開題報(bào)告電刷鍍nizro2納米復(fù)合鍍層及其摩損腐蝕性能研究_畢業(yè)論文

1、i畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目：電刷鍍Ni-Zr0 2納米復(fù)合鍍層及其摩損腐蝕性能研究學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院 系:機(jī)械工程系專業(yè)班級(jí)：機(jī)制116班學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師： 李小兵職稱： 副教授指導(dǎo)教師所在單位：機(jī)電工程學(xué)院現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究所2015年3月20日一、課題來(lái)源及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31課題來(lái)源 32、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3二、本課題研究的主要內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題 61課題主演研究?jī)?nèi)容 61.1、電刷鍍的基本原理 61.2、電刷鍍工藝 61.3、納米電刷鍍納米復(fù)合鍍層的性能測(cè)試與分散效果分析 92、擬解決的關(guān)鍵問題 9三、解決方案、工藝流程及預(yù)期效果 101、解決方案 102、納米顆粒復(fù)合

2、電刷鍍層的性能研究 103、預(yù)期效果 10四、課題進(jìn)度安排 11五、參考文獻(xiàn) 12一、課題來(lái)源與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、課題來(lái)源再制造就是讓舊的機(jī)器設(shè)備重新煥發(fā)生命活力的過程。它以舊的機(jī)器設(shè)備為毛坯，采用專門的工藝和技術(shù)，在原有制造的基礎(chǔ)上進(jìn)行 一次新的制造，而且重新制造出來(lái)的產(chǎn)品無(wú)論是性能還是質(zhì)量都不亞 于原先的新品。再制造可使廢舊資源中蘊(yùn)含的價(jià)值得到最大限度的開發(fā)和利用， 緩解資源短缺與資源浪費(fèi)的矛盾，減少大量的失效、報(bào)廢產(chǎn)品對(duì)環(huán)境 的危害，是廢舊機(jī)電產(chǎn)品資源化的最佳形式和首選途徑，是節(jié)約資源的重要手段。近年來(lái)，中國(guó)造船在世界上的市場(chǎng)份額迅速提高，連續(xù) 多年列世界第二大造船國(guó)。隨著造船行業(yè)規(guī)模不

3、斷壯大，一些造船的 所需原料和配件、專用設(shè)備等主要依靠進(jìn)口，在一定程度上加大了造 船業(yè)的成本，而船舶的設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用， 達(dá)到了一定的使 用壽命。面對(duì)這一情況，選擇該課題作文研究對(duì)象，加快再制造業(yè)的 發(fā)展。2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀再制造在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已形成了巨大的產(chǎn)業(yè)。 2005年全球再制 造業(yè)產(chǎn)值已超過1000億美元，美國(guó)的再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大，達(dá)到750 億美元，其中汽車和工程機(jī)械再制造占 2 /3以上，約500億美元。美軍高度重視再制造。隸屬于美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究委員會(huì)的“ 2010 年后國(guó)防制造工業(yè)委員會(huì)”制訂了 2010年國(guó)防工業(yè)制造技術(shù)的框架， 將武器系統(tǒng)的再制造列為國(guó)防工業(yè)的重要研究

4、領(lǐng)域。美軍也是再制造的最大受益者。美空軍B-52戰(zhàn)略轟炸機(jī)，1962年生產(chǎn)，1980、1996 年兩次再制造，到1997年時(shí)平均自然壽命還有13000飛行小時(shí)，可 服役到2030年；2005年，美空軍完成了 269架阿帕奇直升機(jī)的再制 造，2015年前還將完成750架的再制造。再制造后的阿帕奇直升機(jī) 成為美軍現(xiàn)役武裝直升機(jī)中戰(zhàn)斗力最強(qiáng)的一種機(jī)型。近年來(lái)，日本加強(qiáng)了對(duì)工程機(jī)械的再制造，至2008年，再制造 的工程機(jī)械中，58%由日本國(guó)內(nèi)用戶使用，34%出口到國(guó)外，其余的 8%拆解后作為配件出售。至2004年，德國(guó)大眾汽車公司已再制造汽 車發(fā)動(dòng)機(jī)748萬(wàn)臺(tái)，變速器240萬(wàn)臺(tái)，公司銷售的再制造發(fā)動(dòng)機(jī)

