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电铸技术的改进

作者:兰州厚壁无缝钢管    来源:兰州锅炉管    点击数:   更新时间:2017年04月01日 【字体:

电铸技术的改进

 电铸技术作为一种基于金属离子阴极电沉积原理制造金属零部件的精密制造技术,其基本原理是把预先按所需形状制成的原模作为阴极,用电铸材料作为阳极,一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中,通以直流电。在电解作用下,原模表面逐渐沉积出金属电铸层,达到所需的厚度后从溶液中取出,将电铸层与原模分离,获得与原模形状相对应的金属复制件。电铸技术已成功应用于精密模具、航空宇航和兵器等高新技术领域。

  但是,电铸技术还存在铸层性能不稳定、常温以及中温条件下强度不高等问题,限制了其进一步发展和应用。为了提高电铸制品的质量,正在进行各种改进电铸技术的研究,主要有:(1)采用脉冲电流。脉冲电铸是近几年的研究热点,因其能细化晶粒的效果,显著提高电铸层质量和强度,并且易与其他手段结合。据报道,使用脉冲电流获得的金属镍纳米晶粒尺寸在70 nm 左右,电铸层强度高达1160 MPa,为微米级晶粒电铸层强度的2 倍多。(2)嵌入强化粒子或纤维。例如Ni-WC、Ni-CB、Ni-CNT(碳纳米管) 和Ni-SiC 复合电沉积层,粒子的嵌入显著提高了电沉积层的拉伸性能,其中,Ni-CNT 复合电沉积层的强度达到918 MPa。另据报道,采用轻质高强度纤维与金属镍、铜和铝进行复合电铸,如Ni-B 沉积层,其抗拉强度达到1350 MPa。由于在纤维?金属电铸层中,起主要承载作用的纤维强度远高于电铸金属的强度,所以最终获得的纤维?金属复合电铸层的强度极高。

  为了满足某些特殊场合对更高强度的要求,南京航空航天大学将上述两类方法结合起来,在使用脉冲电流进行电沉积的同时,将具有更高强度的钨丝掺杂至电铸层,获取了具有极高强度的钨丝?镍复合电铸层。电铸实验阳极采用镍球,阴极为铝棒,通过导电环连接到电机旋转轴上。钨丝穿过导向器紧紧贴在芯模表面。电机旋转带动钨丝不断缠绕在阴极芯模上,同时控制器带动钨丝在水平方向上做微小移动,如此在圆周上缠丝的同时进行电铸,获得圆筒形复合电铸层。通过控制电机转速和水平轴的移动来控制纤维缠绕间隙,同时通过电量来控制镍的沉积速度以控制钨丝的体积分数,将钨丝均匀地掺杂至电铸层。选用的钨丝直径为20微米,电源采用微秒级的高频窄脉宽脉冲电源。

  研究结果表明:随着高强度钨丝的不断掺入,复合电铸层的拉伸强度不断提高,当钨丝的体积分数达到45%时,拉伸强度达到峰值1650 MPa;镍晶粒细化显著,复合电铸层内部孔隙率明显降低,获得的钨丝?镍复合电铸层拉伸强度与使用普通直流的结果相比提高了30%左右;在200、400 和600℃的中温条件下,钨丝?镍复合电铸层依然具有很高的拉伸强度,其值分别为1358、911和305 MPa。

  

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