游离微珠材质对摩擦辅助电铸铜层力学性能的影响

[目的]研究不同材质游离微珠对摩擦辅助电铸铜层力学性能的影响。[方法]分别使用直径为0.8~1.2mm的氧化铝陶瓷微珠和氧化锆陶瓷微珠作为摩擦辅助介质进行电铸铜,对比所得Cu电铸层的表面微观形貌、截面金相组织和力学性能。[结果]氧化锆陶瓷微珠对Cu电铸层表面具有更强的磨削作用,能有效减少表面毛刺和凸起,以及起到细化晶粒的作用。使用氧化锆陶瓷微珠制备的Cu电铸层的显微硬度为147.2 HV,抗拉强度为308.3 MPa,延伸率为19.8%,分别比采用氧化铝陶瓷微珠摩擦辅助时所得的Cu电铸层高了约10.3%、5.7%和2.3%。[结论]选择合适的游离微珠作为摩擦介质可以改善电铸层的表面品质,提升其力学性能。

钴-镍阳极面积比对摩擦辅助电铸镍-钴合金的影响

采用摩擦辅助电铸技术,研究当阴极电流密度为4.0 A/dm^(2)时,钴-镍阳极面积比的变化对镍钴合金电铸层显微硬度、组成和结构的影响。结果表明:当钴-镍阳极面积比由15%增大到25%时,镍钴合金中钴含量显著增加,从43.5%增加到63.5%,镍钴合金铸层显微硬度从603 HV提高到635 HV;当钴-镍阳极面积比继续增大到55%时,钴含量几乎不变,但显微硬度仍从635 HV提高到671 HV,电铸层晶粒呈逐渐细化的趋势。各镍钴合金电铸层均具有面心立方结构和密排六方结构。

阳极偏置法摩擦辅助硫酸盐电铸铜

为了将机械摩擦应用于药型罩的硫酸盐电铸铜,基于铜离子两步还原原理,提出了一种新摩擦辅助方式的电铸铜工艺。将阴极卧式放置,在阴极框内填充适量不导电游离微珠至芯模水平中线左右,同时阳极偏置于没有微珠的上部。电铸过程中,铜离子在正对阳极的较强电场区域先沉积,然后芯模的旋转使沉积层被微珠摩擦,从而改善了辅助摩擦的电沉积过程,避免毛刺的产生,提高电铸层质量。试验结果表明:在较低转速下可以更好地利用铜离子两步还原原理及阳极偏置法,让铜离子先沉积,再被硬质微珠摩擦,在无添加剂的硫酸盐溶液中得到表面平整的铜沉积层,同时电铸层的晶粒和微观组织得到细化和改善;当转速为5 r/min时,得到显微硬度为139 HV,抗拉强度为333 MPa的铜电铸层;当采用不溶性阳极时,可进一步增强电铸铜的机械性能,抗拉强度达到460 MPa.

摩擦辅助微弧氧化制备Al-Al_2O_3模板试验研究

提出一种低成本、高精度的Al-Al2O3模板制备工艺方法，即利用微弧氧化方法，结合摩擦辅助工艺，在具有阵列群孔的铝片模板表面原位生长出一层陶瓷绝缘层，制作出可重复使用的Al-Al2O3模板，可应用于微细电解加工中。通过试验研究了Al-Al2O3模板陶瓷层的形成机理，分析了摩擦辅助对于陶瓷层表面质量、微观组织和机械性能的影响。通过控制和优化工艺参数，在铝模板表面成功制备出硬度为390．9HV，电阻率可达10^8～10^9Ω·cm，表面粗糙度值Rn2．37μm，厚度为70～200μm的陶瓷绝缘层。

钴阳极电流密度对摩擦辅助双阳极电铸镍-钴合金的影响

在游离微珠摩擦辅助下,采用镍、钴双阳极电铸Ni-Co合金。研究了镍阳极电流密度为4.0A/dm^(2)时,钴阳极电流密度的变化对Ni-Co合金电铸层性能的影响。结果表明,Ni-Co合金电铸层表面平整、致密,在扫描电镜下可以看到明显的摩擦痕迹。随着钴阳极电流密度增大,Ni-Co合金电铸层的Co质量分数略增,显微硬度降低,晶相结构变化不大。钴阳极电流密度为1.0 A/dm^(2)时所得的Ni-Co合金电铸层表面晶粒最细致,Co质量分数为59.09%,显微硬度达到623 HV。

