面向再制造的超聲輔助熱浸鍍鋁技術研究.pdf

1、再制造可以節(jié)約資源和能源，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)報廢零件的重復利用，對建設循環(huán)經濟和節(jié)約型社會具有重要意義。對于因表面磨損而導致的報廢零件，可以利用熱浸鍍工藝在其表面涂覆一層鋁層來實現(xiàn)其尺寸修復，然后采用微弧氧化工藝生成Al2O3陶瓷層來提高零件的表面性能。為了實現(xiàn)對表面尺寸的精確修復，本文對熱浸鍍鋁工藝進行了如下研究:
　　 利用金相顯微鏡、電子掃描顯微鏡、X射線衍射儀和能譜儀對熱浸鍍鋁試樣進行了微觀結構觀察和成分分析，結果證實:

2、鍍層由表面鋁層和金屬間化合物層構成，金屬間化合物層嵌入鋼鐵基體，呈冶金結合，表面層主要成分為Al，并含有少量的FeAl3，金屬間化合物層主要成分為Fe2Al5，在兩者之間分布著很薄的一層FeAl3相層。
　　 采用正交試驗法研究了浸鍍溫度、浸鍍時間和提升速度對試樣鍍層厚度和質量的影響，研究表明各參數對表面層和金屬間化合物層的生長影響并不一致。由于熱浸鍍鋁是非線性系統(tǒng)內發(fā)生的復雜變化過程，影響因素多并存在耦合效應，難以用數學模型進

3、行定量描述，故本文借助MATLAB構建了BP神經網絡模型，利用正交試驗數據對建立的模型進行了訓練仿真，并通過該模型系統(tǒng)的分析了各工藝參數對鍍層厚度和質量的影響，浸鍍溫度和浸鍍時間對金屬間化合物層的厚度影響較大，而提升速度主要決定了表面層的厚度，浸鍍溫度和提升速度決定了表面質量的好壞;并得出了最優(yōu)的熱浸鍍鋁工藝參數，即浸鍍溫度750℃，浸鍍時間6min，提升速度8m/min。
　　 利用Fluent流體模擬軟件對超聲振動熱浸鍍鋁進

4、行了模擬研究，結果表明:超聲振動對浸鍍液中壓強和流速的影響很大，振動頭下方區(qū)域為壓強變化最大和浸鍍液流速最快的區(qū)域，其瞬時壓強超過1 MPa，瞬時的浸鍍液流速為30m/s，在穩(wěn)定期其壓強保持在0.4-0.6MPa。通過施加超聲振動，可以有效的改善浸鍍液的流動性和浸潤性，尤其在振動頭下方區(qū)域，空化效果和聲流效應顯著。
　　 為了使得復雜工件的各個部分如孔洞、縫隙、內壁等均可得以充分浸潤和反應，從而可以對復雜表面零件進行熱浸鍍鋁，本

5、文借助變截面桿的縱振動波動方程設計了帶有中心冷卻水道的超聲變幅桿，并在此基礎上構建了超聲輔助熱浸鍍鋁試驗平臺，該平臺能夠很好的傳遞超聲振動能量，較好的適應高溫浸鍍環(huán)境。
　　 在建立的超聲輔助熱浸鍍鋁試驗平臺上進行了添加超聲振動的熱浸鍍鋁試驗，將試樣放置在振動頭下方，在試驗過程中施加超聲振動，試樣提取之前撤去超聲振動，通過與未施加超聲振動的熱浸鍍鋁試樣進行了對比，結果表明:施加超聲振動可以明顯減小試樣鍍層厚度，整體上可以減小金屬