钛合金TC18的“电解—约束刻蚀”复合电化学加工研究

发布时间：2017-10-15 05:28

  本文关键词：钛合金TC18的“电解—约束刻蚀”复合电化学加工研究

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【摘要】：钛合金因其良好的综合性能,被广泛应用于航空、汽车、化工等领域,然而其也存在高硬度和高粘塑性的特点,因此通过传统的机械切削加工难以取得较好的效果,尤其是复杂三维结构的加工。采用电化学加工的方法是一种解决上述问题的较佳的思路。电解加工具有较高的加工效率,但是其存在加工稳定性差,加工精度欠佳的缺点,而约束刻蚀层加工技术能够实现高精度的三维微结构加工,本文提出将两种加工方式完美融合,形成一种新型的复合加工方式,即“电解—约束刻蚀”复合电化学加工技术,以期实现效率高、精度好和表面质量佳的加工。论文论述了几种典型的复合电解加工技术和电化学微细加工技术的现状和发展趋势,着重分析和探讨了电解加工和约束刻蚀剂层技术的原理及特点,总结了两种加工方式的优缺点,确定了复合的必要性和可行性;通过化学和电化学实验,如失重法、塔菲尔曲线、循环伏安曲线等,初步确定了适合钛合金TC18的约束刻蚀电解液体系。论文所设计的复合方式为:通过双刀双掷开关控制极性转换,电解加工和约束刻蚀加工交替进行(本文中设计在阳极产生刻蚀剂)。在电解加工周期,模板电极为阴极,被加工件为阳极,工件发生阳极溶解反应;在约束刻蚀周期,被加工件处于开路状态(外接一个承接电极做阴极),模板电极为阳极,发生刻蚀反应。论文通过单因素和正交试验对钛合金TC18的复合加工电解液进行筛选和优化,最终确定了一种既适合电解加工,又适合约束刻蚀加工的复合电解液体系:25g/L NaBr+15g/L NaNO3+20g/L NaNO2+7g/L NaF+10g/L Na OH+10g/L柠檬酸钠+0.2g/L十六烷基三甲基溴化铵;通过对其加工参数的研究与分析,选定了脉冲电源作为加工电源,并当电压为6 V,频率为320 Hz,占空比为1:16,电解液循环水泵转速(控制电解液流量)120 r/min时,在钛合金TC18试样上加工出释放精度为68μm,表面粗糙度为0.72μm的与模板互补的半球面。论文的研究表明,“电解—约束刻蚀”复合加工在三维复杂结构方面,呈现出较强的优势,但是离目前约束刻蚀层技术在微加工领域所达到的加工精度还有很大差距,相信经过后续的不断研究与完善,该加工技术会获得成功的工业应用。
【关键词】：钛合金TC18 约束刻蚀层技术 电解加工 复合加工 三维复杂形貌
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG662
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-26
• 1.1 发展钛及其合金加工技术的意义8-9
• 1.2 钛合金的加工方法概述9-11
• 1.2.1 机械加工9-10
• 1.2.2 特种加工10-11
• 1.3 电解加工技术概述11-12
• 1.4 复合电解加工技术概述12-16
• 1.4.1 电化学机械光整加工13-14
• 1.4.2 电解辅助在线削锐磨削14
• 1.4.3 超声电解复合加工14-15
• 1.4.4 电解电火花复合加工15-16
• 1.5 电化学微细加工技术概述16-24
• 1.5.1 扫描电化学显微镜（SECM）技术16
• 1.5.2 扫描探针显微镜（SPM）技术16-17
• 1.5.3 EFAB技术17-19
• 1.5.4 3D电化学加工19-20
• 1.5.5 LIGA技术20-21
• 1.5.6 电化学湿印章技术（E-WETS）21-22
• 1.5.7 约束刻蚀剂层技术（CELT）22-24
• 1.6 研究的内容24-26
• 第2章 实验方法26-34
• 2.1 实验药品及材料26-27
• 2.1.1 实验所需的化学试剂26
• 2.1.2 实验研究材料及其预处理工艺26-27
• 2.1.3 实验所需其他材料与仪器27
• 2.2 实验研究的电极制作27-29
• 2.2.1 Pt半球工具电极的制备28
• 2.2.2 被加工件的制备28-29
• 2.3 加工系统29-30
• 2.4 加工电源及参数30-31
• 2.5 电解液供给与电解产物排出的方式及设备31-32
• 2.6 电解—约束刻蚀复合方式的设计32-33
• 2.7 电解—约束刻蚀复合加工的操作流程33-34
• 第3章 钛合金TC18约束刻蚀体系的研究34-40
• 3.1 钛合金TC18约束刻蚀体系的选择34
• 3.2 钛合金TC18约束刻蚀体系的电化学研究34-39
• 3.2.1 塔菲尔极化曲线分析34-35
• 3.2.2 钛合金TC18在腐蚀体系中的失重实验35-37
• 3.2.3 循环伏安曲线分析37-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 钛合金TC18的电解—约束刻蚀复合加工研究40-57
• 4.1 引言40
• 4.2 电解—约束刻蚀加工复合电解液的筛选40-56
• 4.2.1 单一电解液的加工实验40-43
• 4.2.2 电解—约束刻蚀复合电解液体系的筛选43-46
• 4.2.3 复合电解液的单因素实验46-56
• 4.2.4 表面活性剂对复合加工的影响56
• 4.3 复合电解液配方的确定56-57
• 第5章 不同电源波形下的电解—约束刻蚀复合加工的研究57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 直流电源下单纯的电解加工实验57-58
• 5.3 脉冲电源下单纯的电解加工实验58-59
• 5.4 脉冲电源下电解—约束刻蚀复合加工实验59-65
• 5.4.1 占空比对复合电解加工的影响60-62
• 5.4.2 脉冲频率对复合电解加工的影响62-63
• 5.4.3 脉冲电压对复合电解加工的影响63-65
• 5.5 复合加工实验65
• 5.6 本章小结65-67
• 第6章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74

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本文编号：1035355