辅助磨削在叠层模板电铸成形中的应用

沉积层均匀性控制影响叠层模板电铸成形的关键问题。本文中提出了一种辅助磨削脉冲电沉积成形技术,设计了基于其原理的工艺设备。试验方法即将硬质陶瓷粒子引入于电极之间,通过电铸阴极的旋转带动,硬质粒子(陶瓷珠)在电沉积过程中不断摩擦、撞击阴极表面,以期即时消除沉积层表面由于电流分布不均引起的边缘效应。通过表面形貌观察及铸层高度的测量统计,将传统与新型微电铸工艺制备的试样进行了对比。结果表明:硬质粒子可有效阻止杂质的吸附,避免毛刺、积瘤等表面缺陷的产生,能够获得良好的铸层均匀性,表面粗糙度可达0.253μm。表明硬质粒子摩擦在叠层电铸成形中具有较好的实用价值。     

平动搅拌法平面电铸技术实验研究

为进一步提高在面积较大和重量较重的平面阴极基底上电铸时电铸层的厚度分布均匀性,提出了一种平动搅拌法电铸工艺,研制了相应的实验装置,并开展了实验研究。研究表明:基于研制的实验系统,当镍电铸层面积为140mm×140mm时,电铸镍平面件的厚度均匀率达到了92.7%。     

薄壁无缝金属管电铸均匀性研究

提出了一种"阴极旋转+上下往复运动+贴面柔性扫刷"多作用协同电铸技术,通过工艺实验分析了阴阳极间距、阴极上下往复行程以及柔性扫刷对电铸层厚度分布特性及表面质量的影响.结果表明:阴阳极间距及阴极上下往复行程对电铸层厚度的均匀性有显著的影响,在优化参数(阴阳极间距A=30 mm,阴极上下往复行程S=120 mm)下所得电铸...     

微电铸中电流-流体耦合的数值分析及实验

研究了LIGA/UV-LIGA的核心技术微电铸的内在规律,对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行了数值分析.以微流控芯片微模具上的十字电铸层为研究对象,建立了微电铸的数学模型.给出了描述微电铸体系电流密度和流体流场的偏微分方程,运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到了电流密度分布和流体流场分布的数值结果.选择十字铸层上的测量点,由该点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4 h的铸层生长高度仿真值,并与相同工艺条件下的微电铸实验铸层生长高度进行对比.结果显示,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437 μm,最小绝对偏差为0.264 μm.实验表明这种数值仿真方法适用于微电铸工艺设计的辅助分析,可缩短微电铸工艺的开发周期.     

超细晶粒镍药型罩的精密电铸试验研究

针对新型破甲聚能试验装置,分析了其核心部件药型罩的电铸过程中的电场分布。采取超窄脉宽电源和阴极旋转的方式,像形阳极、阴极电场局部屏蔽和去泡等辅助工艺措施,制备出高纯度、超细晶粒电铸镍药型罩。采用X射线等现代检测方法对电铸药型罩进行了检测,结果表明,药型罩含镍量不小于99.9%,电铸层晶粒尺寸小于100nm,且组织致密。晶体以细小的等轴-柱状晶方式生长,并存在明显的择优生长取向。电铸镍药型罩头部速度超过10km/s,射流的凝聚性和均匀性非常好,为提高破甲侵彻性能提供了保证。     

磨擦辅助对电铸镍组织结构的影响

在电铸镍的过程中,由于电沉积机理的复杂性,电铸层的组织结构受多重工艺参数的影响,且还需解决镍电铸层存在针孔和结瘤等缺陷的问题。采用磨擦辅助电铸技术进行电铸镍,可以有效抑制电铸层缺陷的产生,在设计的试验装置上,制备了不同微观组织结构的镍电铸层。研究了磨擦强弱对镍电铸层的表面形貌、织构等微观结构的影响。结果表明:在磨擦辅助电铸镍过程中,随着阴极表面线速度的提高,游离微珠对电铸层的整平作用和晶粒细化作用相应增强。旋转阴极在不同的线速度条件下,可以制备出大范围不同微观结构的镍电铸层,其晶粒尺寸在(100~600)nm之间。随着阴极速度的提高,镍电铸层各晶面的相对生长速率差别变小。     