基于游离微珠摩擦辅助的阴极复合运动电铸装置的设计及试验研究

基于游离微珠摩擦辅助原理,设计了一台阴极平动及自旋转的专用电铸装置。通过电铸试验研究了硬质粒子摩擦、阴极电流密度和阴极平动速率对电铸层表面形貌和显微硬度的影响。结果表明,电铸过程增加硬质粒子微磨削能够显著改善电铸层的表面质量。随着电流密度从1 A/dm^(2)升高到6 A/dm^(2),电铸层的显微硬度降低,表面质量变差。当阴极平动速率从10 mm/s增至30 mm/s时,电铸层的显微硬度升高,表面质量得到改善。当电流密度为1 A/dm^(2),平动速率为20 mm/s时,电铸层的显微硬度较高,约为325.4 HV。

生产硬铝合金挤压材的好方法——摩擦辅助挤压法

生产硬铝合金挤压材的好方法——摩擦辅助挤压法摩擦辅助挤压法是俄罗斯全俄轻金属研究院的Ｖ．Ｌ．Ｂｅｒｅｚｈｎｏｙ博士等为了适应市场对高强度铝合金（硬铝合金）挤压材的机械性能和尺寸精度要求越来越高和高强度铝合金应用市场的不断扩大而研究开发出来的。该方法克...

搅拌摩擦辅助激光直接沉积AlSi10Mg显微组织和强韧性研究

采用搅拌摩擦辅助激光定向能量沉积方法制备了AlSi10Mg合金块体,采用后续冷轧处理进一步提高了AlSi10Mg合金的强度,系统讨论了AlSi10Mg合金在加工过程中的组织演化,分析了其强韧性的演变机理。研究结果表明:在激光沉积态AlSi10Mg合金中,Si原子的固溶强化效果非常显著,合金的硬度高达109 HV,受气孔缺陷影响,激光沉积AlSi10Mg合金的强度低于200 MPa。搅拌摩擦加工可以细化激光沉积AlSi10Mg合金的柱状α-Al相和共晶相,形成等轴的α-Al晶粒和Si颗粒,α-Al基体中的Si原子脱溶析出,其硬度降低至75 HV,强度接近200 MPa,延伸率最高达到40%。轧制后,AlSi10Mg合金中的位错密度大幅增加,当变形量增加到68%时,AlSi10Mg合金α-Al晶粒被剧烈细化,合金的硬度被提高至116 HV,其强度可超过400 MPa,合金中的局部硬化区域导致其塑性变形能力下降,延伸率逐渐降低至25%。

6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊温度场分析

为了分析超声振动对6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接过程温度场的影响,采用解析建模和数值模拟的方法,建立了超声辅助搅拌摩擦焊过程中接触界面摩擦系数模型和热力耦合有限元分析模型,开展了6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊温度测量试验,结合有限元与试验结果进行对比分析.结果表明,仿真得到的工件表面温度分布曲线及取样点温度都与试验结果基本吻合,验证了建立模型的准确性;超声振动可以改变摩擦状态,降低焊接摩擦产热,减少峰值温度及高温区域的面积,振幅对焊接峰值温度影响的显著性高于频率.

铝/钢铆接辅助搅拌摩擦焊搭接接头组织与力学性能分析

目的利用搅拌摩擦焊技术对4mm以上厚度的铝/钢板材进行搭接焊接时,容易出现沿厚度方向温度梯度变化大、工艺窗口急剧变窄等问题,难以获得高质量的焊接接头。针对以上问题,采用铆接辅助搅拌摩擦焊的方法,以提高4mm以上厚度铝/钢板材搭接接头的力学性能。方法采用铆接辅助搅拌摩擦焊的方法实现了7mm厚6061铝合金板和8mm厚Q345钢板的搭接;研究了下压量对接头焊核晶粒尺寸、抗剪切力和显微硬度的影响,并分析了接头界面显微组织。结果随着下压量的增大,各接头焊核晶粒尺寸均呈现先减小后增大的趋势,其中矩形槽焊核晶粒尺寸由11.1μm减小至9.6μm后又增大至12.7μm,不开槽焊核晶粒尺寸由11.7μm减小至10.2μm后又增大至12.4μm。金属间化合物(IMC)层厚度随下压量的增大而增大,接头抗剪切力呈先增大后减小的趋势,当下压量为0.3mm时,矩形槽接头和不开槽接头抗剪切力均达到最大值,分别为17600N和15700N,并且在下压量为0.3mm时矩形槽接头和不开槽接头焊核区平均显微硬度均达到最大值,分别为81.1HV和76.8HV。结论在焊接速度为100mm/min、搅拌头转速为600r/min、轴肩下压量为0.3 mm时,利用铆接辅助搅拌摩擦焊可以提高搭接接头的力学性能,能够有效解决以往4mm以上厚度板材搭接接头力学性能较差的难题。

