钨热辐射器电化学抛光试验研究.pdf
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1、钨热辐射器是热光伏系统中的重要单元袁热光伏技术的发展对钨热辐射器表面质量的要求变得更高遥为提高钨金属表面质量袁基于电化学抛光原理构建了一套电化学抛光装置袁通过单因素试验探究了工艺参数对电化学抛光表面质量的影响规律遥结果表明院电化学抛光表面粗糙度随着抛光加工电压尧加工时间尧加工间隙和电解液温度的增加呈现先减小后增大的趋势袁最佳的工艺参数为加工电压20 V尧加工时间160 s尧加工间隙5 mm尧电解液温度25 益袁此时得到的表面抛光效果最佳遥关键词院电化学抛光曰钨热辐射器曰工艺参数曰表面粗糙度中图分类号院TG662文献标志码院A文章编号院1009原279X渊2023冤03原0031-05Exper
2、imental Research on Electrochemical Polishing of Tungsten Thermal RadiatorCHEN Yuanlong袁GAN Xinping袁LI Huigui渊 School of Mechanical Engineering袁Hefei University of Technology袁Hefei 230009袁China 冤Abstract院Tungsten thermal radiator is an important unit of the thermal photovoltaic system.Withthe develo
3、pment of thermal photovoltaic technology袁higher requirements have been put forward for thesurface quality of tungsten thermal radiators.In order to improve the surface quality of tungsten metal袁an electrochemical polishing device was constructed based on the principle of electrochemicalpolishing袁and
4、 the influence of parameters on the surface quality of electrochemical polishing wasstudied through single factor experiment.The result indicated that the surface roughness ofelectrochemical polishing shows a trend of first decreasing and then increasing with the voltage袁time袁processing gap and elec
5、trolyte temperature increase.When the processing voltage is 20 V袁processingtime is 160 s袁processing gap is 5 mm and electrolyte temperature is 25 益袁the best surface polishingeffect is obtained.Key words院electrochemical polishing曰tungsten thermal radiator曰process parameter曰surface roughness金属钨具有密度大尧熔
6、点高尧耐高温尧导电性强尧耐腐蚀和抗蠕变性能好的优点1袁被广泛应用于国防军工尧化学工业和光电材料等领域遥在热光伏系统中袁钨因其红外区发射率低尧相较其他难熔金属蒸汽压低等优点袁可作为热辐射器材料2遥研究发现袁在热辐射器表面制备微结构可以提高辐射效率3袁而基底的表面质量将影响微结构的加工质量袁因此需要保证基底表面光滑平坦尧粗糙度值低遥国内外对钨金属的抛光方法主要有化学机械抛光尧磁流变抛光尧电化学抛光等4-6遥化学机械抛光是一种将磨粒的机械磨削与氧化剂的化学腐蚀相结合袁从而实现高去除率和平坦表面的抛光方法遥但由于固体磨粒的存在袁会产生磨粒在工件表面分布不均匀问题袁有些地方甚至出现磨粒聚集的现象袁从而导
