂铸件的模样制造为研究对象,导入3D打印技术原理制作模样,简述了3D打印模样与木制模样制造工艺流程与方法上的差异,分析了3D打印模样表面粗糙度的形成机理和改善方法。参照有关国家及行业标准要求,结合材料强度理论,通过试验验证3D打印模样的力学性能和耐温特性,验证了在一定的量产条件下3D打印模样代替木模用于铸造工艺的可行性。     

钛合金抛光表面粗糙度与表面形貌研究

为了优化钛合金抛光工艺参数,采用中心复合响应曲面法,建立了抛光表面粗糙度的预测模型;采用方差分析方法,检验了预测模型以及各抛光参数的显著性,分析了各抛光参数对表面粗糙度及表面形貌的影响规律。结果表明:该预测模型可对抛光表面粗糙度进行有效的预测;页轮粒度、页轮线速度和进给速度对表面粗糙度影响极显著;表面粗糙度随页轮粒度、页轮线速度和进给速度的增大而减小;表面形貌整体均匀,存在一定的隆起和沟壑。     

–50 ℃冷风条件下抛光硬质合金刀片加工TC4钛合金的表面粗糙度分析

目的提高硬质合金刀片加工TC4钛合金的表面质量。方法利用化学机械抛光技术对传统磨削的硬质合金刀片分别进行粗抛、半精抛和精抛处理,运用正交试验法,在常温干切和–50℃冷风条件下,分别采用传统磨削的硬质合金刀片(磨削刀片)与化学机械抛光的硬质合金刀片(抛光刀片)进行切削TC4钛合金正交试验,利用方差分析法分析切削参数对已加工表面粗糙度Ra的影响。运用多元线性回归方法建立磨削刀片、抛光刀片在常温干切和–50℃冷风条件下切削TC4钛合金已加工表面粗糙度Ra的经验预测模型。结果硬质合金刀片前刀面通过粗抛、半精抛和精抛后,刀片前刀面的表面粗糙度Ra为19 nm。当切削参数相同时,磨削刀片在–50℃冷风条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度,比常温干切条件下平均降低了35.9%;抛光刀片在–50℃冷风条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度,比常温干切条件下平均降低了43.5%。在常温干切条件下,抛光刀片比磨削刀片切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度平均降低了19.2%;在–50℃冷风条件下,抛光刀片比磨削刀片切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度平均降低了28.7%。抛光刀片在–50℃冷风条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度Ra,比磨削刀片在常温干切条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度Ra平均降低了54.4%。结论采用对硬质合金刀片表面进行化学机械抛光技术和以–50℃冷风为切削介质的组合工艺,可有效降低TC4钛合金已加工表面粗糙度。     

深冷处理对TC4钛合金表面性能的影响

研究了深冷处理对TC4钛合金滚磨光整加工和表面性能的影响。对TC4钛合金试样进行深冷处理,将不同深冷时间下的试样进行滚磨光整加工,根据表面粗糙度确定适合的深冷时间后,对比分析深冷处理前后合金试样的显微组织、显微硬度及残余应力的变化。利用扫描电镜探究了深冷处理和滚磨光整加工后合金试样表面形貌的变化。结果表明,深冷处理12 h后试样表面粗糙度最小,试样组织受到冷缩内应力的作用,α相的比例从未深冷处理的56.45%增加到85.42%,组织变得均匀且致密。试样的显微硬度在深冷处理12 h时最大,比未处理试样提高了3.47%。深冷处理12 h和滚磨光整加工后的试样相比未处理试样表面残余压应力增加26.26%。粗糙度测量和扫描电镜结果显示深冷处理使钛合金试样的可加工性增强,深冷处理12 h的试样经过离心式滚磨光整加工表面粗糙度可从约0.500 μm下降到约0.250 μm,表面质量明显变好。     

电化学抛光铜的实验研究

目的提高铜的表面质量,并将铜的去除量控制在适用范围,研究铜电化学抛光的溶液配比和最佳工艺参数。方法使用自行搭建的电化学抛光系统对工件进行电化学抛光,并使用3D表面轮廓仪和精密电子天平测量工件加工前后的表面粗糙度和质量。采用单因素和正交实验结合的方法设计了实验方案,研究了磷酸浓度、电解液温度、电压、占空比、频率和加工时间对铜表面粗糙度的影响,以及添加剂对实验结果的影响。结果得到磷酸浓度和温度对表面粗糙度的影响曲线。通过极差分析得到了电压、占空比、频率和加工时间对表面粗糙度的影响趋势以及最优参数。在溶液中加入抗坏血酸后,材料去除率可以降低到1000 nm/min以下,但表面粗糙度最高达到75 nm。同时加入抗坏血酸和乙烯硫脲后,材料去除率为400 nm/min,表面粗糙度最低达到17 nm。结论电化学抛光铜的最优参数为:电压10 V,占空比23%,频率23 k Hz,加工时间11~14 min,溶液配比为55%磷酸+0.3%抗坏血酸+0.2%乙烯硫脲。抗坏血酸可以有效地控制材料去除率,抗坏血酸与乙烯硫脲同时作用又可以降低铜的表面粗糙度。     

超声波作用下医用钛合金(Ti-6Al-4V)植入物的电解抛光

在电解抛光钛合金(Ti-6Al-4V)植入物的过程中引入功率超声波.分析了功率超声波对电解抛光过程的作用及对抛光效果的影响.通过合理利用功率超声波的能量特性,发挥其对传质过程的强化作用、空化效应,并与电化学抛光的特点相结合,对钛合金植入物进行抛光处理.结果表明,引入功率超声波,不但可以大幅度改善钛合金植入物的表面粗糙度,而且还可以增加其表面氧化膜中Ti的氧化物含量,进一步提高钛合金植入物的生物相容性和耐腐蚀性.     

