基于阴极平动的游离微珠辅助磨电铸制造技术

电铸是现代制造业必不可少的一种非传统加工技术。本项目提出基于阴极平动的游离微珠辅助磨电铸制造技术，利用不导电的耐磨的游离微珠对正在生长的沉积层进行微量磨削，并扰动电沉积的离子放电过程和结晶过程，以彻底消除电铸层的结瘤、凹坑、孔隙等缺陷，细化晶粒，有效提高电铸层材料性能和电铸速度。同时，芯模（阴极）在微珠间作平动运动，其表面各点运动轨迹和速度相同，因此微珠对各点的作用过程和强度相同，有利于获得材质均匀的电铸层。.本项目将探索在游离微珠微量磨削和扰动条件下，金属电沉积出现的新现象和新理论以及电铸材料的新特性，深入研究游离微珠的作用机理，建立游离微珠辅助磨电铸制造技术体系。重点研究新技术体系中游离微珠对电沉积过程的影响机制、微珠动态特性的直接观测和分析、电铸电场和流场的仿真与建模等关键技术，为金属零件的电铸制造，尤其大壁厚零件的快速一次性电铸成形提供切实可行的技术手段。

本项目面向航空、航天等领域复杂轮廓薄壁零件的制造，为解决常规电铸中存在的针孔、麻点和结瘤等缺陷、晶粒粗大、生产周期长等关键问题，提出基于阴极平动的游离微珠辅助磨电铸制造技术，通过游离微珠摩擦和扰动正在生长的沉积层来影响电结晶过程，进而提高电铸层质量和电铸速度。本项目主要研究游离微珠辅助磨电铸机理、电铸材料性能、电铸电场均匀性等科学问题，获得如下研究成果：.（1）设计一种用于驱动阴极运动的大平动量高速平动机构，并搭建一台电铸试验装置以及粒子运动观测系统。.（2）在观测和分析游离微珠运动形态基础上，初步掌握阴极平动式游离微珠辅助磨电铸技术原理。研究发现，做复杂运动的游离微珠对沉积层表面产生摩擦甚至微量磨削作用，并影响电铸电场和流场，能彻底消除表面缺陷，细化晶粒，提高材料性能和电铸速度。.（3) 开展金属镍及其合金电铸试验研究，所制备镍电铸层表面没有任何针孔或结瘤，表面粗糙度低于Ra0.2μm；电铸层结构致密，晶粒小于200 nm；显微硬度可达400HV，抗拉强度可达1300MPa。.（4） 提出并研究一种新的电铸电场优化设计方案，在小型喷管电铸阳极轮廓的优化设计实例中，经优化后的目标函数值，即场强的最大值与最小值之比由初始的1.96减小至1.08。.（5） 制备出整体叶轮电解加工用复杂型面工具阴极，无任何针眼、麻点和结瘤等缺陷，表面粗糙度小于Ra0.3μm，显微硬度380HV-400HV。