基于电沉积技术的金属快速成型技术研究

论文摘要

面对全球的市场竞争,面对客户个性化需求的变化,企业（产品制造商）为了能够及时的响应和抢占市场,已经将快速成型技术作为当前制造业研究的重点,而金属零件的快速制造技术是快速成型领域的研究热点和目标之一。本文的提出的基于电沉积技术的金属快速成型工艺方法结合了快速成型技术和电化学沉积技术的特点,前者是基于离散-堆积的累加成型,后者是基于阴极沉积的增材加工,将电化学沉积技术、快速成型技术和数控技术有机结合,以数控选择性沉积加工方式直接成型和制造金属零件。通过理论分析和工艺试验研究对其进行了基础性研究,并取得了以下几个方面的成果:（1）将电沉积技术与快速成型技术有机结合起来,发展了一种新的直接金属快速成型新方法——基于电沉积技术的金属快速成型技术,并结合该工艺技术特点,成功开发了基于电沉积技术的金属快速成型实验机床。（2）根据电沉积相关基础理论,分析了影响电结晶和沉积速度的主要因素,建立基于电沉积技术的金属快速成型工艺的理论模型。（3）系统研究了电流密度、阴极阳间隙、阳极头直径和电解液温度等工艺参数对成型件质量和速度的影响。（4）利用基于电沉积技术的金属快速成型工艺方法在不同电流密度条件下成功制备了几个铜质零件,并通过材料的力学性能测试详细地分析了电流密度对沉积件质量的影响。（5）首次将复合电沉积技术和快速成型技术结合在一起,为制备复合材料金属零件提供了一个崭新的方法,并系统研究了相关工艺参数对沉积件质量的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 快速成型技术的研究及发展趋势
• 1.1.1 快速成型技术概述
• 1.1.2 快速成型技术基本原理
• 1.1.3 快速成型技术的特点
• 1.1.4 快速成型技术的主要发展趋势
• 1.2 金属快速成型技术的研究及发展现状
• 1.3 电沉积技术的研究现状
• 1.4 本课题的提出及研究的意义
• 1.5 本文的主要研究内容及创新点
• 第二章 电沉积快速成型机的相关理论基础
• 2.1 电化学沉积的基本理论
• 2.1.1 金属电化学沉积的基本过程
• 2.1.2 电结晶形核过程的分析
• 2.1.3 法拉第定律在电沉积中的应用及电流效率的测定
• 2.2 电结晶过程的动力学
• 2.2.1 吸附原子的表面扩散控制
• 2.2.2 晶核的形成与长大
• 2.2.3 晶核的生长机理
• 2.3 影响电沉积速度的因素分析及提高电沉积速度的方法与途径
• 2.4 电化学沉积快速成型沉积厚度的研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于电沉积技术的金属快速成型机的研制
• 3.1 基于电沉积技术的金属快速成型机床概述
• 3.2 基于电沉积技术的金属快速成型机床装置介绍
• 3.3 基于电沉积技术的金属快速成型机的数控系统设计
• 3.3.1 数控系统硬件结构
• 3.3.2 数控系统软件结构
• 3.3.3 控制系统阳极头轨迹路径设计
• 3.3.4 控制系统软件实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 电沉积铜制零件工艺试验研究
• 4.1 试验材料及电解质溶液成分
• 4.2 实验内容与实验方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 电沉积时电压与电流密度之间的关系
• 4.3.2 电流密度对沉积件的影响
• 4.3.3 阳极头直径大小对沉积件的影响
• 4.3.4 阴、阳极间隙对沉积斑点的影响
• 4.3.5 运动速度对定域性的影响
• 4.4 基于电沉积技术的金属快速成型技术制备的铜质沉积件力学性能分析
• 4.4.1 材料力学性能测试的基本概念
• 4.4.2 电沉积铜质材料的力学性能试验
• 4.5 本章小结
• 第五章 复合电沉积的工艺试验研究
• 5.1 复合电沉积技术的研究
• 5.1.1 复合电沉积技术的特点
• 5.1.2 复合电沉积技术在制备复合材料方面的优势
• 5.1.3 复合电沉积中固体微粒含量的表示方法
• 2O₃）的制备'>5.2 电沉积铜基复合材料（Cu/Al₂O₃）的制备
• 5.2.1 试验材料及电解液溶液成分
• 5.2.2 实验内容与实验方法
• 5.3 实验结果与分析
• 2O₃复合沉积的影响'>5.3.1 表面活性剂的添加量对 Cu/Al₂O₃复合沉积的影响
• 5.3.2 电流密度对 Cu/Al O复合电沉积的影响
• 2O₃的添加量对 Cu/Al₂O₃复合电沉积的影响'>5.3.3 Al₂O₃的添加量对 Cu/Al₂O₃复合电沉积的影响
• 2O₃复合电沉积的影响'>5.3.4 温度对 Cu/Al₂O₃复合电沉积的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间取得研究成果