碳化硅增强铝基复合材料电化学加工实验研究

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碳化硅增强铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、高硬度和低质量密度等优异性能,被广泛的应用在航空飞行、光学特精密仪器、汽车电子等诸多领域。然而却由于增强体的强化效应,造成增强体颗粒周围应力分布状态不均匀且碳化硅颗粒不发生塑性形变;所以利用传统加工方式对其进行加工会造成刀具的剧烈磨损,间接造成低的加工效率和表面质量。而电化学加工完美规避了上述传统机械加工中所存在的问题,还具备去除速率不受材料物理性能的影响及较好的加工表面质量等特点;但是目前对于碳化硅增强铝基复合材料的电化学加工实验规律研究较少,因此本文针对其进行实验研究。主要内容如下:1)碳化硅增强铝基复合材料电化学加工过程的材料去除机理分析。分析了碳化硅增强铝基复合材料主基体铝的电化学溶解和基体表面氧化膜的生成、破裂以及碳化硅颗粒的剥离脱落。之后进行电解加工影响因素分析,主要从电解液、加工间隙流场、电场方面进行分析,确定出影响因素具体种类,为电解加工实验研究奠定理论基础。2)碳化硅增强铝基复合材料的电化学溶解特性分析研究。首先研究碳化硅增强铝基复合材料在质量浓度为5%、10%、15%、20%的氯化钠、硝酸钠、硫酸钠电解液中的极化特性和阳极极化曲线;得出氯化钠电解液活性强,电流密度高且无钝化区域,硝酸钠、硫酸钠都具有钝化区间,而硫酸钠电流密度最低,因此选用硝酸钠为主电解液。为提高电解加工速率,在硝酸钠主电解液中复合氯化钠,通过比较电流密度与钝化区间,最终得到即保证钝化区域又提高电流密度的电解液具体配方为10%NaNO3+2%NaCL。3)碳化硅增强铝基复合材料电化学加工影响因素的规律性实验探究。首先通过单因素实验确定加工电压、加工频率、占空比、加工间距的合理取值范围,通过研究这些参数对材料表面粗糙度和材料去除速率影响规律,确定影响范围;为了研究材料两两之间的影响以及得到相应优化参数,做了响应曲面法下的Box-Behnken实验,对影响因素进行显著性分析,通过对实验结果进行二元拟合,得到材料表面粗糙度、去除速率的二元回归数学模型和各因素的显著性水平,接着对数学模型进行预测与验证,得出在加工电压为7V、加工频率为1638Hz、占空比为30.5%、加工间距为0.38mm下得到材料的最小表面粗糙度为4.4um,在加工电压为13.76V、加工频率为1975Hz、占空比为68.5%、加工间距为0.418mm下得到材料的最大去除速率为0.56mg/s。为了使表面粗糙度与材料去除速率最优,做了遗传算法多目标优化求解,得到在加工电压为7.82V、加工频率为1970.4Hz、占空比为34.7%、加工间距为0.344mm下材料表面粗糙度为4.69um,且材料的去除速率为0.303mg/s。
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