金属基带的连续非接触式电化学抛光

目的研发一种适合工业生产连续带材的非接触式电化学抛光方法。方法采用以磷酸-硫酸为主要氧化剂的环保型电化学抛光液对金属基带进行电化学抛光,研究阳极电流密度(JA)、电解液温度(t)、基带与电极间的距离(L)和走带速度(v)对基带表面粗糙度的影响,优化抛光工艺条件。结果优化的工艺条件如下:JA为1500~2500 A/m2,t为40~80℃,L为4~12 mm,v为0.5~1.8 m/min。在此工艺条件下进行电化学抛光,极为有效地降低了金属基带的表面粗糙度,光亮度达到镜面状态,原子力显微镜测试5μm×5μm范围内的表面平均粗糙度值低于1.0 nm。结论该抛光工艺实现了千米级基带的连续性抛光,达到工业化生产要求。     

哈氏合金C-276电抛光中抛光液的失效分析

目的哈氏合金C-276带材被广泛用作第二代高温超导体YBCO的金属衬底,其表面抛光质量(粗糙度Ra)要求极为严格。为了保证抛光质量就要有效控制电化学抛光液,对抛光液的变化及失效与否进行分析。方法以哈氏合金C-276带材为研究对象,采用非接触式电化学抛光方法,使用扫描电镜、原子力显微镜、金相显微镜、微波等离子体原子发射光谱仪等仪器设备,阐明了抛光液中H_3PO_4和H_2SO_4等主要成分的作用及工艺要求,并测定单位体积抛光液在一定时间内通过电量(Ah/L)后,H_3PO_4、H_2SO_4含量及Ni、Cr、Mo等金属离子浓度。结果当H_3PO_4、H_2SO_4含量分别在775~1013 g/L、318~451 g/L范围内,Ni、Cr、Mo三种金属离子质量浓度分别小于7.3、2.7、3.4 g/L时,C-276带材表面的粗糙度才能满足工艺要求Ra1 nm(5μm×5μm)。结论通过对电化学抛光液中的H_3PO_4、H_2SO_4、添加剂、金属离子浓度等有效控制,采用非接触式电化学抛光,实现了千米级哈氏合金第二代高温超导带材的连续生产,并且表面粗糙度Ra1 nm。     

圆柱表面声波辅助剪切增稠抛光优化实验研究

目的获得声波辅助剪切增稠抛光方法抛光轴承钢圆柱表面的最佳工艺参数。方法应用田口法,对声波辅助剪切增稠抛光过程中影响工件材料去除率,以及表面粗糙度的声波频率、声波功率、声波波形等参数进行实验与优化分析,以材料去除率、表面粗糙度为评价条件,得到最优抛光参数,并在最优参数条件下做多组重复性实验以验证结果的可靠性。利用金相显微镜、光学轮廓仪等测试手段对加工后的工件进行表面形貌检测。结果以材料去除率为评价指标,声波频率影响最为显著,声波功率影响次之,声波波形影响最小;以表面粗糙度为评价指标时,声波波形影响最为显著,声波频率影响次之,声波功率影响最小。结论在声波频率为20 Hz、声波功率为25 W、正弦波形条件下,工件材料去除率最高,材料去除率达到了11.32μm/h;在声波频率为60 Hz、声波功率25 W、正弦波形条件下,工件表面质量最佳,抛光1 h后工件平均表面粗糙度Ra由100 nm下降至7 nm以内,最低达到了4.48 nm。     

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。     

2344模具钢的脉冲电化学复合光整加工试验研究

为了对2344模具钢进行快速光整加工,进行了2344模具钢的脉冲电化学复合光整加工试验研究。在构建了脉冲电化学复合加工试验机的基础上,进行了正交工艺试验。分析了脉冲峰值电压、脉冲频率、脉冲占空比和电解液温度对光整加工质量的影响,获得了优化的工艺参数。实验表明,在半个小时内可以将试件的表面粗糙度从Ra1.8μm降到Ra0.12μm。     

SLM零件的磨粒流动辅助电化学复合抛光方法研究

针对增材制造金属零件表面质量较差的问题，提出一种磨粒流动辅助电化学复合抛光方法，在电解液中混入微小磨粒，使混合液在一定压力下流经工件表面，通过磨粒磨削和电化学溶解的复合作用改善工件表面质量。通过试验对比了纯磨粒磨削、纯电解加工和复合抛光的加工效果，分析了不同工艺参数对工件表面粗糙度和材料去除量的影响。试验结果表明：复合抛光方法能有效去除增材制造零件表面缺陷，改善其表面质量。通过选取合适的电压进行分阶段抛光，SLM工件的表面粗糙度由Ra8.162μm降至Ra1.226μm。     