基于响应面法的钛合金Halbach阵列增强磁流变抛光工艺参数优化

目的 提高钛合金磁流变抛光的表面质量和抛光效率。方法 用Halbach磁场阵列强化磁场,通过载液盘与磁铁反向旋转来增强磁流变抛光效率,使抛光头拥有更强的恢复性与自锐性。通过仿真模拟和实际测量对比研究Halbach阵列与N-S阵列的磁场分布和磁场梯度。依照试验结果描述抛光剪切力、表面粗糙度与表面微观形貌随时间的变化规律。采用响应面法优化载液盘转速、磁铁转速和加工间距等3个工艺参数,建立剪切力和表面粗糙度的拟合方程数学预测模型,并对其中的不显著项进行优化。结果 在响应面交互作用分析中,工艺参数对剪切力的影响的大小顺序为加工间距、磁铁转速、载液盘转速;对表面粗糙度影响的大小顺序为载液盘转速、磁铁转速、加工间距。根据不同的需求,确定选定范围内的工艺参数组合,需要快速去除材料时,使剪切力趋于最大值的工艺参数组合为载液盘转速227 r/min,磁铁转速64 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为34.911 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.812 N。需要最优表面质量时,使表面粗糙度值趋于最小值的工艺参数组合为载液盘转速300 r/min,磁铁转速150 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为26.723 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.796 N。结论 Halbach阵列拥有较高的磁场强度和富有空间变化的磁感线,能够使磁流变液中的磁链呈现出更多的姿态变化。根据响应面法优化后的剪切力和表面粗糙度预测模型,预测结果与验证试验结果相差很小,预测模型的准确度与可信度较高。     

基于双自激振荡腔室磨粒流抛光的流体脉冲特性研究

目的 自激振荡脉冲磨粒流抛光方法主要应用于型腔零件内表面的抛光,为进一步增强抛光液的自激振荡脉冲特性,以提高抛光效率,提出一种基于双自激振荡腔室的磨粒流脉冲特性抛光方法.方法 利用串联的两个自激振荡腔体,对抛光液的流体脉冲特性进行二次放大,增强抛光液的峰值速度以及湍流动能.利用数值模拟分析双自激振荡腔室的脉冲特性,搭建串联式双自激振荡腔室磨粒流脉冲特性抛光实验平台,实验验证新增一个自激振荡腔室对提高抛光液脉冲特性的有效性.结果 仿真结果表明,双自激振荡腔室有增大峰值速度的作用,从单个腔室的66.8 m/s增加到了76.8 m/s.对直径为6 mm的不锈钢管内表面进行抛光的实验结果表明,在相同的实验条件下,加工10 h,采用双自激振荡腔室抛光的工件内表面粗糙度Ra从452 nm降低到了42 nm,且内表面具有显著的镜面效果;而采用单个自激振荡腔室加工的不锈钢管内表面粗糙度Ra降到了100 nm,内表面相对暗淡,还需要继续抛光2 h才能达到42 nm.同时,实验还证明了流体的脉冲特性在流道中存在衰减.结论 通过数值模拟与实验分析验证了双腔室自激振荡磨粒流抛光方法的有效性,具有进一步增强抛光液峰值速度及湍动能的效果.为充分利用自激振荡脉冲特性,需要将工件安装在靠近腔体下游出口处.     

TC4钛合金摇臂表面完整性研究

本研究采用航空发动机TC4摇臂件为研究对象,对其开展振动光饰和喷丸强化,研究对比了零件的表面毛刺、刀痕波纹、棱角倒圆、表面粗糙度、表面残余压应力水平的变化,分析了两种不同工艺对零件表面完整性的影响。结果表明:喷丸强化和振动光饰均能提高零件的表面残余压应力,且效果显著;振动光饰能有效降低零件的表面粗糙度,提高表面光度,但功效与工艺中的磨粒大小、形状和时间有关;合理的喷丸强化和振动光饰对提高零件的表面完整性有明显作用。     

6H-SiC单晶紫外光催化抛光中光照方式和磨料的影响

研究紫外光辅助催化抛光6H-SiC单晶。用分光光度法定性检测不同光催化反应时间下甲基橙颜色变化和羟基自由基(·OH)浓度,研究无光照、光照抛光盘、光照抛光液3种光照方式及金刚石、碳化硅、二氧化硅、二氧化钛、硅溶胶5种磨料对6H-SiC单晶抛光的影响。结果表明:随着光照时间增加,·OH浓度增加;在3种光照方式下,不同磨料的材料去除率(MRR)均呈现光照抛光液>光照抛光盘>无光照的规律,且光照抛光液时的MRR比无光照时的MRR提升了18%～58%。随磨料硬度降低,光催化辅助作用对MRR的提高幅度升高,即紫外光催化辅助作用越明显;金刚石、碳化硅、二氧化硅、硅溶胶4种磨料抛光后的表面粗糙度都随MRR的增大而减小,但二氧化钛磨料的则相反,原因是二氧化钛磨料同时兼作光催化剂,增强了SiC表面的化学反应速率,使其化学反应速率大于机械去除速率。