纳秒脉冲电流提高微细电化学加工精度的研究

分析了电极反应的暂态过程,探讨了超短脉冲电流提高电化学加工精度的机理,并根据法拉第定律和巴特勒伏尔摩方程建立了电化学暂态加工的数学模型。在微细电化学加工系统中,采用纳秒级的超短脉冲电流,通过加工试验验证了理论分析,加工出了直径为20μm的微小孔。     

发动机叶片电解加工等入流角流场设计与试验研究

在大扭角、长叶身型复杂曲面叶片电解加工中,通常采用传统纵向侧流式流场加工,电解液在叶尖至叶根的入流角度差异较大,电解液分流不均,易引发短路等加工意外。提出了一种等入流角流场,即在理论模型上由叶尖至叶根截取若干截面,在截面中以进排气边缘两侧切线的角平分线方向为入流方向,将各流道沿各自的入流方向延伸形成等入流角流场。该方法均匀了电解液入流角,有利于提升流场稳定性。利用有限元方法对等入流角与纵向侧流式流场进行了对比,结果表明等入流角流场可有效提升流场的均匀稳定。进行了等入流角流场的加工试验,结果表明该流场可获得较好的加工稳定性与加工质量。     

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。     

钛铝金属间化合物电解线切割精整加工试验研究

提出了电火花线切割与电解线切割组合加工钛铝金属间化合物TiAl 45XD材料的方法,其中电解线切割精整加工一次“走刀”去除重铸层,二次“走刀”消除可能出现的晶间腐蚀。分别研究了铸造TiAl 45XD机械抛光表面和电火花线切割表面的电化学特性,发现两种表面在水基溶液中均有钝化现象,在乙二醇基溶液中几乎无明显的钝化现象,与在水基溶液中相比,两种表面在乙二醇基溶液中均更易被腐蚀,且电火花线切割表面较机械抛光表面的腐蚀程度更高。分析了进给速度和切深对表面完整性的影响,试验结果表明：一次“走刀”进给速度为25 μm/s、切深为20 μm,二次“走刀”进给速度为60 μm/s、切深为0时,重铸层被去除,无晶间腐蚀,表面粗糙度值减小至1.6 μm,平均进给速度为17.65 μm/s。该试验结果验证了使用电火花线切割粗成形、乙二醇基溶液电解线切割精整加工钛铝金属间化合物是可行的高表面完整性直纹构件加工方法。     

纳米晶粒精密电铸层力学性能的试验研究

采用高频窄脉宽脉冲电流、高速冲液等方法获得金属镍纳米晶粒精密电铸层。分析、研究了晶粒大小对沉积层力学性能的影响。结果表明,随着晶粒尺寸的减小,沉积层微观硬度和强度性能得到了明显提高。常温条件下,沉积层晶粒从1 000 nm细化至70 nm时,其抗拉强度可提高至1 160 Mpa,但随着沉积层晶粒进一步细化,其抗拉强度呈下降趋势,出现与传统的Hall-Patch理论相背离现象。200 ℃时,得到和常温条件下类似结果,而400 ℃时,其抗拉强度随着晶粒的细化基本保持不变。     

采用BP神经网络的叶片电解加工精度预测

工件成型精度的预测是实际电解加工的重要研究课题,快速、准确地选取加工参数并预测出工件的形状精度可以减少试验次数,缩短试制周期,降低生产成本。本文以某型发动机叶片为研究对象,对影响电解加工精度的主要加工参数进行了分析,结合工艺试验的数据建立了BP网络模型,并采用该模型进行了不同加工参数组合下叶片型面的预测。结果表明,该模型的预测精度比较高,具有一定的工程实用性。     

纳米晶镍锰合金的脉冲电铸研究

利用冲液装置进行了镍锰合金的脉冲电铸试验,并对电铸层的锰含量、晶粒尺寸和显微硬度进行了测试。结果表明电铸层的晶粒可达到纳米级。分析讨论了电流密度和脉冲参数对电铸层锰含量、晶粒尺寸和显微硬度的影响规律。     

屏蔽膜板随动式微细电铸技术基础研究

提出了屏蔽膜板随动式微细电铸技术，屏蔽阳极膜板随电沉积层的增加而微量移动，从而可以用厚度有限的屏蔽层制造出原理上高度不受限制的三维金属微结构。针对该工艺的特点研制了试验装置，利用紫外光刻制作的屏蔽阳极膜板开展了两种随动方式的研究，分别得到了侧壁陡直的微齿轮和具有倾斜轮廓的微十字结构。     

三头进给电解加工叶片流场特性

为合理利用流场因素对叶片电解加工的影响,提高叶片电解加工的精度和表面质量,结合自行研制的新型三头进给叶片电解加工机床,建立电解加工流场的数学模型,设计新的"双向进液"的流动形式及适应该流动形式的电解加工夹具,分析气泡率、温度、压力、流速等因素对电解加工的影响.进行叶片电解加工试验,试验表明,流场设计合理,有利于保证加工的稳定性,提高叶片加工质量,并可实现叶片叶身、缘板的全方位电解加工.     

高深宽比微细结构电铸时传质过程数值分析

针对高深宽比微细结构电铸时存在严重传质受限的问题,以微深槽特征为分析对象建立液相传质两种数学模型——维扩散模型和二维对流—扩散模型,并分别用Matlab专用工具箱和Fluent 6.2流体仿真软件进行数值求解,依次分析以扩散、强制对流－扩散、复合对流(强制对流和自然对流)－扩散等为主导传质模式作用下微细电铸时,流场和离子浓度场的空间变化规律及其对液相传质效果的影响,并进行试验验证。结果表明：微细结构电铸时,单一扩散作用仅能用于深宽比小于2且电流密度小于2 A/dm2的液相传质场合;槽外强制对流只能对深宽比小于2的微槽内电解液产生一定搅拌作用;强化槽内自然对流作用并与槽外强制对流协同配合时,槽(深宽比为5)内可形成独特的单个或多个占据整个槽空间的涡流循环胞,涡流流速约为强制对流流速的1/20～1/2,明显改善传质效果,试验结果与此相印证。