过程参数对悬浮微珠摩擦辅助脉冲电铸铜表面形貌的影响

为了改善传统酸性硫酸盐电铸铜的表面质量,提出了空心悬浮微珠摩擦辅助的脉冲电铸铜工艺。使空心微珠悬浮于卧式放置阴极上部,不断摩擦和撞击阴极表面,并结合脉冲电铸,提高电铸层表面质量。研究了脉冲频率、占空比、平均电流密度和阴极转速对摩擦辅助电铸铜表面形貌的影响。结果发现:在空心悬浮微珠的影响下,使用低脉冲频率、高占空比、较大的平均电流密度及较低的转速范围,更能发挥悬浮微珠的摩擦作用,细化晶粒。     

脉冲电子束抛光改性处理对TC21钛合金表面形貌的影响

采用脉冲电子束对TC21钛合金表面进行照射处理,利用光学显微镜、原子力显微镜分析了表面形貌,在轮廓仪上测定了脉冲电子束处理前后试样的表面粗糙度Ra和Ry,利用扫描电镜对脉冲电子束改性处理与未处理试样的横截面进行观察和分析,研究脉冲电子束改性机理.试验结果表明,脉冲电子束可以显著改善TC21钛合金的表面粗糙度,其抛光改性的机理是厚约10 μm表层在脉冲电子束的照射下发生高温瞬时熔凝,使表面变得平整和光滑.     

电化学机械加工对轴承滚子表面质量及凸度的影响

目的在提高轴承滚子表面质量的基础上获得具有一定凸度的表面轮廓。方法将自主搭建的电化学机械加工(electrochemical mechanical machining,ECMM)平台用于轴承滚子的表面加工,采用中性NaNO_3水溶液作为电解液,设计了L_9(3~4)的正交实验,使用表面粗糙度测量仪对实验前后轴承滚子的表面粗糙度Ra、轮廓最大高度Rz和轮廓凸度进行测量和分析,并利用实验数据分析影响表面粗糙度和凸度的各因素和水平。结果经过ECMM加工后,轴承滚子表面粗糙度Ra值由加工前的0.0874μm降低至0.0247μm,轮廓最大高度Rz值由加工前的0.772μm降低至0.238μm,轮廓凸度由原来的平直表面增加到最大值43.3μm。对于表面粗糙度,电流密度的影响最显著,各因素最佳水平为:电流密度5 A/cm~2,机械作用压力0.20 MPa,运动速度0.24 m/s,磨具号数1000#。对轮廓凸度,电流密度的影响最显著,各因素最佳水平为:电流密度5 A/cm~2,运动速度0.21 m/s,磨具号数2000#,机械作用压力0.20 MPa。结论 ECMM加工方法适用于轴承滚子的加工,可在一次加工中同时提高滚子的表面质量并获得一定凸度的表面轮廓。加工参数对表面质量和凸度影响最大的因素是加工电流密度,优先选择较大加工电流密度的同时要合理选择其他加工参数。     

18CrNiMo7-6钢研抛工艺试验研究

探究研抛工艺参数对工件材料去除率和表面粗糙度的影响。以砂纸和金刚石喷雾抛光剂为研抛介质,通过正交试验研究砂纸细度、研抛压力、研抛速度、研抛时间对18CrNiMo7-6工件材料去除率和表面粗糙度的影响。采用三维形貌仪、千分尺、电子天平和超景深显微镜对18CrNiMo7-6工件的表面粗糙度、厚度、质量和表面形貌进行测量分析,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,得到最佳的研抛工艺参数组合。在最佳工艺参数组合下,砂纸研磨工件的材料去除率为0.86μm/min,表面粗糙度为Ra0.048μm,金刚石抛光剂抛光后工件表面粗糙度为Ra0.024μm。砂纸研磨最佳工艺参数为:砂纸细度800#,研磨压力0.2MPa,研磨速度30rpm,研磨时间30min。抛光最佳工艺参数为:抛光压力0.2MPa,抛光速度30rpm,抛光时间15min。     

单晶蓝宝石衬底晶片的化学机械抛光工艺研究

目的设计单晶蓝宝石衬底化学机械抛光的合理方案,探究主要抛光工艺参数对抛光衬底的表面质量和材料去除率的影响,并得到一组材料去除率高且表面质量满足要求的抛光工艺参数。方法借助原子力显微镜和精密天平分别对衬底表面形貌和材料去除率进行分析,采用单因素实验法探究了抛光粒子、抛光时间、抛光压力和抛光盘转速对蓝宝石衬底化学机械抛光的表面质量和材料去除率的影响,并设计合理的交互正交优化实验寻求一组较优的抛光工艺参数。结果在蓝宝石衬底化学机械精抛过程中,在抛光时间为0.5 h、抛光压力为45.09 k Pa、抛光盘转速为50 r/min、SiO_2抛光液粒子质量分数为15%、抛光液流量为60 m L/min的条件下,蓝宝石衬底材料的去除率达41.89 nm/min,表面粗糙度降低至0.342 nm,衬底表面台阶结构清晰,满足后续外延工序的要求。结论采用化学机械抛光技术和优化的工艺参数,可同时获得较高的材料去除率和高质量的蓝宝石衬底表面。     

