关键词:
铜锌合金
微弧氧化
颗粒掺杂
电火花加工
CeO2颗粒
摘要:
铜金属一般具备良好的导热性,是电火花加工(EDM)常用的电极材料(黄铜、铜钨、铜等)。但铜金属在高温、盐雾等恶劣环境内,耐腐蚀性能急剧下降,存在电蚀、磨损腐蚀和电偶腐蚀等行为;并且当铜金属作为电极材料进行EDM加工时,电极受高温流场影响会产生较高的电极损耗。针对铜金属固有的表面腐蚀问题,及其作为EDM电极对工件进行加工时出现的高温损耗等行为,本文提出了在黄铜表面制备颗粒掺杂微弧氧化(MAO)复合膜层的方法。本文主要研究内容如下:(1)首先针对黄铜表面微弧氧化初期难以形成稳定等离子体放电通道的特点,调配由Na2Si O3和Na OH组成的混合电解液。通过正交试验和极差分析对MAO电参数进行优化,优化结果为:氧化时间80min、占空比20%、正向电压550V、反向电压5V;纳米颗粒Ce O2掺杂后,膜层表面孔隙率和粗糙度分别从35.11%、3.883μm降至32.98%、3.331μm,膜层致密度和平整度都有所改善;复合膜层腐蚀电位Ecorr和自腐蚀电流密度icorr分别为-0.0436V、7.402×10-5A/cm2,与黄铜基体和颗粒添加前膜层相比,腐蚀电位分别上升了60.15%和55.1%,而自腐蚀电流密度下降了3个和1个数量级。(2)其次进行关于CeO2颗粒浓度的单因素试验:向硅酸盐电解液中添加不同浓度的Ce O2纳米颗粒(0、2、4、6、8g/L),对黄铜基体进行微弧氧化制备得到MAO复合膜层,电参数的设置基于前期正交试验获得的最优参数组合。对5组MAO复合膜层进行孔隙率和耐蚀性等性能的表征,结果如下:随着掺杂Ce O2浓度从0升至8g/L,膜层孔隙率从36.08%依次降至33.42%、29.02%、27.08%和25.36%;当Ce O2浓度为4g/L时,膜层具有最大的自腐蚀电位0.177V和最小的自腐蚀电流密度5.589×10-5A/cm2,此时膜层耐腐蚀性能最强。(3)最后进行黄铜电极电火花加工304不锈钢试验。通过正交试验与灰色关联分析优化EDM电参数,优化结果:峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔和间隙电压依次为3A、30μs、4μs和50V。在最优EDM参数组合基础上,使用黄铜电极、MAO膜层电极和MAO复合膜层电极分别对304不锈钢工件进行EDM加工,并对比分析三种电极的材料去除率MRR、电极损耗率TWR和表面粗糙度SR等加工性能。EDM加工结果显示:三种电极MRR分别为0.1008、0.1684和0.1893mg/s;TWR分别为0.0366、0.0248和0.0205mg/s;工件SR分别为3.084、2.058和1.873μm。与黄铜电极相比,MAO膜层电极和MAO复合膜层电极MRR分别提高了59.13%和87.8%;TWR分别下降了32.3%和43.97%;SR分别下降了33.27%和39.27%。