射流電鑄快速成型納米晶銅工藝基礎(chǔ)研究.pdf

1、快速成型技術(shù)和納米材料是當(dāng)今制造和材料領(lǐng)域的兩個重要研究方向。金屬零件的快速制造已成為當(dāng)前快速成型領(lǐng)域的研究熱點和快速成型技術(shù)的最終目標(biāo)之一。探索制備高質(zhì)量的三維大尺寸塊體納米晶體材料工藝方法已成為納米材料研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。電鑄是一種利用電沉積方法來成型金屬零件的精密制造技術(shù)，在電鑄中采用射流方式可大大提高陰極極限電流密度，顯著提高電沉積速度和細化沉積層晶粒。本文將射流電鑄和快速成型技術(shù)有機結(jié)合起來，發(fā)展了一種新的直接快速成型金屬零件

2、的新方法，進行了納米晶銅的快速制備和直接快速成型納米晶銅零件的基礎(chǔ)試驗研究，并取得了以下的主要結(jié)論： (1) 根據(jù)電沉積有關(guān)基礎(chǔ)理論，分析了影響電鑄速度的主要因素，總結(jié)了提高電鑄速度和細化電鑄層晶粒的措施，根據(jù)射流電鑄的流場和電場分布特點分析了射流電鑄快速成型的可行性。 (2) 將射流電鑄與快速成型技術(shù)有機結(jié)合起來，發(fā)展了一種新的直接金屬零件快速成型新方法——射流電鑄快速成型技術(shù)，研制了射流電鑄快速成型設(shè)備系統(tǒng)。設(shè)計開發(fā)

3、了具有脈沖波形好、性能穩(wěn)定的脈沖電源。 (3) 系統(tǒng)研究了直流電鑄工藝參數(shù)、脈沖電流、添加劑硫脲以及電鑄液中加入納米Al2O3顆粒時對電鑄層表面形貌的影響。研究結(jié)果表明，在電流密度相同時，增大電鑄液噴射流速、提高噴嘴移動掃描速度有利于獲得顆粒細小、表面平整的鑄層；脈沖電流、添加劑硫脲以及電鑄液中加入的納米Al2O3顆粒有助于獲得平整性好的電鑄層表面，其中硫脲的作用顯著，能在高電流密度下抑制樹枝狀晶生長的形成。 (4) 采

4、用不同工藝方法在較寬電流密度范圍內(nèi)制備出了具有納米晶結(jié)構(gòu)的銅電鑄層，晶粒尺寸在30～80nm之間。噴嘴移動掃描速度對銅電鑄層多孔結(jié)構(gòu)有明顯的影響。脈沖、添加劑硫脲、納米Al2O3顆粒能細化晶粒和提高電鑄層的致密性，其中添加劑硫脲的作用最為明顯。 (5) 對不同工藝條件下制備的納米晶銅電鑄層的力學(xué)性能進行了分析研究。結(jié)果表明，制備工藝條件對納米晶銅電鑄層的力學(xué)性能有較大的影響。在一定的電流密度下，直流和復(fù)合條件下制備的納米晶銅電鑄

5、層具有較好的塑性，延伸率最高達17﹪，且在塑性流變階段沒有出現(xiàn)應(yīng)變強化現(xiàn)象。脈沖電流和添加劑條件下制備的納米晶銅電鑄層具有較高的強度和硬度，最大抗拉強度是冷軋細晶銅的2 倍以上。納米晶銅的相對電極損耗小于槽鍍粗晶銅。 (6) 研究分析了射流電鑄的鑄速、定域性、電鑄層厚度分布及其對成型精度的影響。用射流電鑄快速成型設(shè)備成型了一組具有不同形狀和不同厚度的具有良好形狀和尺寸精度的納米晶銅零件。制備了一組厚度在1.1～2.0mm 范圍內(nèi)