304钢等离子体电解抛光工艺与其表面结构性能研究

目的减小304钢的表面粗糙度,以满足工程应用中对高质量表面的需求。方法提出采用等离子体电解抛光(Plasma Electrolytic Polishing,PEP)技术实现304钢表面精整改性,结合高速摄影技术,研究等离子体电解抛光放电过程。通过对比304钢在不同电解液中形成钝化膜的电化学特性,探究不同工艺参数对抛光效果的影响,进一步设计正交试验研究不同因素间的交互作用及最佳工艺方案,阐释抛光前后表面微观形貌与浸润性、耐腐蚀性能及硬度的关系。结果通过对比分析不同电解液体系中304钢表面钝化膜的电化学特性表明,304钢在(NH_(4))_(2)SO_(4)溶液中的腐蚀电位最低,钝化膜更容易被击穿,因此选用(NH_(4))_(2)SO_(4)作为电解液。正交试验和极差分析结果表明,304钢在抛光电压370V、电解液温度80℃、电解质质量分数7%、抛光时间6 min的条件下获得最小的粗糙度(~0.050μm)。各因素对304钢表面粗糙度的影响大小顺序为电解液温度>抛光时间>抛光电压>电解质浓度。表面性能结果显示,抛光后304钢的表面光洁度显著提高,呈镜面光泽,接触角由35.09°提升至78.52°,耐腐蚀性有所提高,表面硬度略有下降。结论通过等离子体电解抛光实现304钢表面粗糙度减小及表面质量的显著提高,该技术具有抛光效率高、工艺简单、节能环保等优点,可广泛应用于生物医疗、石油化工、机械制造等领域。

锆基非晶合金电解质等离子体抛光工艺及废液处理

电解质等离子体抛光技术在非晶合金结构件的应用仍处于探索阶段,而且会产生含较高浓度的重金属和氟离子废液。为了提高锆基非晶合金结构件的表面质量以满足其使役性能,研究抛光时间、工作电压、硫酸铵浓度、初始温度、工件入水深度、阳极挂具材料等电解质等离子体抛光工艺参数对锆基非晶合金表面粗糙度、晶化情况的影响,并利用正交试验进行参数组合优化,对比不同参数对于表面粗糙度的影响显著程度。最后针对抛光后废液污染的问题,探究并配套合适的废液处理方案。结果表明:影响抛光后材料表面质量因素的显著程度为抛光时间>工作电压>初始温度>硫酸铵浓度,最优抛光工艺参数组合为抛光时间8 min,工作电压220 V,初始温度88℃,硫酸铵浓度为5%,此时表面粗糙度为0.103μm。经化学混凝沉淀法和离子交换树脂法组合工艺处理后,出水废液中的重金属和氟离子浓度均能达国家电镀污染物排放标准。研究成果可为电解质等离子体抛光在锆基非晶合金的实际生产提供工艺指导,有助于推广锆基非晶合金结构件的产业化应用,促进锆基非晶合金的大规模工业生产。

退火对304不锈钢电解质等离子体抛光的影响

这里主要研究了退火处理对电解质等离子体抛光304不锈钢表面粗糙度、材料去除率和残余应力的影响,从而为降低不锈钢工件表面粗糙度,提高表面性能提供依据。通过在不同温度下对304不锈钢样品进行真空退火处理,并在相同的实验条件下进行电解质等离子体抛光(电压、电流密度、电解液浓度、温度、加工时间),采用粗糙度测试仪、超景深光学显微镜、X射线应力分析仪、X射线衍射仪(XRD)对抛光前后样品的残余应力、粗糙度值、表面形貌、材料去除率、物相和组织变化进行了测试和表征,讨论了不同退火温度对电解质等离子体抛光304不锈钢样品表面粗糙度和残余应力的影响。结果表明电解质等离子体抛光不仅能有效降低304不锈钢样品的表面粗糙度和残余应力,且表现出了明显的晶粒取向分布。退火温度越高,电解质等离子体抛光后表面残余应力越小,材料去除率随着退火温度的升高而降低。电解质等离子体抛光过程中的热效应和组织转变是造成残余应力松弛的主要原因。

增材制造Inconel 718的电解质等离子体抛光工艺研究

为解决增材制造的镍基高温合金部件难以满足高性能航空构件表面质量的问题,采用电解质等离子体抛光技术对增材Inconel 718样件进行抛光工艺试验。基于部分析因和响应曲面分析法,研究了抛光电压、电解液温度、加工时间、抛光剂浓度和络合剂浓度对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并对加工参数组合进行望小优化。结果表明,当采用抛光电压314.4 V、电解液温度70℃、加工时间15 min、抛光剂和络合剂质量分数2%和2.5%,增材打印的Inconel 718工件表面粗糙度可从Ra2.93μm降至Ra0.307μm,此时的材料去除率为2.072μm/min。

不同电解液中钛合金电解等离子体抛光的对比分析

利用粗糙度仪、激光发射率测试仪、光学及电子显微镜等设备,对不同电解液体系中得到的钛合金试样表面的粗糙度及形貌进行了分析.结果表明:配方4电解液体系中得到的试样表面最为平整、镜面效果最好;配方1、2、3处理得到的膜层表面粗糙度也有较大的改善.

