薄壁凹凸结构电铸成形基础研究

发布时间：2017-08-25 03:45

  本文关键词：薄壁凹凸结构电铸成形基础研究

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【摘要】：随着航空领域技术的发展,航空产品不断地趋于薄壁化、整体化、复杂化。薄壁零件以其质量轻、强度高等优点,已经被广泛应用于航空产品中。薄壁零件在传统加工中,难以保证尺寸精度、形状精度等设计要求。而电铸技术作为一种增材特种加工技术,在薄壁零件方面具有特有的优点,能够避免传统加工的问题。因此,本文针对薄壁凹凸结构零件开展了电铸成形基础试验研究。对于凹形结构和凸形结构电铸阳极设计,本文提出了一种ANSYS阳极优化设计的方法。在ANSYS阳极优化设计中,阴阳极间距为小间隙,阳极上的控制节点根据对应阴极节点的电场强度进行距离调整,实现对阴极表面电场分布均匀性的控制,这种方法能够有效地改善阴极表面电场分布的均匀性。并且在电铸均匀性试验中,其电铸件厚度均匀性与优化仿真得到的均匀性分布较为一致,由此验证了该阳极优化设计方法的有效性。对于薄壁凹凸结构电铸阳极设计,本文采用不溶性组合阳极的优化设计方案。将优化后的凹形和凸形结构电铸阳极轮廓进行组合,形成优化后的组合阳极轮廓。采用不溶性组合阳极的方案,能够使得阴极表面电场强度分布均匀性得到提高,阴极表面电场强度最大值与最小值由初始的3.04降低到1.20。对于薄壁凹凸结构电铸成形试验,本文设计了一套完整的试验系统装置。采用镂空式不溶性组合阳极,在阴阳极小间隙间距下,结合阴极微幅平动方式,进行电铸均匀性试验。通过优化前阳极与优化后阳极的对比试验,得出不溶性组合阳极设计方法的有效性。在薄壁凹凸结构电铸成形试验中,对于电铸溶液中镍离子浓度降低的问题,本文设计了一种利用离子膜电解槽补充镍离子的试验装置。首先,利用离子膜电解槽进行了电解镍的基础试验,探讨了电流密度对电解槽阳极镍溶解质量和电解槽阳极电流效率的影响、阴阳极间距的影响以及电解镍稳定性的影响因素。然后,将离子膜电解槽结合电铸槽,形成了一套镍离子补充装置,并进行了电铸镍的基础试验。通过对电解槽阳极镍溶解质量与电铸槽阴极镍沉积质量的比较,来研究电铸溶液中镍离子浓度的变化。研究结果表明:维持电铸槽中镍离子浓度动态平衡的条件是电解槽的电流等于电铸槽的电流。
【关键词】：电铸 阳极设计 不溶性阳极 薄壁凹凸结构 镍离子补充
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261.52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题背景13-14
• 1.2 电铸技术概论14-15
• 1.2.1 电铸技术的基本原理14
• 1.2.2 电铸的基本工艺过程14-15
• 1.2.3 电铸技术的特点15
• 1.3 电铸技术的研究与应用15-18
• 1.3.1 电铸技术的研究进展15-17
• 1.3.2 电铸技术的应用17-18
• 1.4 电铸层均匀性的研究18-19
• 1.5 课题的研究意义及主要内容19-21
• 1.5.1 课题研究意义19
• 1.5.2 本文研究主要内容19-21
• 第二章 电铸技术相关理论21-30
• 2.1 电化学基本原理21
• 2.2 电沉积的基本理论21-23
• 2.2.1 法拉第定律21-22
• 2.2.2 电极/溶液界面双电层理论22
• 2.2.3 电极极化22-23
• 2.3 电铸阴极上的电流密度分布23-25
• 2.4 电铸电场25-27
• 2.4.1 电铸电场数学模型的建立25-26
• 2.4.2 电铸电场有限元法求解26-27
• 2.5 电铸中的流场27-28
• 2.6 电铸阳极电极过程28-29
• 2.6.1 阳极的电化学溶解和钝化28
• 2.6.2 阳极的化学溶解28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第三章 薄壁凹凸结构电铸阳极优化设计30-40
• 3.1 电铸阳极优化设计30-35
• 3.1.1 阴阳极初始间距对阴极电场分布影响（以凸形结构电铸阳极为例）30-32
• 3.1.2 电铸阳极优化设计方案32-35
• 3.2 薄壁凹凸结构电铸阳极设计实例35-39
• 3.2.1 凹形结构电铸阳极优化设计35-36
• 3.2.2 凸形结构电铸阳极优化设计36-37
• 3.2.3 薄壁凹凸结构电铸阳极优化设计37-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 薄壁凹凸结构电铸均匀性试验研究40-54
• 4.1 凹形结构和凸形结构电铸均匀性试验40-43
• 4.1.1 试验装置设计40-42
• 4.1.2 电铸试验过程42
• 4.1.3 试验结果及讨论42-43
• 4.2 薄壁凹凸结构电铸均匀性试验43-53
• 4.2.1 试验工作原理43-44
• 4.2.2 试验装置设计44-48
• 4.2.3 电铸试验过程48-49
• 4.2.4 试验结果及讨论49-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 利用离子膜电解槽补充镍离子基础试验研究54-67
• 5.1 离子交换膜性质及其应用54-55
• 5.1.1 离子交换膜的性质54
• 5.1.2 离子交换膜的应用54-55
• 5.2 离子膜电解槽电解镍试验研究55-63
• 5.2.1 离子膜电解槽电解镍工作原理55-56
• 5.2.2 离子膜电解槽电解镍试验装置56-58
• 5.2.3 离子膜电解槽电解镍试验过程58-60
• 5.2.4 离子膜电解槽电解镍试验结果分析60-63
• 5.3 镍离子补充装置电沉积镍试验研究63-66
• 5.3.1 满足电铸槽中镍离子浓度平衡的条件63
• 5.3.2 镍离子补充装置整体结构63-64
• 5.3.3 镍离子补充装置电铸镍试验过程64-65
• 5.3.4 镍离子补充装置电铸镍试验结果分析65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 论文工作总结67
• 6.2 对未来工作的展望67-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文75

【参考文献】

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本文编号：734896