電加工用Cu-ZrB-,2-復(fù)合鍍層的制備及其電加工性能研究.pdf

1、電極的制造一直是電加工方法制造模具過程中影響制造周期與成本的主要因素之一，一種基于RP的銅電極電鑄技術(shù)，為電極的快速制造提供了一條捷徑。但是，由此制得的電極存在著銅電鑄層電加工性能較差、易破損的問題，常常導(dǎo)致加工失敗甚至模具報廢。因此，對應(yīng)一定的模具型腔深度，電極所需的銅電鑄層厚度較大，由此引起電鑄時間的大幅增加，嚴(yán)重影響了電極制造速度。 本文針對這一問題，提出了一種利用復(fù)合電沉積技術(shù)制備電火花電極材料的新方法，即在銅電鑄層中添

2、加導(dǎo)電性難熔微?！猌rB2，制備Cu-ZrB2復(fù)合鍍層以提高電極材料的抗電蝕性能。研究了脈沖電沉積Cu-ZrB2復(fù)合鍍層的制備工藝，然后采用表面分析技術(shù)(掃描電鏡、電子探針)、X射線衍射儀、恒電位儀、差熱分析及透射電鏡研究了電沉積Cu-ZrB2復(fù)合鍍層的組織結(jié)構(gòu)、沉積過程和基本性能，同時提出了脈沖電沉積條件下針對導(dǎo)電微粒的共沉積模型，最后研究了電沉積Cu-ZrB2復(fù)合鍍層的電加工性能并分析了復(fù)合鍍層的電蝕過程。研究結(jié)果表明，與直流沉積

3、相比，使用脈沖電沉積可顯著提高ZrB2微粒的復(fù)合量，脈沖電源參數(shù)——平均電流密度、脈沖頻率與占空比對ZrB2微粒的共沉積均有影響，其中，占空比的影響最為顯著。因此，在不改變其它共沉積條件的情況下，僅僅通過調(diào)整脈沖電源參數(shù)，即可方便的調(diào)整復(fù)合鍍層中的ZrB2含量。 ZrB2微粒在復(fù)合鍍層中分布均勻，金屬銅在導(dǎo)電性ZrB2微粒表面的直接沉積，使得微粒與基質(zhì)金屬銅間結(jié)合緊密。在電沉積過程中，ZrB2微粒的加入提高了銅離子還原沉積的過電

4、位，促進(jìn)了銅沉積過程中的形核作用，使銅基體的晶粒得以細(xì)化、均勻。隨著施鍍時間的增加，鍍層表面形成胞狀形貌。在電沉積后期，織構(gòu)的出現(xiàn)使鍍層表面形貌向脊?fàn)钚螒B(tài)轉(zhuǎn)變。在脈沖電沉積模式下，氯離子對鍍層的織構(gòu)有強(qiáng)烈影響。隨著氯離子濃度的增加，鍍層織構(gòu)由〈220〉方向迅速轉(zhuǎn)變?yōu)椤?00〉方向。ZrB2微粒的加入促進(jìn)了(111)晶面的生長，而氯離子濃度的進(jìn)一步增加則可完全消除ZrB2微粒的影響，說明氯離子對于銅沉積層的生長具有比ZrB2微粒更強(qiáng)的作用

5、力。通過對ZrB2微粒共沉積過程的分析，建立了導(dǎo)電微粒的脈沖復(fù)合共沉積模型，推導(dǎo)出了復(fù)合鍍層中微粒共沉積的基本方程式。電沉積Cu-ZrB2復(fù)合鍍層工藝中的實驗數(shù)據(jù)很好的滿足了這一基本方程式，這證明了共沉積模型的合理性。依據(jù)脈沖電參數(shù)對ZrB2復(fù)合量的影響，分析了ZrB2微粒在陰極上受到的作用力，間接證明了微粒與電極間化學(xué)吸附力的存在。 隨著ZrB2含量的增加，Cu-ZrB2復(fù)合鍍層的硬度與微觀應(yīng)力逐漸增加，電阻率略有上升，ZrB

6、2含量達(dá)到22.4％時，復(fù)合鍍層的導(dǎo)電性約為純銅鍍層的84％。復(fù)合鍍層良好的導(dǎo)電性能在一定程度上反映了ZrB2微粒與基質(zhì)金屬間良好的結(jié)合狀態(tài)。差熱分析表明，Cu-ZrB2復(fù)合鍍層在高于銅熔點的溫度下(1200℃)仍具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。Cu-ZrB2復(fù)合鍍層具有優(yōu)于純銅材料的電加工性能，這一特點在短脈寬條件下尤為突出。對Cu-ZrB2復(fù)合鍍層電蝕除過程的分析，并結(jié)合復(fù)合鍍層組織結(jié)構(gòu)分析可知，Cu-ZrB2復(fù)合鍍層抗電蝕性能的提高主要來