化学复合镀制备铁基金刚石磁性磨料工艺研究

发布时间：2017-10-01 03:19

  本文关键词：化学复合镀制备铁基金刚石磁性磨料工艺研究

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【摘要】：随着现代工业迅速发展,对零部件可靠性和使用寿命的要求越来越高,工件表面质量越来越重要。磁力研磨技术作为一种非传统表面光整技术,具有良好的加工柔性和自适应性,可以加工平面、圆管内外表面、三维曲面等多种形状工件表面。但磁性磨料制备技术的不足严重制约了磁力研磨技术在工业上的大规模应用。化学复合镀是近20年来发展起来的用于制备金属基复合材料的一种方法,通过在化学镀液中添加高硬度或高耐磨性的微小颗粒,使其与镀层金属共沉积于工件表面,从而获得硬度高、耐磨性好的复合镀层。本文针对磁性磨料制备技术中存在的问题,并结合化学复合镀的优势,提出了酸性化学复合镀制备磁性磨料的工艺方案,主要工作包括以下几个方面：(1)以镀速、镀层硬度和镀液pH稳定性为指标,采用单因素实验和正交实验探究了各工艺参数对化学镀液性能的影响规律,得到了最佳的工艺参数组合：硫酸镍30 g/L,次磷酸钠30 g/L,乳酸21 g/L,DL苹果酸6 g/L,硫脲1.5 mg/L,丁二酸7.5 g/L,乙酸钠18 g/L,pH值5.1,温度85℃,装载比1.0 dm2/L。对以此工艺配方制备的镀层进行不同温度下的热处理并进行XRD检测,发现随着温度升高,镀层结构由非晶态向晶态转变,并生成新相Ni3P,确定了最佳热处理温度为400℃,此时硬度最高,达到805.12HV。对镀层进行热震实验和划痕实验,镀层未出现脱落现象,说明镀层与基体结合牢固。(2)采用复合滚镀的方式制备磁性磨料,以粒径为0.6 mm的碳钢小球为铁磁相,以镀层金刚石含量为指标,采用正交实验探究不同粒径金刚石微粉的最优工艺参数组合。所制备的磁性磨料整个表面均有金刚石磨粒相沉积且分布均匀,没有团聚现象,磨粒相牢固地镶嵌于镀层中。为满足不同的加工要求,制备了球形和针形两种系列多种规格的磁性磨料。(3)在平面磁力研磨装置上采用球形磁性磨料对45钢平面进行实验,研究了加工时间、主轴转速和加工间隙对工件表面粗糙度的影响,确定了合理的工艺参数值,在此基础上,探究了磨粒相和铁磁相粒径对表面粗糙度和去除率的影响。比较了球形和针形两种磁性磨料的加工性能并分析其原因。实验表明通过酸性化学复合镀制备的磁性磨料具有较高的硬度和结合力,磁力研磨性能优良,该课题为磁性磨料的规模化工业制备做出了有益的探索。
【关键词】：磁力研磨 磁性磨料 化学复合镀 镀速 表面粗糙度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG73;TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 磁力研磨加工概述10-16
• 1.2.1 磁力研磨加工原理11-13
• 1.2.2 磁力研磨的材料去除机理13-15
• 1.2.3 磁力光整加工技术国内外发展现状15-16
• 1.3 磁性磨料概述16-18
• 1.3.1 磁性磨料的性能要求16-17
• 1.3.2 磁性磨料制备技术发展现状17-18
• 1.4 化学复合镀制备磁性磨料的优点和存在的问题18-19
• 1.5 本文研究的主要内容19-21
• 2 酸性化学镀Ni-P合金镀层21-34
• 2.1 化学镀镍磷合金机理21-23
• 2.1.1 化学镀镍的热力学21
• 2.1.2 化学镀镍的动力学21-23
• 2.2 化学镀镍液组分剖析23-26
• 2.2.1 主盐23
• 2.2.2 还原剂23
• 2.2.3 络合剂23-25
• 2.2.4 稳定剂25-26
• 2.2.5 加速剂26
• 2.2.6 缓冲剂26
• 2.2.7 其他组分26
• 2.3 实验设备及试剂26-29
• 2.3.1 实验材料及试剂26-27
• 2.3.2 实验设备27-29
• 2.4 镀液及镀层性能测试方法29-31
• 2.4.1 镀液中镍、次磷酸根、亚磷酸根含量测定29-30
• 2.4.2 镀液稳定性测试30
• 2.4.3 镀层性能测试30-31
• 2.5 化学镀镍磷合金工艺31-33
• 2.5.1 镀液配置31
• 2.5.2 基体前处理31-32
• 2.5.3 施镀32
• 2.5.4 后处理32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 3 化学镀液工艺研究34-52
• 3.1 单因素法探究非主要因素对镀速的影响34-40
• 3.1.1 装载比对镀速的影响34-35
• 3.1.2 搅拌速率对镀速的影响35-36
• 3.1.3 稳定剂种类和浓度对镀速的影响36-37
• 3.1.4 加速剂种类和浓度对镀速的影响37-38
• 3.1.5 缓冲剂浓度对镀速的影响38
• 3.1.6 温度对镀速的影响38-39
• 3.1.7 络合剂种类和浓度对镀速的影响39-40
• 3.2 交实验探究主要因素的影响40-47
• 3.2.1 优化正交实验40-42
• 3.2.2 实验结果分析42-47
• 3.3 最终优化工艺配方47-49
• 3.4 热处理温度与镀层硬度的关系及镀层晶态结构分析49-50
• 3.5 镀层与基体结合力评价50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 化学复合镀制备磁性磨料52-64
• 4.1 化学复合镀沉积机理52
• 4.2 实验设备52-53
• 4.3 工艺流程53-54
• 4.3.1 金刚石微粉预处理53
• 4.3.2 铁磁相表面预处理53-54
• 4.3.3 施镀过程及后处理54
• 4.4 工艺参数的确定54-61
• 4.4.1 正交实验设计和结果54-55
• 4.4.2 金刚石磨粒相5 μm正交实验结果分析55-57
• 4.4.3 金刚石磨粒相10 μm正交实验结果分析57-58
• 4.4.4 金刚石磨粒相21 μm正交实验结果分析58-60
• 4.4.5 正交实验结果的整体分析60-61
• 4.5 制备系列磁性磨料61-62
• 4.6 镀浴老化及寿命62
• 4.7 化学镀镍操作要点及设备维护62-63
• 4.8 本章小结63-64
• 5 磁性磨料的磁力研磨性能评价64-71
• 5.1 研磨装置和研磨方法64
• 5.2 工艺参数的确定64-66
• 5.3 磨粒相粒径和铁磁相粒径对磁力研磨加工性能的影响66-69
• 5.3.1 不同粒径磨粒相的加工性能研究66-67
• 5.3.2 不同粒径铁磁相加工性能67-69
• 5.4 针形和球形磁性磨料加工性能对比69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 结论与展望71-73
• 6.1 本文总结71
• 6.2 工作展望71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

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本文编号：952024