摘要：
       新型工業產業對輕量級材料的需求促使了鋁基復合材料的研發和制備。在諸多AMMCs中，鋁金屬基體增強型碳化硼（B4C）由于其優良的耐磨性能、高硬度、高強度低重量比和高溫韌性而廣泛應用于汽車制造領域。和其他增強體（Al2O3、SiC）相比，碳化硼有著異乎尋常的中子吸收性能。由于金屬基中硬質陶瓷增強體的存在，傳統加工方法對碳化硼材料的加工存在一定難度。而非傳統工藝如激光加工和電火花加工則會對工件表面造成損傷和熱影響區。電火花加工（ECM）是一種先進的加工工藝，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量，本實驗將細顆粒磨料和電解質混合。這種伴隨陽極溶解的磨料能夠有效提高材料去除率。
關鍵詞：電化學加工,鋁基碳化硼復合材料,反應曲面分類研究法,碳化硅磨料
引言：
       金屬基復合材料（MMCs）是一類耐磨性高、比強度高、熱膨脹系數低的輕量材料，廣泛應用于航空、軍事和汽車制造行業。利用傳統工藝對Al-B4C進行加工會造成工具的快速磨損，工件表面質量較差。而電化學加工（ECM）則廣泛應用于高硬度材料的加工。
       本研究在反應曲面分類研究法（RSM）的基礎上進行ECM加工并利用相關實驗數據來預測最佳工藝參數。Rama rao等人利用（20 vol%）150μm B4C陶瓷顆粒（硬度21HRB）增強型Al-B4C復合材料的制備和機械性能。Milan Kumar等人利用Grey-Laguchi方法對EN31工具鋼進行ECM加工，從而優化了表面粗糙度和MRR。Rajurkar等人做了關于ECM工藝的最新進展研究。本論文利用預成形柱形銅工具電極對鋁基5-15%碳化硼復合材料進行磨料輔助型ECM加工并進行工藝建模，優化工藝參數。碳化硅磨料粒度為50μm，電解質為NaCl。
實驗步驟：
       基礎加工材料為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設備對試樣進行加工實驗。工具為中心帶孔的圓形截面銅材質。電解質順著工具的中心孔軸向進給至切削區。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。以固定的時間間隔進行實驗加工，并通過改變不同參數進行實驗，如電壓、電流、進給速率和增強體。利用SEM對加工試樣進行微結構觀察。利用重量損失技術進行MRR測量；在10mm的試樣長度距離上利用talysurf測試儀測量表面粗糙度。表1為本研究的不同工藝參數。

       通過改變四個輸入參數（因子），電壓、電流、進給速率和增強體來進行電化學實驗加工，從而優化兩個輸出參數（響應）。實驗加工過程中電極間隙保持常量；加工時間保持常量。加工前后對試樣進行稱量以便求得MRR。加工后對工件進行表面粗糙度測量。
       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混合。持續攪拌電解質，使其流速保持在最佳范圍值以確保磨料能和電解質一起流動并防止磨料堵塞；
       普通ECM和磨料輔助ECM加工的試樣都進行SEM分析；實驗設計建立在RSM的CCD基礎上。CCD的因子部分為全析因設計，結合了兩個準級（高+1、低-1）的所有因子，并由八個星點和六個中間點（代碼準級為0）。位于CCD中心的平面有20組實驗觀察，基于四個獨立的輸入變量。表一為普通ECM和磨料輔助ECM的加工參數。
實驗結果和討論
       表二為不同加工參數下得到的實驗結果。由此可以看出15%增強試樣在14V電壓、240A電流、0.4mm/min進給速率的條件下獲得了高達0.063g/min的MRR值。在11V、240A、0.5mm/min進給速率條件下，10%增強試樣的表面粗糙度最小值為4.18μm。普通ECM中，15%增強試樣在14V電壓、240A電流、0.4mm/min進給速率的條件下獲得最大MRR。增強體的比例對MRR和表面粗糙度影響比較大。10%增強試樣在11V、120A、0.4mm/min進給速率的條件獲得最大MRR值0.0637g/min；在11V、240A、0.5mm/min進給速率的條件獲得最小表面粗糙度值3.19μm。在電勢差下電解質通常會使鋁襯底發生陽極溶解，而碳化硼則對其呈現惰性。實驗在電解質流體中加入SiC顆粒以便剔除增強體。