化学微蚀刻法和微细电镀法制备微流控芯片金属模具工艺对比研究

针对化学微蚀刻法和微细电镀法制备微流控芯片金属模具进行了工艺对比研究。采用激光共聚焦显微镜分别检测表征由这两种加工工艺制备所得的模具微结构特征,对其侧壁陡度、尺寸均匀性、粗糙度进行对比分析。结果表明,化学微蚀刻法制备的模具微结构的侧壁呈不规则弧形、尺寸均匀性差,表面粗糙度较大 (R_a=3.58 μm)。而微细电镀法制备的模具微结构的侧壁则呈规则的梯形、尺寸均匀性好,表面粗糙度较小(R_a=0.65 μm)。微细电镀法制备的微流控芯片金属模具综合效果比化学微蚀刻好。     

彩色涂层钢板时效T弯性能影响因素及规律研究

为提高彩涂板服役品质,其时效T弯性能的研究非常关键。通过对影响彩涂钢板时效T弯的主要因素,即镀锌基板表面状态、复合氧化工艺、钝化工艺进行系统研究,归纳总结了各因素对时效T弯性能的影响规律。研究结果表明:基板粗糙度R_a在1.0～1.45 μm范围内,彩板时效T弯值均满足不大于5T的技术要求,且R_a的均匀性对时效T弯性能的影响较大,R_a的相对标准偏差越小,时效T弯性能越好;基板表面峰值密度Rpc与时效T弯性能无明显相关性,时效T弯性能较好时Rpc值较小。复合氧化膜越均匀致密,膜中Co含量越高,涂层附着力越好,时效T弯值越小;钝化工艺控制Cr点数在23以上时,时效T弯(5T及以下)合格率达100%,随着Cr点数的增加,时效T弯性能明显提高。为此,提出控制基板表面粗糙度及其均匀性,控制复合氧化工艺中氧化槽碱比稳定性(碱比小于1.6),控制钝化工序Cr点数在23~25之间等措施,可提高彩板时效T弯性能。     

冷轧带钢表面形貌测试及其粗糙度均匀性控制研究

为了改善带钢表面粗糙度不均匀所引起的表面性能不良,采用双机架平整机进行了湿平整工艺试验,研究了平整毛化辊表面形貌及其遗传规律对带钢表面形貌的影响;改变了对毛化辊及平整后带钢表面形貌的测试方法,以Rsk及不同C值的Rpc为测试指标来评价平整毛化辊及平整后带钢表面形貌。结果表明:通过调整平整毛化辊的表面形貌,可以改变带钢对平整辊形貌的复制遗传规律,从而改善平整后带钢的表面形貌,其效果较调整其他平整工艺参数更为直接有效。通过减少平整毛化辊表面3×R_a的Rpc,平整后带钢的Rsk趋近于0,提高了Rpc(C=0.25 μm)个数,平整后带钢表面的粗糙度更加均匀。因此,采用Rsk和不同C值的Rpc来评价平整毛化辊及平整后带钢的表面形貌,较采用粗糙度R_a值的评价方式,可以较好地评价粗糙度的均匀性。     

CFRP砂轮与钢基体砂轮高速磨削过程中的动力学特性

为探究CFRP砂轮与钢基体砂轮在高速磨削过程中的动力学特性,在数控凸轮轴磨床上搭建振动测试试验平台,开展磨削过程的动力学特性试验,研究2种砂轮在不同线速度和不同进给速度下的振动信号变化,并测量磨削后工件的表面粗糙度。结果表明:CFRP砂轮主轴系统的各阶固有频率高于钢基体砂轮主轴系统的各阶固有频率,且磨削过程中激发的优势频率处于高频区域。随着砂轮线速度的增大,GCr15工件表面粗糙度随之发生波动,CFRP基体砂轮磨削表面的粗糙度明显变小,较钢基体砂轮磨削表面的粗糙度减小30%～35%。颤振发生前后,CFRP基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.089 μm变为0.091 μm,粗糙度增大2.2%;钢基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.135 μm变为0.146 μm,粗糙度增大8.2%。在线速度一定的条件下,随着砂轮进给速度的增加,CFRP砂轮和钢基体砂轮磨削的工件表面粗糙度值都有增加,分别为2.4%和2.9%,但相较于砂轮线速度对工件表面粗糙度值的影响,进给速度对工件表面粗糙度值的影响更小。      

