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连杆纳米复合电刷镀修复工艺研究

作　者: 刘来春
导　师: 李剑峰
学　校: 山东大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 纳米复合电刷镀工艺优化镀层性能连杆再制造
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

再制造是指以装备全寿命周期理论为指导,以实现废旧装备性能提升为目标,以优质、高效、节能、节材、环保为准则,以先进技术和产业化生产为手段,进行修复、改造废旧装备的一系列技术措施或工程活动的总称。发展再制造产业是建设资源节约型、环境友好型和谐社会的必然选择,也是走可持续发展道路的最重要技术途径。近年来汽车保有量大幅上升,给人们生活出行带来巨大方便同时,也给资源和能源带来了巨大挑战。随着汽车和其他机械产品的更新换代,对报废汽车和其他机械的回收处置成为社会面临的一个严峻的问题。发动机作为汽车的核心部件在其报废后,还具有相当的利用价值,如发动机缸体、曲轴、连杆、凸轮轴等零部件均具有回收再制造的价值。连杆作为发动机的关键零部件,用量大,再制造价值高,对其进行再制造对具有较大的理论意义和指导意义。发动机连杆再制造目前主要有两种方法：一是连杆减尺寸修复法,二是纳米复合电刷镀修复法。纳米复合电刷镀修复法具有标准备件互换性高,对连杆寿命影响小等优势。本论文选取WD615发动机连杆作为研究对象,对纳米复合电刷镀修复连杆工艺进行了研究。本论文根据连杆再制造的相关要求,制定纳米复合电刷镀修复连杆工艺流程,设计了四因素三水平的正交试验,分析镀液中纳米颗粒质量浓度N、纳米颗粒直径d、镀液温度θ、刷镀电压U四工艺参素对镀层性能的影响。为了对比纳米服复合镀层与纯镍镀层性能差别,实验还制备了纯镍镀层。实验采用金相显微镜、显微硬度仪、高温摩擦磨损试验仪、X射线残余应力测试仪等设备,分别对镀层的表面形貌、显微维氏硬度、摩擦磨损性能、表面残余应力、结合强度等性能进行了测试测量。通过对比纳米复合镀层和纯镍镀层的数据,可以发现：纳米A1203颗粒的添加,对镀层表面形貌起到了细化作用,改善了镀层的表面残余应力,提高了镀层硬度,增强了镀层的耐磨性,使纳米复合镀层的综合性能得到了提升。通过对正交实验数据的极差分析,论文得出了刷镀各工艺参数对镀层性能影响的程度和趋势。通过对镀层形成过程的分析,得出了刷镀各工艺参数对镀层性能影响的机理。针对镀层单一性能的最优,获得优化的工艺参数组合并进行实验验证。为了消除各镀层性能数据量纲的差异,采用映射函数的方法将性能数据映射到[0,1]数值空间,结合加权评分法,对镀层各性能进行评分,得出镀层的综合性能评分。采用正交分析法对其进行优化,得出最佳工艺参数,并进行实验验证。以连杆再制造为目标的纳米复合电刷镀工艺参数优化,不仅可以得出纳米复合电刷镀工艺参数对镀层性能的影响趋势和影响机理；还可以提高再制造连杆的修复质量,保证其在下一个生命周期中安全服役。本课题的研究对纳米复合电刷镀修复连杆技术的发展具有重要的理论和实践指导意义,对发动机再制造和再制造产业的发展提供了重要的理论依据技术支持。本论文得到山东大学与潍柴动力股份有限公司校企合作项目“发动机连杆再制造关键技术”(11381006)的资助。

全文目录

摘要  9-11
Abstract  11-13
第1章绪论  13-23
  1.1 课题背景与意义  13-17
    1.1.1 再制造发展现状  14-15
    1.1.2 发动机连杆再制造分析  15-17
  1.2 连杆修复技术研究现状  17-21
    1.2.1 连杆减尺寸修复法  18
    1.2.2 纳米复合电刷镀修复法  18-21
  1.3 本课题研究的主要内容  21-23
第2章实验材料及实验方法  23-31
  2.1 刷镀设备  23-24
  2.2 纳米复合电刷镀液制备  24-26
    2.2.1 纳米颗粒及镀液选取  24-25
    2.2.2 纳米复合镀液制备方法  25-26
  2.3 纳米复合电刷镀工艺流程  26-28
    2.3.1 刷镀工艺流程  26-27
    2.3.2 镀液及工艺规范  27-28
  2.4 正交实验设计及工件准备  28-30
    2.4.1 正交实验设计  28-29
    2.4.2 工件准备  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章镀层表面形貌、硬度及摩擦磨损性能  31-49
  3.1 镀层表面形貌  31-35
    3.1.1 镀层表面形貌特点  31-34
    3.1.2 镀液中纳米颗粒含量对表面形貌的影响  34-35
  3.2 镀层显微维氏硬度  35-40
    3.2.1 测试原理及测试设备  35-36
    3.2.2 刷镀工艺参数对硬度的影响  36-40
  3.3 镀层摩擦磨损性能  40-48
    3.3.1 镀层耐磨测试方法测试设备及参数  40-43
    3.3.2 刷镀工艺参数对镀层摩擦磨损性能的影响  43-48
  3.4 优化工艺参数验证  48
  3.5 本章小结  48-49
第4章镀层残余应力及结合强度  49-65
  4.1 镀层残余应力分析  49-57
    4.1.1 镀层残余应力产生原因  49
    4.1.2 测试设备及参数  49-53
    4.1.3 刷镀工艺对镀层残余应力的影响  53-56
    4.1.4 优化工艺参数验证  56-57
  4.2 镀层结合强度性能  57-63
    4.2.1 镀层结合强度测试方法及测试设备  57-59
    4.2.2 数据处理及刷镀工艺参数对镀层结合强度影响  59-62
    4.2.3 优化工艺参数验证  62-63
  4.3 本章小结  63-65
第5章镀层综合性能优化及实验验证  65-73
  5.1 优化方法  65-66
  5.2 数据处理  66-69
  5.3 结果分析  69-70
  5.4 实验验证  70-71
  5.5 纳米复合电刷镀修复连杆应用  71-72
  5.6 本章小结  72-73
第6章总结与展望  73-75
  6.1 工作总结  73-74
  6.2 研究展望  74-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间参与课题  79-81
致谢  81-82
学位论文评阅及答辩情况表  82

连杆纳米复合电刷镀修复工艺研究

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