优化聚呋喃醇固化条件并探究高性能生物基防腐涂层的反应机理

《Journal of Materials Research and Technology》：Tuning polyfurfuryl alcohol curing conditions and probing reaction mechanisms for high-performance bio-based anti-corrosion coatings

高效高质镍基合金复合加工技术研究。采用正交试验法分析电弧熔接加工（EAM）参数对材料去除率（MRR）、重熔层厚度（ARLT）和表面粗糙度（Sa）的影响规律，建立多目标优化映射关系。通过实验验证，电压35V、进给160mm/min、转速900rpm、铣深4mm时MRR达12000mm3/min，但存在显著重熔层和表面粗糙问题。采用机械精加工去除重熔层，实验表明100μm切削深度可有效清除表面缺陷而不损伤基体组织，且切削力波动范围控制在±12N以内。研究揭示了EAM热缺陷形成机制及机械去除机理，为复杂构件加工提供了新方法

　　在现代航空航天工业中，GH4169镍基合金因其优异的高温强度、耐腐蚀性和抗疲劳性能，被广泛应用于发动机叶片、燃气轮机部件以及航天器的关键承重结构中。然而，这种材料在传统机械加工过程中表现出加工难度大、刀具磨损严重、加工效率低以及表面质量难以控制等问题，成为制约其高效高精度加工的主要瓶颈。因此，探索一种既能提升加工效率又能保证表面质量的新工艺显得尤为重要。本文提出了一种将电弧加工（EAM）与机械精加工相结合的工艺方案，旨在充分发挥两者的优势，突破GH4169镍基合金高精度加工的技术难题。

电弧加工是一种非接触式加工技术，其特点是通过电弧放电产生高温等离子体，对材料进行快速去除。该技术在提高材料去除率（MRR）方面表现出显著优势，但同时也带来了诸如再熔层（Recast Layer）形成、微裂纹和残余拉应力等热缺陷问题。这些缺陷不仅降低了工件的疲劳寿命和高温承载能力，还可能导致在高温服役过程中出现早期失效。因此，如何有效抑制这些热诱导缺陷，成为电弧加工工艺优化的核心议题。

为了进一步提高加工质量，本文引入了机械精加工作为后续处理步骤。机械加工能够通过可控的切削参数选择性地去除再熔层，从而改善表面粗糙度（Sa）和几何精度。然而，单独使用机械加工无法满足高效加工的需求，而单独使用电弧加工又无法彻底消除热缺陷。因此，结合电弧加工与机械加工的复合工艺成为解决这一问题的可行路径。这种工艺不仅可以提升整体加工效率，还能通过机械加工消除电弧加工所导致的热缺陷，实现高精度加工。

本文通过正交试验对电弧加工过程中的关键参数进行了系统分析，以确定其对加工效率和表面质量的影响规律。正交试验设计涵盖了电压、进给速度、旋转速度和铣削深度等参数，并结合信号噪声比（S/N）分析，明确各参数对加工指标的贡献程度。研究结果表明，电压对材料去除率的影响最为显著，其次是进给速度、铣削深度和旋转速度。通过分析不同参数组合下的加工结果，本文找到了能够实现最大材料去除率的参数组合，同时评估了其对应的再熔层厚度和表面粗糙度。这一过程为后续机械加工提供了重要的参数依据。

在确定最佳电弧加工参数后，本文进一步研究了机械加工对去除再熔层的影响机制。通过设定不同的切削深度，分析了机械加工过程中对再熔层的去除效果以及其对表面质量的改善作用。研究发现，当切削深度刚好超过再熔层的最大厚度时，可以实现再熔层的完全去除，同时避免对基体材料造成显著损伤。这表明，合理控制切削深度对于实现高效高精度加工至关重要。此外，机械加工过程中对再熔层的去除方式和对基体材料的切削行为，对最终的表面粗糙度和加工精度有着直接的影响。

通过显微镜和扫描电子显微镜（SEM）等设备，对加工后的再熔层和基体材料进行了微观结构分析。结果表明，再熔层在电弧加工过程中因熔融、流动和溅射作用形成，随后在冷却介质的作用下快速凝固。这种快速凝固过程导致了再熔层内部的晶粒细化现象，同时也可能引发晶界处的微裂纹。然而，当机械加工完全去除再熔层后，基体材料的微观结构基本保持不变，没有明显的塑性变形或晶粒畸变现象。这表明，机械加工对基体材料的损伤极小，能够有效恢复其原始性能。

此外，本文还对加工过程中元素的迁移情况进行了分析。通过能谱分析（EDS）技术，研究了不同切削深度下工件截面的元素分布变化。结果表明，再熔层中存在明显的元素过渡现象，尤其是氧（O）和碳（C）元素的分布受到电弧放电过程中冷却介质和氧化反应的影响。然而，当切削深度超过再熔层的最大厚度后，这些元素的分布趋于均匀，基体材料的元素组成基本恢复。这表明，通过机械加工去除再熔层可以有效改善材料的元素分布，从而提升其综合性能。

在加工过程中，切削力的变化也对表面质量产生重要影响。通过高精度测力系统，测量了不同切削深度下的切削力变化情况。结果表明，当切削深度较小时，再熔层对刀具的粘附力较弱，切削力波动较小，但此时再熔层并未完全去除，可能影响最终的表面质量。随着切削深度的增加，切削力逐渐增大，尤其是在刀具切入基体材料时，切削力的波动范围显著扩大，这可能对加工精度产生不利影响。因此，合理设定切削深度，确保其刚好能够去除再熔层而不影响基体材料，是实现高精度加工的关键。

综上所述，本文提出了一种结合电弧加工与机械加工的复合工艺，通过正交试验优化电弧加工参数，实现最大材料去除率的同时控制再熔层厚度和表面粗糙度。随后，通过机械加工去除再熔层，以恢复材料的原始性能并提升加工质量。研究结果表明，该复合工艺能够在保证加工效率的前提下，有效消除电弧加工所带来的热缺陷，实现高效高精度的加工目标。此外，该工艺在实际应用中具有显著的可行性，能够满足现代航空航天工业对高性能合金部件的加工需求。未来的研究可以进一步探索该工艺在不同材料和加工条件下的适用性，以及如何通过优化参数组合进一步提升加工效率和表面质量。