电镀CBN过程中双电层效应产生机理及消除方法的研究

发布时间：2017-05-12 00:03

  本文关键词：电镀CBN过程中双电层效应产生机理及消除方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电镀CBN砂轮是一种超硬磨料砂轮,常用在硬齿面齿轮的磨削精加工中。作为硬齿面的精磨工具,与结合剂砂轮相比,电镀CBN砂轮具有高的结合强度及锋利的磨粒形貌,且制作成本低、使用寿命长,具有广阔的应用前景。但是在电镀法制备CBN砂轮的过程中,电极与镀液两相之间存在双电层电容效应,其阻碍了镀层金属离子的有效电沉积,导致镀层存在表面质量差、磨粒与基体结合强度低等缺陷,限制了电镀CBN砂轮的应用。针对这些问题,本研究构建了电镀系统的物理模型和数学模型,研究双电层电容效应产生的机理,提出了消除电镀双电层电容效应的方法,并进行了电镀实验研究。依据脉冲电镀原理和镀层金属电沉积原理,从理论上分析电镀过程中双电层电容效应的形成机理,建立了电镀系统的物理和数学模型,确定消除双电层效应的物理参数,分别为占空比和脉冲频率。为了保证电镀工艺的顺利实施,采用有限元法模拟研究了砂轮电镀过程中三种阳极排布对电场分布状态的影响规律。研究结果表明:单阳极板加双圆柱辅助阳极电极排布下的电场分布不均匀,不适于电镀进行;阳极板间增加圆柱辅助阳极电极排布下的电场分布较均匀,但是此种排布下的辅助阳极处场强出现极大值,会有烧伤镀液的可能;双阳极板中心对称排布下电场分布均匀,且场强极值出现在阴极附近,利于电镀进行。为了得到脉冲电镀优化工艺参数,对45#钢试样进行了电镀实验,研究了占空比和脉冲频率对镀层孔隙率和粗糙度的影响。研究结果表明:随着脉冲占空比的增大,镀层孔隙率呈增长趋势,镀层粗糙度先减小后增大;随着脉冲频率的增大,镀层孔隙率和粗糙度均出现先减小后增大的趋势。得到占空比为20%和脉冲频率为0.5kHz的优化电镀参数组合。依据所得的电镀工艺参数组合,制备了单层电镀CBN砂轮,并进行了磨削实验,对45#钢进行窄深槽磨削加工后,砂轮磨粒锋利,磨粒与基体结合强度高。由此可见,采用20%占空比和0.5kHz脉冲频率的电镀工艺参数,可以制备出高品质的单层电镀CBN砂轮。
【关键词】：CBN砂轮 双电层电容 振荡电路 占空比 脉冲频率
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG743;TQ153
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 CBN砂轮的研究现状11-16
• 1.2.1 超硬磨料CBN砂轮分类12-13
• 1.2.2 电镀CBN砂轮研究现状13-15
• 1.2.3 电镀法制备CBN砂轮缺陷问题的研究15-16
• 1.3 双电层模型概述16-19
• 1.4 课题来源及研究背景意义19
• 1.5 课题主要内容19-21
• 第二章 电镀过程双电层效应理论分析21-37
• 2.1 电镀技术及脉冲电镀21-24
• 2.1.1 电镀原理21-23
• 2.1.2 脉冲电镀23-24
• 2.2 电镀镀层结晶过程24-29
• 2.3 电镀双电层电容效应产生机理29-31
• 2.4 电镀系统物理模型及数学模型建立31-36
• 2.4.1 电镀系统物理模型31-33
• 2.4.2 电镀系统数学模型33-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 砂轮电镀电场分析37-47
• 3.1 砂轮电场强度分布情况模拟分析37-40
• 3.1.1 建立模型和单元的划分37-38
• 3.1.2 边界条件的设定与激励加载38
• 3.1.3 求解及模拟计算结果分析38-40
• 3.2 不同阳极数量及排布下的场强分布模拟分析40-42
• 3.2.1 两阳极板之间增加辅助圆柱阳极电极40-41
• 3.2.2 单阳极板及双辅助圆柱阳极电极41-42
• 3.3 阴极与阳极之间场强分布情况模拟分析42-45
• 3.3.1 双阳极板中心对称分布下场强分布情况42-44
• 3.3.2 双阳极板及极板间增加辅助电极下场强分布情况44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 制备单层CBN砂轮的电镀工艺参数及切削性能研究47-63
• 4.1 电镀实验过程47-50
• 4.1.1 实验材料及实验装置47-49
• 4.1.2 基体预处理49
• 4.1.3 脉冲电镀镍铁合金49
• 4.1.4 性能检测工具与步骤49-50
• 4.2 脉冲电镀工艺参数选择50-54
• 4.2.1 电镀实验参数50-51
• 4.2.2 实验设计51-54
• 4.3 脉冲电镀工艺参数对镀层质量的影响54-57
• 4.3.1 脉冲电镀占空比对镀层质量的影响54-56
• 4.3.2 脉冲电镀频率对镀层质量的影响56-57
• 4.4 单层电镀CBN砂轮的制备57-61
• 4.4.1 单层电镀CBN砂轮基体及超硬磨料粒度的选择57
• 4.4.2 电镀CBN砂轮夹具设计57-58
• 4.4.3 电镀CBN砂轮实验设备58-59
• 4.4.4 砂轮电镀过程59-60
• 4.4.5 实验结果及分析60-61
• 4.5 单层CBN电镀砂轮磨削实验61-62
• 4.5.1 砂轮磨削条件61
• 4.5.2 砂轮磨削性能研究61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 攻读学位期间发表的学术论文71

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