喷砂预处理对HVOF喷涂TiAl-Nb/NiCrAl涂层结合强度的影响

采用不同的喷砂压力对基体表面进行喷砂预处理,研究了基体表面状态的变化对HVOF喷涂TiAl-Nb/NiCrAl涂层结合强度的影响。结果表明：随着喷砂压力的增大,基体粗糙度及表面凹坑的深度和宽度增大,NiCrAl层与基体结合界面处孔洞等缺陷增多,同时基体表面残余砂粒的面积分数增加;涂层结合强度随基体粗糙度的增大,先增大后减小,当基体粗糙度为8.33μm时,结合强度达到最大值44.5 MPa。     

热辅助超声滚压温度场参数影响激光熔覆涂层表面粗糙度研究

目的 降低激光熔覆涂层的表面粗糙度。方法 采用激光熔覆技术制备铁基激光熔覆涂层,采用超声温滚压耦合热处理工艺对熔覆层进行熔覆后强化加工,重点研究温度场参数对成形表面粗糙度的影响,通过方差分析(ANOVA)确立参数显著性,同时利用响应曲面法(RSM)构建温度场参数影响铁基涂层表面粗糙度的预测模型,并进行参数优化。结果 加热温度和保温时间对成形试样表面粗糙度的影响显著。在实验参数范围内,试样的表面粗糙度与加热温度呈正相关,与保温时间呈负相关。实验结果表明,在相同保温时间下,在加热温度100、250、400 ℃条件下试样的表面粗糙度Ra分别为0.237、0.158、0.096 μm;在相同加热温度下,在保温时间为0.5、1、2 h条件下试样的表面粗糙度Ra分别为0.156、0.164、0.170 μm。可见与保温时间相比,加热温度对涂层表面粗糙度的影响更显著。参数优化分析结果表明,在实验参数范围内,在400 ℃加热温度和0.5 h保温时间条件下,试样具有最小的表面粗糙度Ra(0.089 μm)。结论 相较于车削及常温滚压工艺,采用超声温滚压耦合热处理工艺可进一步降低激光熔覆涂层的表面粗糙度,在实验参数范围内,加热温度400 ℃和保温时间0.5 h是最优的温度场参数组合。     

45钢表面电子束微熔抛光的性能和组织分析

为显著改善45钢表面粗糙度及其综合力学性能. 文中采用电子束微熔抛光技术,对45钢表面进行电子束微熔抛光处理. 研究电子束抛光对表面粗糙度、改性层组织和硬度的影响,探讨了电子束扫描电流、扫描速度对表面粗糙度、改性层组织的影响规律. 结果表明,45钢经表面抛光处理后,表面粗糙度值由2.091 μm降到0.738 μm,降幅为64.7%;其表面改性层可分为抛光层区、热影响区和基体区;抛光层区的显微组织为针状马氏体,硬度为950 ~ 913 HV;热影响区的组织为针状马氏体和铁素体,硬度为855 ~ 280 HV;基体区的组织为珠光体和铁素体,硬度为244 ~ 204 HV. 电子束工艺参数对抛光后的表面粗糙度值影响显著,在满足抛光效果的条件下,改性层的厚度随电子束扫描电流的增加而增大,随扫描速度的增加而减小.     

纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化

采用热丝CVD法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌,并用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件,对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验,探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。结果表明:随着主轴转速n从5000 r/min提高到8000 r/min, 工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低;当进给速度v_f在1000～7000 mm/min范围内,随着v_f提高工件平均表面粗糙度快速增大,在v_f为7000 mm/min时,其值达1.790 μm;当轴向切削深度a_p在0.1～0.4 mm范围内,随着a_p提高,工件平均表面粗糙度逐步增大,但a_p在0.2 mm之后其增大趋势变缓。对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v_f,其次为n,a_p的影响最弱;其精铣的最优参数组合是a_p=0.2 mm、v_f=1 000 mm/min、n=8 000 r/min,精铣后的表面粗糙度平均值为0.516 μm。选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时,为得到较低的表面粗糙度,应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。      

热成形钢的脱碳影响因素分析

采用Gleeble-3500热力模拟试验机模拟热成形工艺过程,分析了不同加热温度(890~950 ℃)、保温时间(240~1000 s)、化学成分(T1500HS和CR1300/2000HS钢两种不同材料)及不同表面涂油(有油和无油)对冷轧热成形钢表面脱碳的影响。结果表明,在正常加热温度(910~950 ℃)、保温时间(240~480 s)和炉内有良好保护气氛条件下,冷轧热成形钢热成形后脱碳较少;随着加热温度升高、保温时间延长、C含量增加、涂油量增多,冷轧热成形钢热成形后脱碳层深度增加;当脱碳层深度不大时(≤20 μm),脱碳层对热成形后材料拉伸性能影响很小;脱碳层对热成形后材料硬度有较大影响,脱碳层深度增大,硬度减小。     