5、及其 配件和新機(jī)的比例達(dá)到9: 1。歐美國(guó)家的再制造，在再制造設(shè)計(jì)方面，主要結(jié)合具體產(chǎn)品，針 對(duì)再制造過程中的重要設(shè)計(jì)要素如拆卸性能、零件的材料種類、設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)與緊固方式等進(jìn)行研究；在再制造加工方面，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品，主 要通過換件修理法（將失效件更換為新件以完成再制造的方法）和尺寸修理法（將失配的零部件表面尺寸加工修復(fù)到可以配合的范圍，如 缸套-活塞環(huán)磨損失效后，通過鏜缸的方法恢復(fù)缸套的尺寸精度，再 配以大尺寸的活塞環(huán)以完成再制造的方法 ）來(lái)恢復(fù)零部件的尺寸，如 英國(guó)ListerPetter再制造公司，他們每年為英、美軍方再制造 3000多 臺(tái)廢舊發(fā)動(dòng)機(jī)，再制造時(shí)，對(duì)于磨損超差的缸套、凸輪軸等關(guān)

6、鍵零件 都予以更換新件，并不修復(fù)。對(duì)于電子產(chǎn)品，再制造的內(nèi)涵就是對(duì)仍 具有使用價(jià)值的零部件予以直接的再利用。 如德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)對(duì)平 板顯示器的再制造就是先將液晶顯示器 LCD、印刷線路板PCB、冷 陰極熒光燈CCFL等關(guān)鍵零部件進(jìn)行拆解，經(jīng)檢測(cè)合格后進(jìn)行再利 用；德國(guó)ReMobile公司對(duì)移動(dòng)電話的再制造也是先拆解、再檢測(cè)最 后再利用；此外還有對(duì)數(shù)碼相機(jī)（日本柯達(dá)公司）、打印機(jī)墨盒（美國(guó)施 樂公司）、品牌電腦（美國(guó)HP公司）等的再制造也都是以再利用為主。我國(guó)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖晚，但勢(shì)頭非常好，目前已成為世界上重 要的再制造中心之一，而且在基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)應(yīng)用開發(fā)方面走在 了世界前列。1999

7、年6月，徐濱士在中國(guó)西安召開的“先進(jìn)制造技 術(shù)國(guó)際會(huì)議”上作了表面工程與再制造技術(shù)的特邀報(bào)告，在中國(guó) 率先提出“再制造”的概念。國(guó)內(nèi)許多單位，如裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室、上海交通大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、山東大學(xué)、中科院蘭州化物 所等，深入開展了再制造的基礎(chǔ)研究。在理論基礎(chǔ)方面，完善了涂層 殘余應(yīng)力的計(jì)算方法，探索并初步建立了壽命預(yù)測(cè)評(píng)估模型。如：研究并初步提出了再制造零部件涂層中殘余應(yīng)力的計(jì)算方法；以廢舊柴 油機(jī)曲軸為對(duì)象，研究了線性動(dòng)力學(xué)分析模型，探討了廢舊零部件疲 勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型分析數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，初步建立了剩余壽命預(yù)測(cè)模 型；基于金屬磁記憶原理和疲勞壽命評(píng)定準(zhǔn)則，

8、初步提出了廢舊零部 件的剩余壽命評(píng)估和再制造零部件服役壽命預(yù)測(cè)的方法。在技術(shù)基礎(chǔ) 方面，發(fā)展、創(chuàng)新了多項(xiàng)再制造關(guān)鍵技術(shù)，并深入研究了相關(guān)的基礎(chǔ) 理論。如：研究了高溫條件下Fe-AI金屬間化合物的形成機(jī)理，首次 將高速電弧噴涂技術(shù)與粉芯絲材相結(jié)合的方法應(yīng)用于再制造零部件 的表面修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了 Fe-AI（基）金屬間化合物的制備與涂層成形一體 化技術(shù)；發(fā)明了一種“雙通道、雙溫區(qū)”的超音速等離子噴涂新工藝， 解決了涂層熔滴的過熔、夾生及燒損問題；利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 高能機(jī)械化學(xué)法，解決了納米顆粒在多離子溶液體系中的均勻分散與 懸浮穩(wěn)定的難題，實(shí)現(xiàn)了納米電刷鍍過程中非導(dǎo)電的納米顆粒與導(dǎo)電 的基質(zhì)金屬