超声辅助搅拌摩擦焊接温度场与材料流动数值模拟

为了研究6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接过程中温度场与焊缝区域材料流动等行为,采用耦合欧拉-拉格朗日方法,考虑超声振动对工件材料属性的影响,建立了6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊热机耦合数值模型,通过示踪粒子监测材料流动行为,开展超声辅助搅拌摩擦焊试验,并对模型准确性进行验证。研究结果表明:焊接过程中焊缝材料首先被压缩至工件底部,随后在搅拌头的作用下向工件上表面与搅拌头后方流动;工件表面温度场与焊缝区域的等效塑性应变场均呈不对称分布,塑性应变区域集中于焊缝两侧共约25 mm的区域内,区域温度均高于400℃;焊核区域的形状与尺寸及飞边的位置和尺寸的模拟结果与试验结果基本吻合,验证了建立的热机耦合数值模型的正确性。

超声辅助搅拌摩擦焊仿真分析及实验

为解决传统的搅拌摩擦焊工艺存在的轴向压力过大、搅拌头易磨损、焊接表面存在缺陷等问题,设计了一种集搅拌头与夹心式纵扭超声振动换能器为一体的超声辅助搅拌摩擦焊工具头。对超声辅助搅拌摩擦焊工具头进行了模态分析与谐响应分析,确保换能器结构满足要求。应用仿真软件对超声辅助搅拌摩擦焊进行了流体场、温度场和声场仿真分析,验证了在搅拌摩擦焊过程中加入纵扭超声振动能够增强材料的软化率,提高焊接材料的塑性流动。搭建实验平台,进行了6061铝合金的超声辅助搅拌摩擦焊焊接实验。结果表明,纵扭超声的引入能够提高焊接过程中材料流动性,减小搅拌头的前进阻力和轴向压力,改善焊接表面质量。在焊头转速900 r/min、焊接速度1.4 mm/s、轴向压力2.6 kN、超声功率100 W时,焊接效果最好,能较好地应在铝合金、镁合金等焊接熔点比较低的轻金属焊接之中。

辅热搅拌摩擦焊X80钢接头组织演变与韧性

【目的】利用搅拌摩擦焊接技术可高质量完成钢铁材料的焊接,但昂贵的搅拌头磨损严重,焊前辅助加热是减轻搅拌头磨损的有效方式。【方法】文中利用控温辅热垫板将X80管线钢焊缝预热至150℃和270℃后采用搅拌摩擦焊接技术进行焊接,并对辅热搅拌摩擦焊接X80管线钢的接头温度变化、组织特征和冲击韧性展开详细研究。【结果】常温和150℃辅热下焊接接头组织相近,主要为板条贝氏体和少量粒状贝氏体,冲击韧性略微升高,270℃辅热下接头组织主要为粗大的粒状贝氏体,冲击韧性下降。在较低的辅热温度下,辅热软化材料使焊接主要热输入搅拌头摩擦产热降低,环境温度升高带来的影响较小,峰值温度降低进而晶粒细化;在较高的辅热温度下,环境温度升高的影响大于搅拌头产热减小的影响,所以峰值温度升高进而晶粒粗化。【结论】焊接时采用较低的辅热温度可获得良好的焊接效果。