高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测

目的提出一种由连续叠加热失配应力和曲率淬火应力组成的新型涂层表面残余应力预测模型,用于预测高速电弧喷涂成形过程涂层表面残余应力值。方法基于高速电弧喷涂层逐层叠加成形基本假说,利用力和力矩平衡原理,分别建立了涂层逐层叠加热失配应力模型和淬火应力模型,将两模型组合后,得出喷涂过程涂层表面残余应力数值模型。结果通过与X射线衍射仪测得的不同厚度FeAlCrBSiNb涂层表面残余应力值进行比较,发现喷涂一道次时,涂层表面残余应力值为涂层形成过程中最大表面残余应力值。喷涂层厚度为500μm前后,涂层表面残余应力变化规律不同,即理论预测值与实际值随喷涂厚度的增加先减少,当喷涂厚度沉积至500μm后,理论预测值趋于有增有降的波动平稳,而实际测量值在厚度增加至1500μm后逐渐下降。结论高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测模型,可以较为准确地预测涂层形成过程中表面最大残余应力值和涂层厚度小于500μm时的涂层表面残余应力值,揭示出高速电弧喷涂层实际成形过程表面残余应力的分布规律,即随着喷涂层沉积厚度的增加,残余应力先减少而后沉积至500μm后略微增大。     

不同镀层重量的铝硅镀层加热时的镀层结构转变规律

采用扫描电镜和能谱分析仪研究了不同镀层重量的铝硅镀层热成形钢经不同温度和时间加热后的镀层结构转变规律。结果表明,不同重量的铝硅镀层在完全合金化后的镀层结构相同,由基体至表面依次为扩散层、Fe-Al层、Fe-Al-Si层和Fe-Al表面层;随着加热的进行,Fe-Al-Si层和扩散层逐渐增厚,Fe-Al-Si层中Si含量逐渐降低,厚镀层AS150未出现镀层层数减少的现象,薄镀层AS40、AS80出现镀层层数减少的情况。综合考虑铝硅镀层热成形钢加热后的镀层结构、性能变化和产品使用要求,对于1.4 mm厚22MnB5钢基板,薄镀层AS40、AS80的优选热处理工艺为900~930 ℃×3~6 min,厚镀层AS150的优选热处理工艺为900~930 ℃×4~6 min。     

Effect of some parameters on microstructure and hardness of alumina coatings prepared by the air plasma spraying process

The spraying distance, substrate temperature, coating thickness and surface roughness of substrate during deposition play an important role on the plasma spray coating process and effect the final properties of the coatings. Al₂O₃ coatings on AISI 304 L stainless steel substrate were prepared to investigate the effects on the coating of these parameters. The results indicated that the parameters such as the spraying distance, substrate temperature, coating thickness and substrate roughness were fairly effected the hardness, porosity and surface roughness of Al₂O₃ coatings. The lowest surface roughness and the lowest porosity and the highest hardness values of Al₂O₃ coating were obtained for the spraying distance of 12 cm and the surface roughness of 3.28 μm and the substrate temperature of 500 °C. It also found that the increases of coating thickness were lowered the hardness and enhanced the porosity and the coating roughness.     

1 500 MPa级铝硅镀层热成形钢的试制及质量评价

为开发1 500 MPa级铝硅镀层热成形钢,采用连退模拟器模拟了5种退火涂镀工艺,采用拉伸试验机、金相显微镜检测样板力学性能、金相组织及镀层组织,以确定最优退火、涂镀工艺;针对试验中的漏镀缺陷,分析了其产生原因。结果表明,在带钢运行速度为80 m/min,加热温度为770 ℃,快冷温度为650 ℃的工艺下,铝硅镀层CR1000/1500HS+AS带钢力学性能最优;退火炉内加热段露点温度低是产生漏镀缺陷的根本原因,为此将加热段露点调整为-10~-20 ℃,解决了漏镀问题。取成品样板进行模拟热冲压试验,冲压后性能合格,组织全部为马氏体,无脱碳层;镀层裂纹未延伸至基体,满足用户对镀层质量的要求。     

Freeform surface finish of plastic injection mold by using ball-burnishing process

