摘要：
       新型工業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)輕量級(jí)材料的需求促使了鋁基復(fù)合材料的研發(fā)和制備。在諸多AMMCs中，鋁金屬基體增強(qiáng)型碳化硼（B4C）由于其優(yōu)良的耐磨性能、高硬度、高強(qiáng)度低重量比和高溫韌性而廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域。和其他增強(qiáng)體（Al2O3、SiC）相比，碳化硼有著異乎尋常的中子吸收性能。由于金屬基中硬質(zhì)陶瓷增強(qiáng)體的存在，傳統(tǒng)加工方法對(duì)碳化硼材料的加工存在一定難度。而非傳統(tǒng)工藝如激光加工和電火花加工則會(huì)對(duì)工件表面造成損傷和熱影響區(qū)。電火花加工（ECM）是一種先進(jìn)的加工工藝，用于航空零部件、汽車零部件以及模具的制造。為提高材料去除率并改善工件的表面質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)將細(xì)顆粒磨料和電解質(zhì)混合。這種伴隨陽極溶解的磨料能夠有效提高材料去除率。
關(guān)鍵詞：電化學(xué)加工,鋁基碳化硼復(fù)合材料,反應(yīng)曲面分類研究法,碳化硅磨料
引言：
       金屬基復(fù)合材料（MMCs）是一類耐磨性高、比強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低的輕量材料，廣泛應(yīng)用于航空、軍事和汽車制造行業(yè)。利用傳統(tǒng)工藝對(duì)Al-B4C進(jìn)行加工會(huì)造成工具的快速磨損，工件表面質(zhì)量較差。而電化學(xué)加工（ECM）則廣泛應(yīng)用于高硬度材料的加工。
       本研究在反應(yīng)曲面分類研究法（RSM）的基礎(chǔ)上進(jìn)行ECM加工并利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)最佳工藝參數(shù)。Rama rao等人利用（20 vol%）150μm B4C陶瓷顆粒（硬度21HRB）增強(qiáng)型Al-B4C復(fù)合材料的制備和機(jī)械性能。Milan Kumar等人利用Grey-Laguchi方法對(duì)EN31工具鋼進(jìn)行ECM加工，從而優(yōu)化了表面粗糙度和MRR。Rajurkar等人做了關(guān)于ECM工藝的最新進(jìn)展研究。本論文利用預(yù)成形柱形銅工具電極對(duì)鋁基5-15%碳化硼復(fù)合材料進(jìn)行磨料輔助型ECM加工并進(jìn)行工藝建模，優(yōu)化工藝參數(shù)。碳化硅磨料粒度為50μm，電解質(zhì)為NaCl。
實(shí)驗(yàn)步驟：
       基礎(chǔ)加工材料為Al-6061-(5-15%)碳化硼。ECM加工裝置為0.5-5A/mm2高密度直流電、10-20V低壓裝置。利用METATECH ECM設(shè)備對(duì)試樣進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)。工具為中心帶孔的圓形截面銅材質(zhì)。電解質(zhì)順著工具的中心孔軸向進(jìn)給至切削區(qū)。利用氯化鈉溶液作為磨料輔助/無磨料輔助ECM加工的電解質(zhì)。以固定的時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)加工，并通過改變不同參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如電壓、電流、進(jìn)給速率和增強(qiáng)體。利用SEM對(duì)加工試樣進(jìn)行微結(jié)構(gòu)觀察。利用重量損失技術(shù)進(jìn)行MRR測(cè)量；在10mm的試樣長(zhǎng)度距離上利用talysurf測(cè)試儀測(cè)量表面粗糙度。表1為本研究的不同工藝參數(shù)。

       通過改變四個(gè)輸入?yún)?shù)（因子），電壓、電流、進(jìn)給速率和增強(qiáng)體來進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)加工，從而優(yōu)化兩個(gè)輸出參數(shù)（響應(yīng)）。實(shí)驗(yàn)加工過程中電極間隙保持常量；加工時(shí)間保持常量。加工前后對(duì)試樣進(jìn)行稱量以便求得MRR。加工后對(duì)工件進(jìn)行表面粗糙度測(cè)量。
       磨料輔助ECM和普通ECM類似。除了一般的加工工藝，磨料粉末要和電解質(zhì)混合。持續(xù)攪拌電解質(zhì)，使其流速保持在最佳范圍值以確保磨料能和電解質(zhì)一起流動(dòng)并防止磨料堵塞；
       普通ECM和磨料輔助ECM加工的試樣都進(jìn)行SEM分析；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)建立在RSM的CCD基礎(chǔ)上。CCD的因子部分為全析因設(shè)計(jì)，結(jié)合了兩個(gè)準(zhǔn)級(jí)（高+1、低-1）的所有因子，并由八個(gè)星點(diǎn)和六個(gè)中間點(diǎn)（代碼準(zhǔn)級(jí)為0）。位于CCD中心的平面有20組實(shí)驗(yàn)觀察，基于四個(gè)獨(dú)立的輸入變量。表一為普通ECM和磨料輔助ECM的加工參數(shù)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
       表二為不同加工參數(shù)下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由此可以看出15%增強(qiáng)試樣在14V電壓、240A電流、0.4mm/min進(jìn)給速率的條件下獲得了高達(dá)0.063g/min的MRR值。在11V、240A、0.5mm/min進(jìn)給速率條件下，10%增強(qiáng)試樣的表面粗糙度最小值為4.18μm。普通ECM中，15%增強(qiáng)試樣在14V電壓、240A電流、0.4mm/min進(jìn)給速率的條件下獲得最大MRR。增強(qiáng)體的比例對(duì)MRR和表面粗糙度影響比較大。10%增強(qiáng)試樣在11V、120A、0.4mm/min進(jìn)給速率的條件獲得最大MRR值0.0637g/min；在11V、240A、0.5mm/min進(jìn)給速率的條件獲得最小表面粗糙度值3.19μm。在電勢(shì)差下電解質(zhì)通常會(huì)使鋁襯底發(fā)生陽極溶解，而碳化硼則對(duì)其呈現(xiàn)惰性。實(shí)驗(yàn)在電解質(zhì)流體中加入SiC顆粒以便剔除增強(qiáng)體。