电解质等离子体抛光316LVM表面形貌及电化学特性

目的研究电解质等离子体抛光对316LVM植入物不锈钢表面形貌及其在磷酸缓冲盐溶液中的电化学特性的影响,解决复杂形状植入物表面抛光难题。方法原材料经线切割及表面预处理,制成20 mm×15 mm×3 mm的试验样件。对试样分别进行机械抛光及电解质等离子体抛光。机械抛光在砂带抛光机上进行,使用600、800、1200、2000、5000目的砂带逐级磨抛。电解质等离子体抛光中,电压为300 V,电解液为3%(质量分数)(NH4)2SO4水溶液,温度为85~90℃,抛光时间为15 min。通过粗糙度仪、扫描电镜,对试样表面粗糙度、微观形貌进行测试表征。通过能谱仪、X射线衍射仪,对试样表面元素含量、物相组成进行测试表征。通过电化学工作站,对磷酸缓冲盐溶液中的试样,进行电化学测试。结果电解质等离子体抛光后,试样表面粗糙度由初始的0.5μm降至0.089μm,试样表面机械加工痕迹被去除,平整光亮。机械抛光后,试样表面化学元素未发生明显变化,而电解质等离子体抛光后,试样表面的Fe、Cr含量升高。机械抛光表面的X射线衍射峰位置和强度未发生明显变化,电解质等离子体抛光后,在衍射角为43.5°处,衍射峰强度明显降低,在74.5°处,衍射峰强度明显升高,同时各峰的半高宽明显减小。在磷酸缓冲盐溶液中,机械抛光试样的自腐蚀电位由-0.252 V升高至-0.232 V,腐蚀电流密度由1.611μA/cm^(2)降低至0.5867μA/cm^(2),极化电阻由28.876 kΩ升高至64.682 kΩ。电解质等离子抛光试样的自腐蚀电位由-0.252 V升高至-0.214 V,腐蚀电流密度由1.611μA/cm^(2)降低至0.1582μA/cm^(2),极化电阻由28.876 kΩ升高到251.262 kΩ。结论电解质等离子体抛光可有效降低316LVM表面的粗糙度,提高表面平整度。电解质等离子体抛光后,表面Fe、Cr元素的含量升高,晶粒尺寸增大,呈(220)晶面择优取向。电解质等离子体抛光可提高316LVM在磷酸缓冲盐溶液中的耐腐蚀性能。

不锈钢电解质等离子体抛光表层元素化学形态演变及界面反应

目的研究不锈钢经电解质等离子体抛光后,表层元素化学形态的变化及机制,为材料去除机理、表面性能、工艺参数、抛光液处理等相关研究提供参考。方法通过表面粗糙度测试仪、扫描电镜分别对加工前后试样表面粗糙度、形貌变化进行测试表征。通过X射线光电子能谱技术,对加工前后试样表面及抛光液沉积物中主要元素的组成、化学态、分子结构进行测试表征。结合加工现象及材料去除机理,分析加工过程中固、液、气、等离子体之间的界面反应。结果电解质等离子体抛光后,试样表面平整光亮,预处理中粗磨的痕迹已被完全去除。Ra平均值由0.311μm降低至0.045μm,Rq平均值由0.442μm降低至0.059μm,Rz平均值由3.260μm降低至0.369μm。与抛光前试样相比,抛光后试样表层检测到S^(+6)和Ni^(+2),沉积物中的Fe均为Fe^(+3),Cr主要为Cr^(+3),含有少量Cr^(+6)。抛光后试样表面及沉积物中金属元素的化合物主要为氧化物和氢氧化物。结论电解质等离子体抛光316LVM不锈钢有显著效果,抛光后试样表面粗糙度明显降低。抛光过程中,试样表面主要发生氧化反应,氧化性物质主要来自水。硫酸根离子在加工中与金属离子生成了硫酸盐,可能未参与氧化还原反应。试样表面的铁、铬、镍以氧化态形式被去除,抛光液中氧化态的铁、铬以沉淀形式存在,氧化态的镍以络合物的形式存在。

基于响应曲面法的不锈钢电解质等离子体抛光工艺参数优化

采用响应曲面法中的Box-Behnken(三因素三水平)实验设计方法,根据实验结果分别建立电压、温度和电解质浓度3个工艺参数下的表面粗糙度和材料去除率响应曲面分析模型;通过研究表面粗糙度Ra和材料去除率MRR在各工艺参数相互影响下的响应曲面和等高线图,得到工艺参数对响应因子即表面粗糙度Ra和材料去除率MRR的影响规律,以及相应目标下的最优工艺参数组合;对最优工艺参数组合进行实验验证并检验模型的准确性。单目标参数优化结果显示,当电压为262 V、温度为80℃及电解质浓度为3.5 wt%时,表面粗糙度Ra达到最小值0.055μm;当电压为239 V、温度为71℃及电解质浓度为4.0 wt%时,材料去除率MRR达到最大值4.766μm/min。双目标参数优化结果显示,当电压为238 V、温度为72℃及电解质浓度为3.8 wt%时,表面粗糙度Ra和材料去除率MRR分别为0.071μm和4.413μm/min。实验验证结果显示,单目标优化时样品的表面粗糙度Ra=0.057μm、材料去除率MRR=4.980μm/min;多目标优化时样品的表面粗糙度Ra=0.078μm,材料去除率MRR=4.292μm/min,且相对误差均在合理范围内。同时不锈钢电解质等离子体抛光工艺参数响应曲面模型准确性较高,具有良好的预测能力,在最佳工艺参数组合下加工的工件表面平整光滑,机械加工的痕迹基本被去除。