微电铸中电流-流体耦合场数值分析及实验

微电铸是LIGA/UV-LIGA的核心技术,在微机电系统和微纳米制造领域有着很好的应用前景。为了探究微电铸的内在规律,需要对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行数值仿真研究。以微流控芯片的微模具为研究对象,在建立微电铸的数学模型的基础上,分别给出描述电流密度和流体流场的偏微分方程。运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到电流密度分布和流体流场分布的数值结果。选择十字铸层上的测量点,由测量点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4小时的铸层生长高度仿真值,与相同工艺条件的微电铸实验铸层生长高度进行对比。结果表明,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437μm,最小绝对偏差为0.264μm。这种数值仿真方法能够用于微电铸工艺和设计的辅助分析,缩短微电铸工艺的开发周期。     

硬质粒子摩擦法电铸新技术的研究

提出一种新型的硬质粒子摩擦法电铸技术，从理论上深入探讨了硬质粒子摩擦法电铸技术的沉积机理，并通过金属镍的电铸试验加以验证。理论分析和试验结果表明：硬质粒子摩擦法电铸技术在阴阳极之间引入硬质粒子，并通过电铸芯模的旋转，带动硬质粒子运动，使其不断摩擦、撞击阴极表面，能有效地去除沉积层表面的吸附气泡和积瘤，获得表面平整光亮的电铸层；通过减薄扩散层和扰动结晶过程，能细化晶粒，提高电铸速度。研究结果显示，硬质粒子摩擦法电铸技术在回转体类薄壁零件的电铸成形中有实用价值。     

用优化象形阳极改善合金电铸层的沉积分布

设计了一种可用于复杂回转形零件电铸的装置,为了改善合金电铸时沉积金属分布的均匀性,该装置采用了特殊结构的象形阳极并利用ANSYS有限元软件对象形阳极进行了精确的轮廓形状设计。对某喷管模拟件进行了镍锰合金的电铸试验,得到了较均匀的电铸层厚度及锰含量分布。该方法既可提高生产效率,又可降低成本。     

基于纳米氧化镧的精密电铸工艺试验研究

采用纳米稀土La2O3为添加剂，研究其对电铸镍溶液特性、铸层微观结构及其性能的影响。通过对沉积过程中阴极极化曲线的测定，探讨了纳米La2O3在电极表面的作用机理，并采用SEM、XRD等现代分析手段对电铸层微观结构进行了测试和分析。试验结果表明：纳米La2O3能够在阴极表面发生特性吸附，增大阴极极化，细化精密电铸层晶粒，提高铸层的均匀性；晶粒生长在（220）晶面方向上存在明显的择优取向；获得的电铸层显微硬度比普通电铸层有显著提高。     

电沉积技术中象形阳极的形状设计

利用ANSYS有限元软件，通过电场分析和优化设计，对电沉积技术中所用的象形阳极进行了形状设计。以电铸某喷管为例，辅助人工干预的办法，得到了带有屏蔽段的优化象形阳极，使阴极电场强度(电流密度)分布的均匀性得到了改善。该设计方法可替代传统的经验设计方法。     

微细电铸Over-plating成型过程的数值模拟与实验研究

微细电铸的Over-plating过程对电铸成型金属器件的质量有直接影响。通过有限元方法对微细电铸过程的电场进行建模分析,利用迭代边界法对Over-plating动态过程的阴极电流密度分布进行数值模拟;通过对直径300μm、深100μm微孔结构的电铸实验,得到了不同时间下Over-plating过程的电铸层形貌;实验结果与数值模拟有着很好的一致性,表明基于有限元的迭代边界分析方法是合理的,也为后续对微细电铸Over-plating成型过程的定量分析提供了参考。     

研究UV-LIGA微电铸电极过程的交流阻抗法

在给定的电铸液组分和工艺路线下,运用交流阻抗法研究了微电铸镍结构的电极过程动力学特性。建立了微电铸体系的等效电路,根据实验获得的交流阻抗图和电阻电抗频率响应,分析了搅拌、整平剂对微电铸体系交流阻抗的影响,计算了电极过程的交换电流密度。结果表明,加入十二烷基硫酸钠整平剂数量存在一个使交流阻抗最小的最佳值,大小为3 g/L,在有搅拌、加入最佳量的整平剂时,体系电极过程的交换电流密度为0.171 A/dm²。在微电铸过程中有搅拌、加入适量整平剂使电铸液交流阻抗下降,阴极电流效率提高,可以改善微电铸镍结构的表面性能、致密度和高度均匀性。     