7、致机械划痕的产生遥磁流变抛光加工损伤层小袁但磁流变液制备成本高袁并且存在基本理论不完善的问题7遥电化学抛光是一种通过在阳极产生电解作用溶解金属材质并对其表面进行光整处理的加工技术袁在加工过程中不产生机械划痕袁并且电解液的制备成本相对于磁流变抛光液的更低袁适用于对钨金属进行表面抛光处理遥流动的电解液有助于快速排出电化学反应的生成物和气泡袁同时能有效提高加工效率8-9曰然而袁目前针对钨金属电化学抛光主要是将电极放入含电解液的容器进行抛光袁电解液流收稿日期院2023-04-07第一作者简介院陈远龙袁男袁1964年生袁教授遥电化学加工叶电加工与模具曳2023年第3期31要要动方式基本上是自然对流10-
8、12遥因此袁本文从强制对流角度出发构建一套电化学抛光加工装置袁使电极在电解液流动的状态下进行电化学抛光袁采用单因素试验袁探究加工电压尧加工时间尧加工间隙和电解液温度对加工表面质量的影响规律袁为电化学抛光钨提供指导遥1试验部分1.1试验材料试验材料为质量分数99.95%的高纯度钨袁经电火花线切割后的尺寸为直径29.5 mm尧厚1 mm袁用砂纸对工件逐级打磨并用无水乙醇超声清洗5 min晾干后备用遥以钨片作为工作阳极袁直径30 mm尧厚度3 mm的不锈钢作为阴极进行电化学抛光袁电解液采用质量分数1%的NaOH溶液遥1.2试验装置试验装置系统包括电化学抛光装置尧电解液循环系统和温控系统袁能保证电化学
9、抛光的进行遥图1是电化学抛光装置的示意图遥其中袁阴极和阳极通过导电胶与电极连接杆相接袁通过螺母将电极连接杆固定在套筒中袁再将套筒安装在壳体之中曰通过在连接杆与套筒尧套筒与壳体之间安装密封圈袁以防止加工过程中出现漏液现象曰采用直流稳压电源为电极提供恒定电压袁采用水浴温控系统对电解液进行温度调控遥1.3样件检测样件经过电化学抛光后袁用激光共聚焦显微镜测其表面粗糙度和三维轮廓袁用场发射扫描电子显微镜观察其表面形貌遥2结果与讨论2.1加工电压对表面质量的影响固定加工时间160 s尧加工间隙3 mm尧电解液温度30 益袁试验不同加工电压对电化学抛光表面质量的影响见图2遥随着电压的上升袁工件的表面粗糙度值
10、呈现先减小后增大的趋势袁在电压为20 V时表面粗糙度值达到最低袁为Ra21 nm遥图3是不同加工电压下电化学抛光后的工件表面三维轮廓遥可见袁当加工电压为10 V时袁轮廓差异性较大袁表面不平整袁存在凸起部分袁这是由于电压过小时电流密度较低袁金属表面溶解不均匀袁表面凸起处无法被完全溶解遥随着加工电压增大袁轮廓差异性逐渐减小袁凸起部分也减少遥当加工电压为20 V时袁轮廓的差异性达到最低袁此时表面平整度最好遥当电压继续增大袁轮廓差异性变大尧平整度下降袁从图3e可发现在中心部位存在颜色较深的区域袁这是由于加工电压过高袁存在局部电流过大的情况袁导致该处的材料去除速率过快袁易出现过腐蚀现象袁从而使得表面质量
11、降低遥图4是通过扫描电镜得到的在10 V和20 V加图1电化学抛光装置结构示意密封圈阳极连接杆阳极阴极连接杆密封圈阴极35302520151051518212427303336加工电压/V图2表面粗糙度随着加工电压变化图00.3滋mZX00.3滋mZ0X渊a冤10 V渊b冤15 V00.2滋mZ0X00.5滋mZX渊c冤20 V渊d冤25 V00.3滋mZX渊e冤30 V图3不同加工电压下的表面三维轮廓叶电加工与模具曳2023年第3期电化学加工32要要工电压下抛光后的工件微观形貌遥当加工电压为10 V时袁工件表面存在凸起部分袁表面质量不好曰当加工电压为20 V时袁工件表面很平整袁能清晰地观察到
12、晶界遥2.2加工时间对表面质量的影响固定加工电压20 V尧加工间隙3 mm尧电解液温度30 益袁试验不同加工时间对电化学抛光表面质量的影响见图5遥随着加工时间的增加袁工件的表面粗糙度值呈现先减小后增大的趋势袁在加工时间为160 s时表面粗糙度值达到最低袁为Ra24 nm遥图6是不同加工时间下电化学抛光后的工件表面三维轮廓遥可见袁当加工40 s和80 s时袁表面粗糙度值明显较高袁这是由于抛光时间过短袁阳极表面生成的钝化膜没有完全溶解袁反应过程尚未完全进行袁导致抛光不彻底袁工件表面仍留有砂纸打磨后划痕遥随着加工时间不断增加袁表面粗糙度值开始下降袁轮廓差异性逐渐降低遥当加工160 s时袁高度差和轮廓
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