The objective of this study is to introduce the possible ball-burnishing surface finish process of a freeform surface plastic injection mold on a machining center. The design and manufacture of a burnishing tool was first accomplished in this study. The optimal plane ball-burnishing parameters were determined by utilizing the Taguchi’s orthogonal array method for plastic injection molding steel PDS5 on a machining center. Four burnishing parameters, namely the ball material, burnishing speed, burnishing force, and feed, were selected as the experimental factors of Taguchi’s design of experiment to determine the optimal burnishing parameters, which have the dominant influence on surface roughness. The optimal burnishing parameters were found out after conducting the experiments of the Taguchi’s L18 orthogonal table, analysis of variation (ANOVA), and the full factorial experiment. The optimal plane burnishing parameters for the plastic injection mold steel PDS5 were the combination of the tungsten carbide ball, the burnishing speed of 200 mm/min, the burnishing force of 300 N, and the feed of 40 μm. The surface roughness R_a of the specimen could be improved from about 1 to 0.07 μm by using the optimal burnishing parameters for plane burnishing. Applying the optimal burnishing parameters for plane burnishing to freeform surface plastic injection mold, the surface roughness R_a of freeform surface region on the tested plastic injection part could be improved from about 0.842 to 0.187 μm, through a comparison between using the fine milled and using the ball-burnished mold cavity.     

Tribological characteristics of high strength steel sheets under hot stamping conditions

Nowadays, the hot stamping of high strength steel sheets is currently utilized to produce automotive components characterized by a high strength-to-weight ratio and an increased resistance to impact. In order to avoid scaling and decarburization during the heating stage, the metal sheets are coated with a specially developed Al-Si coating that have proved a relevant influence also on the tribological behaviour of the metal sheets during the forming stages. The paper presents a fundamental study about the sheet coating characteristics in terms of morphology, surface roughness and tribological behaviour as a function of the process parameters typical of industrial hot stamping processes. The presented results show that the blank heating promotes the iron diffusion into the Al-Si coating giving form to an Al-Fe-Si ternary alloy whose characteristics depend on the thermal cycle parameters; moreover, it is proved that the tribological characteristics of the metal blank surface in terms of friction coefficient depend on the blank temperature and contact pressure.     

水性红外隐身涂料制备工艺优化

目的优化水性红外隐身涂层材料制备工艺,提高低发射率红外隐身涂料隐身性能。方法采用红外辐射率测量仪、红外光谱吸收仪等,研究涂层固化温度、涂层表面粗糙度和涂层厚度对低发射率红外隐身涂料隐身性能的影响。结果固化温度对涂层红外发射率和基体树脂红外吸收光谱影响不大,但随着固化温度升高,涂层固化时间明显缩短;随着涂层表面粗糙度的增加,涂层红外发射率增加;表面粗糙材料红外发射率受测试角度影响小于表面光滑材料;在基材上制备不同厚度的涂层,当涂层厚度小于30μm时,涂层红外发射率受基材表面红外发射率影响较大,当大于30μm时,影响较小。结论可以根据实际时间需求选择合适的涂层固化温度,宜选择刮涂方式使涂层表面保持一定的粗糙度,涂层厚度宜为30~40μm。     

奥氏体化过程中热冲压钢Al-Si镀层的组织演化

利用差示扫描量热仪、场发射电子探针和激光共聚焦显微镜研究了22MnB5热冲压钢奥氏体化过程中Al-Si镀层的组织演化。镀层板升温过程中,Al-Si镀层在570 ℃左右熔化;由于温度较低,Al、Fe、Si原子的扩散受到Fe₂SiAl₇阻挡。当温度升到610 ℃左右时,扩散到镀层的Al原子增多,使得Fe₂Al₅进一步生长;Si原子向基体和镀层外表面扩散,由于Fe₂Al₅溶解Si原子能力弱,因此在Fe₂Al₅晶界处形成一层沉淀物FeSiAl₂,其余的Si原子就扩散在镀层表面形成Fe₂SiAl₇。750 ℃时,Al原子扩散到基体中形成了Fe₃Al;镀层中的Fe原子增加使Fe₂Al₅和FeAl₂不断生长;由于Fe₂Al₅和FeAl₂相中Si原子的溶解度低,因此会在晶界处形成Fe₃SiAl₅沉淀物;与Fe₂Al₅、Fe₃SiAl₅、Fe₃Al相比,FeAl₂相的生长速度更快,所占Al-Si镀层整体体积最大,这是因为FeAl₂正交晶格中沿c轴的高空位率(30%)导致了FeAl₂相的生长动力学更强。