基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真

针对电解加工产生的气泡影响加工精度的问题,引入Euler Euler双流体模型对电解加工中气液两相流场进行描述,并耦合电场和温度场相关模型,分析了工具阴极、工件阳极表面气泡率、温度、电导率和电流密度的分布规律;通过调整加工电压、入口压力和出口压力,对工件阳极表面气泡率和电流密度分布进行仿真优化。仿真结果表明：在流速相同的条件下,减小加工电压、增加出口压力能够改善电导率分布,使阳极表面电流密度分布更加均匀。实验结果表明：仿真得到的阳极表面电流密度分布与工件轮廓高度误差分布吻合;采用优化后参数加工出的工件轮廓精度得到提高。     

电铸模具新工艺

一、原理电铸是一种电化学铸造法,即采用电镀的原理,用电解的方法使金属离子还原沉积在阴极表面上,该阴极就是在预定形状、尺寸、准确度和粗糙度的母模上,进行控制性的电解沉积,当沉积层达到所需厚度后,将母模与沉积壳体分离,即获得电铸壳体的内形正好形成与母模的外形凹凸相反的空腔。它即是电铸的本体。     

基于计算流体动力学软件的型腔电解流场仿真

针对型腔电解加工中阴极流场设计分析的难点,应用计算流体动力学软件对型腔电解加工的流场进行仿真,得到加工间隙中流场的速度和压力分布,用以指导阴极的流场改进设计。经工艺试验验证,仿真结果较准确反映了型腔电解加工过程中的流场压力和速度分布,从而可以显著减少阴极流场设计中试验修正的次数,实现高效、低成本设计工具阴极流场之目的。     

纳米碳化硅增强铜基复合材料的组织及其磨损性能

为了探求在常温下制备颗粒弥散增强金属基复合材料的方法,采用复合电铸工艺在室温下制备了纳米碳化硅粒子弥散增强铜基复合材料,对其表面形貌、微观组织结构进行了观察,对显微硬度、磨损性能及导电性能进行了测试。结果表明：纳米碳化硅粒子均匀弥散分布在铜基体中,且与基体结合良好;复合材料表面平整、细密;与电沉积纯铜材料相比,其显微硬度明显提高,磨损性能改善,导电性能下降幅度不大。     

电镀单层CBN薄片砂轮磨粒分布的实验研究

提出一种电镀单层CBN砂轮磨粒浓度和分布均匀性的评价计算方法,通过建立数学模型推导出磨粒在单层分布状态下的面积百分比浓度最大值。结合实验分析了脉冲占空比和植砂时间与砂轮浓度及分布均匀性之间的关系,得出不同的占空比和植砂时间下砂轮磨粒浓度及分布均匀性的变化规律。实验结果表明:当阴极均值电流密度取0.6A/dm2,且占空比为0.4～0.6时,磨粒分布的不均匀性主要表现形式为堆挤磨粒比面积在各观测区域的差异和未堆积磨粒在各观测区域数量上的差异;当阴极均值电流密度取0.2A/dm2,且占空比为0.1～0.3时,磨粒分布的不均匀性表现为未堆积磨粒在不同观测区域数量上的差异。此外,在均值电流恒定时,延长植砂时间可有效提高砂轮磨粒浓度,但磨粒分布均匀程度会显著降低。     

基于计算流体动力学软件的型腔电解流场仿真

针对型腔电解加工中阴极流场设计分析的难点,应用计算流体动力学软件对型腔电解加工的流场进行仿真,得到加工间隙中流场的速度和压力分布,用以指导阴极的流场改进设计。经工艺试验验证,仿真结果较准确反映了型腔电解加工过程中的流场压力和速度分布,从而可以显著减少阴极流场设计中试验修正的次数,实现高效、低成本设计工具阴极流场之目的。

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高速运行条件下静压气浮导轨摩擦力分析

以静压气浮导轨为研究对象,对导轨气浮块底部气体压力的二维分布规律及影响摩擦力的因素进行了理论分析。在气浮块气膜受力分析的基础上,推导了单孔和多孔矩形气浮块底部气体压力的二维分布方程、气浮导轨摩擦力方程,获得了速度与摩擦力之间的关系。以三坐标测量机为实例进行仿真,结果表明高速运行条件下静压气浮导轨的摩擦力降低了三坐标测量机的定位精度,且其对系统运动速度的影响不可忽略。