9、鎳的高效共沉積。12二、本課題研究主要內(nèi)容與擬解決的關(guān)鍵問題1、課題主要研究?jī)?nèi)容1.1、電刷鍍的甚本原理.電刷鍍的葛本原理圖】電刷盤工作原理拾淹盤 2工件 3 供液卷 4相極包套 5陽(yáng)極6 刷就筆桿 X劇捷電源 &安培小時(shí)計(jì) 9.電刷鍍是依靠一個(gè)與陽(yáng)極接觸的墊或刷 ，并提供電鍍需要的電解 液,電鍍時(shí),墊或刷在被鍍的陰極上移動(dòng)的一種電鍍方法。電刷鍍使用專門研制的系列刷鍍?nèi)芤海鞣N形式的鍍筆和陽(yáng)極， 以及專用的直流電源，電刷鍍工作原理如圖1所示。工作時(shí),工件接電 源的負(fù)極,鍍筆接電源的正極.靠包裹著的浸滿鍍液的陽(yáng)極在工件表 面擦拭。鍍液中的金屬陽(yáng)離子在直流電場(chǎng)的作用下向陰極表面遷移，并獲得電子還原

10、為金屬原子，形成結(jié)晶而沉積成刷鍍層。納米電刷鍍 技術(shù)是我國(guó)學(xué)者將傳統(tǒng)電刷鍍技術(shù)與納米材料技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新性 研究成果。在電刷鍍液中添加特種納米陶瓷顆?；蚣{米纖維，并使其與基質(zhì)鍍液均勻、彌散混合，可制備出高性能的納米復(fù)合鍍層。1.2、電刷鍍工藝工序號(hào)操作內(nèi)容主要設(shè)備及材料1鎳前準(zhǔn)備機(jī)床、砂輪、砂紙等2零件表面電化學(xué)除油（電凈）電源、鍍筆、電凈液3水沖洗工件表面清水4保護(hù)非鎳表面絕緣膠帶、塑料布5零件表面電解刻蝕（活化）電源、鍍筆、電凈液6水沖洗清洗7鍍底層電源、鍍筆、打底層溶液8水沖洗清水9鍍尺寸層電源、鍍筆、鍍尺寸層溶液10水沖洗清水11鍍工作層電源、鍍筆、鍍工作層溶液12溫水沖洗溫水（50

11、C左右）13鍍后處理油石、拋光輪、紗布、防銹油121、選擇碳鋼作為基體材料，研究針對(duì)不同基體材料的電刷鍍工 藝。122、待鍍工件表面機(jī)械預(yù)處理（1）、待鍍工件表面預(yù)加工。通過砂紙、砂輪或其他機(jī)加工手段去除 待鍍工件表面的毛刺、不平度、錐度、疲勞層及銹蝕層，使其達(dá)到基 本光整，表面粗糙度滿足 Ra2.5mm對(duì)深的劃傷和腐蝕斑坑要用鋰 刀、磨條、油石等工具修整，對(duì)銹蝕嚴(yán)重的部位，也可用噴砂、砂布 或電砂輪打磨，使其露出基體金屬。（2）待鍍工件表面除油污。用汽油、丙酮或水基清洗劑待鍍工件表 面的油污。1.2 . 3、待鍍工件表面化學(xué)預(yù)處理（1）電凈處理。對(duì)金屬工件表面進(jìn)行電凈處理的目的，是進(jìn)一步除

