微米及纳米WC-Co基BDD污水处理电极的制备研究

硼掺杂金刚石(BDD)是高级氧化法污水处理领域的一种电极材料,其衬底材料的选择是电极涂层制备的核心问题之一,良好的衬底材料可提高膜基结合力,从而延长电极的使用寿命。本文提出以热膨胀系数较小的WC-Co为衬底,采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备微米、纳米两种表面形貌的BDD电极,并利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法对两种电极的物理性能、表面状态及电化学性能进行表征,研究结果表明:在沉积速率方面,微米薄膜是纳米薄膜的1.5倍,但纳米薄膜具有更小的残余应力,仅为-0.6 GPa;两种电极在0.5 mol/L的H_(2)SO_(4)溶液中均展现较宽的电化学窗口(约为3.7~3.9 V)和极小的背景电流,在K_(3)[Fe(CN)_(6)]氧化还原系统中表现出良好的准可逆特性,这些特性均与常规Si、Nb、Ti基BDD电极相似。在此基础上,本文对两种电极开展了苯酚模拟废水处理和加速寿命试验(ALT),结果显示:相同参数下,纳米电极在ALT中使用寿命约为423 h,明显优于微米电极的310 h;在苯酚氧化实验中,两种电极对苯酚均展现了较好的矿化效果,化学需氧量(COD)处理的电流效率为88%~94%,与标准BDD电极相接近。因此,WC-Co或可作为BDD污水处理电极的良好衬底材料。

BDD电极对苯酚降解氧化的试验研究

基于掺硼金刚石(BDD)电极的电化学高级氧化技术是解决难降解有机污染物的有效方法之一。通过热丝化学气相沉积法(Hot Filament CVD,HFCVD)结合动态掺硼工艺,在WC-Co衬底上成功合成了BDD薄膜。在此基础上,利用已制备的WC-Co/BDD电极,以苯酚为目标污染物,探究了不同电流密度、电解质浓度、pH值、苯酚初始浓度对其降解效率的影响。试验结果显示,在电流密度为0.03 A/cm^(2),电解质为1.5 g/L Na_(2)SO_(4)的条件下,无论是在酸性还是碱性环境中,对于质量浓度为1000 mg/L的苯酚溶液,3 h内COD的去除率均达到95%;对于质量浓度低于500 mg/L的苯酚溶液,其COD去除率在相同时间内均接近100%。基于WC-Co/BDD电极的电化学高级氧化技术对苯酚的矿化效果极为显著。

不同材质刀具在7075铝合金高速铣削中的磨损研究

为了研究7075铝合金高速铣削中不同材质刀具的磨损与选用,采用化学气相沉积法((CVD)制备微米(MCD)/纳米(NCD)金刚石涂层刀具,利用场发射扫描电镜观察膜层的表面形貌,结合拉曼谱仪分析CVD金刚石涂层刀具薄膜的结构和成分;分别采用同规格尺寸的硬质合金刀具、MCD涂层刀具在无润滑干切条件下,进行粗加工高速铣削试验,观测两种刀具在加工一定距离后的磨损状况;分别采用同规格尺寸的硬质合金刀具、MCD涂层刀具、NCD涂层刀具在无润滑干切条件下,进行精加工高速铣削试验,观测和分析工件精加工铣削后的表面粗糙度值。结果表明:在大切深高速粗加工铣削7075铝合金时,MCD涂层刀具的寿命为硬质合金刀具的3倍;在小切削深度大进给的高速精加工7075铝合金中,三种刀具铣削后的工件表面粗糙度平均值分别为0.981、1.122和0.960μm,NCD涂层刀具的加工效果要优于MCD涂层刀具;同时通过同一材质刀具的粗、精加工试验对比,发现同规格尺寸的刀具在小切深大进给高速精加工中的寿命是大切深大进给高速粗加工寿命的10倍。这说明7075铝合金的粗加工铣削优选MCD涂层刀具,精加工铣削优选NCD涂层刀具。

切削液净化处理器设备的研究

切削废液净化处理问题一直是工业中备受关注的问题,针对此问题,本团队根据废水重力分离处理法,设计并研发了一套切削废液回收处理设备。相较于工业常用设备,此设备具有结构简单、安装方便、搬运轻简等优点,废液处理效率约为17 L/min。经废液净化试验,本设备处理后的切削废液符合国家废液排放标准,且本设备节能环保,运营成本低,适用于中小型企业。

基于CVD金刚石涂层刀具的CFRP高速铣削切削力的试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种典型的难加工材料,文章利用化学气相沉积(CVD)金刚石涂层刀具以及Kistler 9129AA型测力仪,基于单因素实验法,探索了切削参数对CFRP加工过程中切削力、工件表面质量、刀具磨损的影响。实验结果显示:提高主轴转速可有效降低CFRP加工时的切削力,但随着切削深度和进给量的增加,切削力仍显著增加;CVD金刚石涂层刀具在切削42 m后,涂层出现剥落,主要原因是刀具表面与切屑产生磨粒磨损,并且刀具硬质合金基体与涂层热膨胀系数不同,在刀具温度升高的情况下使涂层出现裂纹,加快了涂层的剥落;如果想获得较好的表面质量和更少的加工缺陷,应该选用顺铣、大转速、小进给量及小切削深度。

吹油器进气口排布方式的仿真优化设计

磨削加工后复杂形状工件表面易附有磨削液、切屑等杂质,气枪对其难以起到较为理想的清洗作用。机械吹油器利用机械运动与高压气体相结合,可对工件内外表面进行全面清理,但该设备对工件的清理效果、效率主要依赖于高压进气口的排布方式。因此,通过利用FLUENT流体分析软件,对多组不同进气口排布方式的吹油器进行模拟计算,并对吹油器工作时设备内部压力场与流速场进行分析,可得出较优的进气口排布方式:当吹油器设有7个进气口,进气口距工件水平距离65 mm、与底面呈45°夹角时,或当吹油器设有9个进气口,进气口距工件水平距离65 mm、与底面呈60°夹角时,设备清洗效果、效率最佳。仿真优化结果可用以指导设备结构改进。