电喷镀技术是一种沉积效率高、沉积层性能优越的新技术,Ni-P-BN(h)复合镀层具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及抗污性,具有很好的应用前景,将电喷镀技术用于Ni-P-BN(h)复合镀层的制备是一个比较新颖的研究方向。本文在自行研制的电喷镀装置上进行试验,以3D打印技术、COMSOL软件、JMP软件为基础,研究电喷镀制备Ni-P-BN(h)复合镀层的整体工艺方案,主要研究内容如下:(1)阳极喷嘴的有限元仿真。首先建立了稀物质传递、流场、电镀二次三个物理场耦合的数学模型以及基本的几何模型,进行多物理场耦合仿真。仿真内容主要包括:3D打印树脂喷嘴与传统金属喷嘴的仿真,直线形、倒锥形、扇形三种不同形状喷嘴的仿真,直线形喷嘴不同喷口尺寸的仿真,直线形喷嘴不同喷射间隙的仿真。然后对比分析流场与电场的仿真结果:流场方面,通过分析加工区域整体速度大小及滞留区宽度,可以看出流场整体的均匀性与稳定性,通过分析喷嘴正下方Y向分速度的大小及均匀性,可以得出其对镀层质量的影响;电场方面,通过云图,可以分析其定域性,通过分析其均匀分布区的电流密度随时间变化曲线,可以看出电流密度的大小及电场分布的均匀性,从而得出其对镀层质量的影响。最终综合仿真结果得出:喷口尺寸为2mm、喷射间隙为1.5mm的直线形喷嘴有利于获得质量较好的镀层。(2)阳极喷嘴的基础试验。首先基于3D打印技术制造出了各种不同的喷嘴,在相同的工艺参数下,进行基础试验。试验内容主要包括:金属喷嘴与树脂喷嘴的定点喷镀、扫描喷镀试验,直线形、倒锥形、扇形三种不同形状喷嘴的扫描喷镀试验,三种形状喷嘴不同喷口尺寸的扫描喷镀试验,三种形状喷嘴不同喷射间隙的喷镀试验。然后通过专用设备检测镀层表面性能,并对比分析检测结果。其中,将金属喷嘴和树脂喷嘴定点喷镀时的定域性以及镀层生长曲线与仿真进行了直接对比,发现试验仿真结果基本一致,验证了仿真模型的准确性。最终通过喷嘴基础试验得出:喷口尺寸为2mm、喷射间隙为1.5mm的直线形喷嘴所得镀层表面综合性能最优,与仿真结果一致,间接的验证了仿真,并且补充了仿真的不足。(3)BN(h)颗粒大小的选择和浓度的确定。利用前面已经选择好的直线形喷嘴进行单因素实验,选择BN(h)颗粒的大小,确定BN(h)颗粒的浓度,其中,颗粒大小分别为100nm、500nm、800nm,颗粒浓度分别为Og/L、5g/L、10g/L。最终通过对比镀层表面性能得出:镀液中颗粒大小为100nm、颗粒浓度为5g/L时,试验所得镀层综合性能最优。(4)基于JMP软件的电喷镀工艺试验。首先通过JMP软件设计试验,研究电流、镀液流速、阳极喷嘴移动速度、温度对镀层显微硬度、耐磨性、表面粗糙度、厚度的影响。然后通过JMP软件分析试验结果,运用逐步逼近法建立了各响应目标与各影响因子的数学模型,并通过三维曲面图与等高线图分析了各因子交互作用对镀层性能的影响。最终通过期望函数法进行多重响应优化,确定了最佳工艺参数为:电流0.93A,镀液流速4.06m/s,喷嘴移动速度861.06mm/min,温度70℃,并通过试验进行验证,模型准确可靠,误差极小。