12、去其表面微觀上的油污。對(duì)易氫脆的超高強(qiáng)度鋼件，或有色金屬進(jìn)行 電凈處理時(shí)，工件接陽(yáng)極，電凈時(shí)陽(yáng)極表面溶解（電解）；其他鋼鐵 等材料進(jìn)行電凈處理時(shí)，工件接陰極，電凈時(shí)陰極上產(chǎn)生氫氣泡使表 面的油污去除脫落。一般電壓用 8V12V,陰、陽(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為（918） m/mi門，即（0.150.3 ） m/s，時(shí)間約為1min。不同基體 材料的電凈工藝參數(shù)見表1。電凈結(jié)束的標(biāo)志是被鍍表面水沖后水膜 連續(xù)。(2) 活化處理?；罨幚淼哪康氖浅スぜ砻娴难趸ぁ⑩g化膜 或析出的碳元素微粒黑膜?；罨喊醋饔脧?qiáng)弱，有1號(hào)、2號(hào)、3號(hào) 之分，電壓6 15 V。1號(hào)液工件可接陽(yáng)極或陰極，2號(hào)、3號(hào)液工 件接陽(yáng)

13、極，速度同上，約 30 s?；罨己玫臉?biāo)志是低碳鋼工件表面 呈現(xiàn)均勻銀灰色，無(wú)花斑。中、高碳鋼碳呈深灰色，鑄鐵表面呈深黑 色。活化后用水沖洗。不同的基體材料，其活化工藝規(guī)范見表2。124、對(duì)修復(fù)工件預(yù)鍍底層對(duì)修復(fù)工件預(yù)鍍底層的目的，是提高鍍層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng) 度。工件表面經(jīng)電凈化、活化處理后，需要先用堿銅、特殊鎳或低氫 脆鎘鍍液預(yù)鍍一薄底層，厚度約為 0.010.02 mm表3為常見刷鍍 層的最大厚度。(1) 特殊鎳作底層。適用于不銹鋼、鉻、鎳材料和高熔點(diǎn)金屬，它 與基體金屬在優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度，酸性活化后，可以不經(jīng)水清洗立即鍍 特殊鎳，電壓620V,陰、陽(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為(0.10.2 ) m

14、/s。(2) 堿銅作底層。選用于難鍍的金屬如鋁、鋅或鑄鐵等。電壓為5 20 V，陰、陽(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度(0.20.4 ) m/s。(3) 低氫脆性鎘作底層。適用于對(duì)氫特別敏感的超高強(qiáng)度鋼，經(jīng)陽(yáng) 極電凈活化后用此低氫脆鎘作底層，既可提高鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，又可避免滲氫變脆的危險(xiǎn)。電壓610 V，相對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度為(0.1 0.5 ) m/s。(4) 鍍尺寸鍍層。如果待鍍工件的磨損量較大，鍍層厚度將相應(yīng)增加。但是，由于單一金屬的鍍層隨厚度增加，其內(nèi)應(yīng)力也將增大，導(dǎo) 致鍍層晶粒變粗，強(qiáng)度降底，過厚時(shí)則會(huì)出現(xiàn)裂紋或自然脫落。一般 地，為保證鍍層安全可靠，單一鍍層不能超過0.030.05 mm;快速鎳和高

15、速銅不能超過0.30.5 mm。因此，當(dāng)待鍍工件的磨損量較大時(shí)，則需先刷鍍尺寸鍍層來(lái)增加尺寸，甚至用不同鍍層交替疊加，直 至其尺寸滿足鍍工作層的基本要求。當(dāng)鍍層因?yàn)楹穸菇Y(jié)晶粗化時(shí)， 可先用砂紙打磨，然后用1號(hào)或2號(hào)活化液反接（工件接陽(yáng)極）處 理510 s，最后再鍍特殊鎳和工作鍍層。1.2 . 5、鍍工作鍍層經(jīng)過前面的各項(xiàng)處理以及鍍完尺寸鍍層之后，就可以開始最后一道工序即鍍滿足工件表面要求的工作層了。工作電壓一般在615V之間，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為（0.10.3 ） m/s,沉積鍍覆量為（110） a m/mi n。1.2 . 6、鍍后清洗檢驗(yàn)工件鍍好之后，要用自來(lái)水進(jìn)行徹底沖刷和清洗， 而后在太陽(yáng)