钛合金叶栅套料电解加工表面质量研究

针对TC4钛合金叶栅套料电解加工易点蚀、表面质量差的问题,开展了直流和脉冲电解加工对比研究,设计了脉冲电解加工正交试验,优化了脉冲电压、频率、占空比和加工速度等参数。试验结果表明:脉冲电解加工能减少钛合金点蚀凹坑,提高表面质量,在22 V电压、80%占空比和1000 Hz频率时,加工叶型表面完整无点蚀,加工效率高。     

Electrodeposition and corrosion behaviour of some Zn–Fe group metal alloys by pulsed current

Abstract

The corrosion and electrochemical behaviour of pulse plated Zn–Fe group metal alloy deposits obtained from chloride bath have been studied as a function of pulse parameters such as duty cycle, frequency and average current density. The frequencies of electric current, T _on, T _off, pulse duty cycles have large effects on the chemical composition and surface morphology of the deposits. Results of the electrochemical tests indicate that the corrosion resistance of pulse plated Zn–Fe group metal alloy coatings is superior to that of the alloy deposited by the direct current technique. The on time and off time had no significant influence on the deposit characteristics. Characterisations of deposits were carried out by cyclic voltammetry and the surface morphology was studied by scanning electron microscopy. The composition of the alloy deposits were analysed by spectrophotometry. Refinements in grain size and deposit composition have been made for better corrosion performance with the advent of pulse plating. A minimum corrosion rate was observed at 50% duty cycle and pulse frequency range of 100 Hz in all cases and is proposed as optimal conditions for development of a bright, smooth and uniform deposit of Zn–Fe group metal alloy over steel.     

GaN晶片芬顿反应化学机械抛光液组分优化

针对芬顿反应CMP抛光GaN晶片的抛光液,开展以表面质量为评价指标的参数优化试验,找出抛光液组分的最优配比。结果表明:当H₂O₂质量分数为7.5%时,GaN晶片加工表面效果最优,表面粗糙度达到3.2 nm;催化剂能有效调节芬顿反应的速率,对比液体催化剂FeSO₄溶液和固体催化剂Fe₃O₄粉末,固体催化剂Fe₃O₄粉末能在溶液中持续电离Fe2+,使芬顿反应能在整个加工过程中持续作用。当Fe₃O₄粉末粒径为20 nm时,抛光效果最佳,表面粗糙度达到3.0 nm;对比氧化铝、氧化铈、硅溶胶磨料,硅溶胶磨料抛光的表面效果最佳,晶片表面粗糙度达到3.3 nm;当硅溶胶磨料质量分数为20.0%,磨料粒径为60 nm时,抛光后晶片表面粗糙度达到1.5 nm。抛光液组分优化后,采用最优的抛光液组分参数抛光GaN晶片,其能获得表面粗糙度为0.9 nm的光滑表面。      

基于光助芬顿反应的碳化硅化学机械抛光工艺优化

目的 高效快速获得紫外光辅助作用下碳化硅(SiC)化学机械抛光(Chemical mechanical polishing, CMP)的最佳加工参数。方法 根据化学作用与机械作用相平衡时达到最佳抛光条件的理论,通过电化学测试的方法探究抛光液pH值、过氧化氢(Hydrogen peroxide, H2O2)浓度、Fe²⁺浓度、紫外光功率等对基体表面氧化膜形成速率(化学作用)的影响;在最大氧化膜形成速率条件下,以材料去除率(Material removal rate, MRR)和表面粗糙度(Average roughness, Ra)为指标,通过调节抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量等工艺参数,探究工艺参数对碳化硅加工过程中氧化膜去除速率(机械作用)的作用规律,寻求机械作用与化学作用的平衡点,获取紫外光辅助作用下SiC CMP的最佳工艺参数。结果 在pH值为3、H2O2的质量分数为4%、Fe²⁺浓度为0.4 mmol/L、紫外光功率为32 W时,化学作用达到最大值。在最大化学作用条件下,抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量分别为38.68 kPa、120 r/min、90 mL/min时,化学作用与机械作用最接近于平衡点,此时材料去除率为92 nm/h,表面粗糙度的最低值为0.158 nm。结论 根据研究结果,电化学测试可以作为探究晶片表面氧化速率较高时所需加工参数的有效手段,进一步调节工艺参数,使化学作用速率与机械去除速率相匹配,高效地获得了材料去除率和表面质量较高的晶片。     

镍基高温合金短电弧加工工艺参数优化

为了对短电弧加工镍基高温合金材料过程中的材料去除速度,表面质量和电极损耗等工艺目标进行综合评价,在新型数控短电弧铣床设备上对峰值电流、脉冲宽度、占空比和电压等可调工艺参数进行正交试验,并运用灰色理论进行试验数据的分析。将复杂多变的多工艺目标转换为单一评价指标,即灰关联度。该方法很大程度地简化了试验过程,最终得到最优工艺参数组合方案。试验结果表明:得到的参数组合能够在保证表面质量的前提下提高短电弧加工效率并降低电极损耗率。