超声辅助搅拌摩擦焊对焊缝残余应力的影响

为了研究超声辅助搅拌摩擦焊对焊缝残余应力的影响,试验应用20 kHz的超声波辅助搅拌摩擦焊焊接了1.8 mm厚2024-T4铝合金,焊后应用X射线衍射法对焊缝的表面残余应力进行了测量,并与相同参数、工艺条件下搅拌摩擦焊残余应力进行对比。结果表明:转速1 200 r/min、焊速160 mm/min时,超声辅助搅拌摩擦焊纵向残余应力比搅拌摩擦焊平均降低38 MPa(降低28.5%)。超声辅助搅拌摩擦焊沿焊缝方向各点纵向残余应力分布更加均匀化,波动量降低。超声辅助搅拌摩擦焊对焊缝横向残余应力影响很小,应力水平与搅拌摩擦焊相当。在相同转速下,随着焊接速度的提高,焊缝的纵向残余应力也随之提高。

2024-T4铝合金薄板的超声辅助搅拌摩擦焊研究

分别用搅拌摩擦焊(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)两种方法对1.8 mm 2024-T4铝合金进行对接焊接,并对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析比较。结果表明:FSW和UAFSW两种方法焊接的1.8 mm 2024-T4铝合金均可得到成型美观、内部无缺陷的焊缝,但UAFSW的焊缝力学性能优于FSW;在其它条件相同时,FSW的焊接强度达母材的74.14%,UAFSW的焊接强度可达到母材82.83%。金相组织分析表明,UAFSW焊缝区组织比FSW的更均匀,晶粒更细小。

超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是一项在搅拌摩擦焊的搅拌头上添加轴向高频振动的新技术.以6 mm厚7075铝合金材料为研究对象,建立了超声辅助搅拌摩擦焊与普通搅拌摩擦焊接的热源模型,通过ANSYS软件研究了轴向振动对焊接过程温度场以及焊后残余应力的影响规律.结果表明,轴向振动的添加能够增大热输入量,提高焊接峰值温度且降低焊缝残余应力;在相同转速及焊接速度下,当振动频率一定时,焊接峰值温度和焊后残余应力随着振动幅值的增加而增大;当振动幅值一定时,随着振动频率的增大,焊接峰值温度及焊后残余应力也相应增加.

超声辅助搅拌摩擦焊流场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是在搅拌摩擦焊过程中增加超声振动,利用超声波效应改善焊缝组织性能的一种新型金属固态焊接技术。本文基于计算流体力学和弹塑性力学理论,建立了1.8 mm厚2024铝合金超声辅助搅拌摩擦焊流场分析模型。对流场分析发现,超声波的导入能够提高材料塑性流动,同时也扩大塑性流动区域;而焊速的提高,导致前进侧将成为焊缝的薄弱环节。

基于正交试验的2024-T4铝合金超声辅助搅拌摩擦焊的研究

采用正交试验研究了超声辅助搅拌摩擦焊工艺参数对1.8 mm厚的2024-T4铝合金板接头组织与力学性能的影响。结果表明:焊接速度对接头抗拉强度的影响最大,而旋转速度和超声频率的作用依次减弱;采用最优参数焊接,即当转速为1600 r/min、焊速为240 mm/min、频率为25 k Hz时,其接头的抗拉强度可达397 MPa,比搅拌摩擦焊强度提高了6%。通过对比焊缝宏观及微观纹理、力学性能、金相组织和显微硬度等,均发现超声搅拌摩擦焊焊缝性能要优于搅拌摩擦焊。

2519A铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接试验分析

针对2519A铝合金搅拌摩擦焊(FSW)底部虚焊和弱连接等问题,通过搅拌头施加纵深超声能,形成超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW),进行了同种工艺条件下的FSW与UAFSW对比试验分析.结果表明,超声能的加入,使焊接区金属的塑性变形阻力降低,UAFSW焊缝整体流变区域明显增大加深,且超声能贯穿到焊缝底部,使底部流动性增强,降低了缺陷率,使焊核区连续动态再结晶过程获得的晶粒尺寸更细小,且析出的第二相更精细;UAFSW焊缝的抗拉强度达到364.62 MPa,为母材抗拉强度的79.25%,比FSW焊缝提高4.10%,平均屈服强度则显著提高10.98%,但断后伸长率有所降低.

2024-T4铝合金薄板超声辅助搅拌摩擦焊温度场数值模拟

以2024-T4铝合金为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc建立了UAFSW和FSW模型,对比分析其温度场,研究超声对FSW温度分布的影响,探索合适的UAFSW工艺参数范围。结果表明:在同等条件下,UAFSW模型峰值温度高于FSW,说明超声的加入有温度补偿作用;超声的加入增大了焊接工艺窗口,提高了焊接效率。