16、下 曬干或用壓縮空氣等吹干，并進(jìn)行有關(guān)的檢驗(yàn)。最后涂上防銹油等防 銹。1.3、納米電刷鍍納米復(fù)合鍍層的性能測(cè)試與分散效果分析。測(cè)試與分析納米復(fù)合鍍層表面微觀形貌、粗糙度、耐腐蝕性能、 機(jī)械性能等，分析不同分散方法的效果。2、擬解決的關(guān)鍵問題（1）電刷鍍工藝參數(shù)的選擇選擇合適的電壓范圍、保持鍍筆與工件最佳相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、控制 合理的涂鍍溫度、保證工件表面清潔濕潤(rùn)、保持鍍液清潔純凈等。（2）電刷鍍納米顆粒的選擇與配方三、解決方案及預(yù)期效果1、解決方案建立不同刷鍍速度、不同刷鍍電壓、不同涂鍍溫度與快 N i鍍層 的硬度，晶粒度，晶格畸變，位錯(cuò)密度和耐磨性能的關(guān)系曲線， 8 種鍍液的鍍前預(yù)處理和刷鍍工藝

17、的金相顯微圖譜。 據(jù)此可以按不同要 求優(yōu)化選擇電刷鍍工藝， 制定最合適的工藝流程。2、納米顆粒復(fù)合電刷鍍層的性能研究（1）、利用表面活性劑，分散劑使得納米顆粒在電鍍液中分散，并利 用了磁力攪拌使鍍液的各成分分散均勻， 制出高度分散，長(zhǎng)效穩(wěn)定的 復(fù)合電刷鍍液。（2）、采用納米顆粒制備出納米復(fù)合鍍層。（3）、采用掃描電鏡、X射線衍射儀、等分析電刷鍍層的表面形貌、 微觀組織結(jié)構(gòu)、內(nèi)應(yīng)力、鍍層厚度；采用裂紋檢測(cè)儀檢測(cè)鍍層裂紋； 采用硬度計(jì)、劃痕儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)分析等測(cè)試鍍層的硬 度、結(jié)合強(qiáng)度、摩擦磨損性能、耐蝕性等。（4）、研究納米顆粒的成分、含量等對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)和性能的影響。3、預(yù)期效果通過所

18、學(xué)的知識(shí)和大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出最合適的工藝參數(shù)， 使得鍍層的檢測(cè)結(jié)果符合工程應(yīng)用要求。四、課題進(jìn)度安排序號(hào)各階段工作內(nèi)容起訖日期實(shí)施地點(diǎn)1實(shí)習(xí)2015.3.2 3.8 （第 1 周）南昌市2英文翻譯和文獻(xiàn)閱讀2015.3.9-3.15 （第 2 周）機(jī)電樓3開題報(bào)告2015.3.16 3.22 （第 3 周）機(jī)電樓4試驗(yàn)藥品米購(gòu)2015.3.234.5 （第 4-5 周）機(jī)電樓5電刷鍍制備復(fù)合鍍層2015.4.6 4.19 （第 6-7 周）機(jī)電樓6電鏡、衍射試驗(yàn)2015.4.20-5.3 （第 8-9 周）機(jī)電樓7摩擦腐蝕試驗(yàn)2015.5.4 5.17 （第 10-11 周）機(jī)電樓8試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)與表達(dá)2015.5.18 5.24 （第 12 周）機(jī)電樓9論文撰寫2015.5.25 5.31 （第 13 周）機(jī)電樓10論文答辯2015.6.16.7 （第 14 周）機(jī)電樓五、參考文獻(xiàn)【1】徐匡迪.工程師-從物質(zhì)財(cái)富的創(chuàng)造者到可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐者J.中國(guó)表面工程,2004, 17(6): 1-6.【2】徐濱士，朱勝，馬世寧，等.裝備再制造工程學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展J.中國(guó)表 面工程，2003, 16 (3): 1-