表面改性技术在金属刀具制备过程中获得了广泛应用,使用各种表面涂层技术,在硬质合金工具（例如TiN,TiC,Al2O3,TiCN）的表面上制备金属或非金属复合膜,可获得具有高硬度和出色耐磨性的单个或多个组件。TiAlN,TiAlCN等可更好地解决硬质合金刀具的强度和硬度冲突,并将基材的强度和硬度与涂层材料的耐磨性相结合,改善了硬质合金刀具的整体性能。作为化学和热屏障,涂层可以防止硬质合金刀具基体与切削工件之间的元素扩散和化学反应,防止由于各层之间的高摩擦而使硬质合金刀具陷坑,从而减少了磨损现象,显著延长了硬质合金刀具的寿命。通常,涂层工具的寿命约为未涂层工具的寿命的1-5倍。但是在电镀法制备金属表面涂层的过程中,由于所镀零件功能复杂,不同部位所需改性的要求有所差异。针对特定区域的部件进行选区表面改性对于传统方法电镀存在难度,制约了装备制造技术进一步发展。针对以上问题,本研究构建了电化学沉积系统的物理模型与数学模型,基于3D打印机系统,进行选区调控电化学沉积,设计出三维立体电镀系统,并进行了单点选区电镀实验和多点选区电镀实验的研究。根据脉冲电镀理论原理和金属电沉积原理,对电化学沉积过程进行理论分析,建立电镀系统的物理和数学模型。为了保证电镀工艺的顺利实施,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics模拟研究了赫尔槽电镀过程中平均电流密度以及镀液温度对电场分布状态的影响规律。研究结果表明:平均电流密度为1.8A/dm~2,镀液温度为40℃时为最佳电镀条件,可使镀件质量达到较好水平。为得到脉冲选区电化学沉积电镀的优化工艺参数,将45#钢材基体作为阴极进行了赫尔槽电镀实验,研究了镀液浓度对于镀层表面特性的影响。研究结果表明:在镀液中Ni SO4浓度不高于180g/L时,随着镀液浓度的增加,镀层的致密度持续增加。晶粒大小逐渐均匀,镀层质量提高;在镀液中Ni SO4浓度高于180g/L时,随着镀液浓度增加,晶粒逐渐粗大,镀层致密度降低,镀层质量下降。得到了镀液中Ni SO4最佳浓度为180g/L。依据所得的全部最佳电镀工艺参数,进行了选区电化学单点沉积镍实验,研究了电极间距以及使用不同电源对于镀层质量的影响。研究结果表明:电极间距过小时,电极间电流过大,会造成极板烧伤、晶粒过于粗大的结果;电极间距过大时,电极间电流过小,会造成晶粒过于细小,电镀效率低下的问题。得到最优电极间距为3mm。使用直流电源进行实验时,镀层出现较多气孔,孔隙率过高;使用脉冲电源,并采用占空比为20%和0.5k Hz的电镀参数组合进行实验时,镀层质量较好,单点沉积微观形貌呈现螺旋式上升形态,表面无气孔等缺陷,镀层基体结合强度高。使用单点沉积实验参数配合计算机控制3D打印机导轨进行多点选区控制电化学沉积实验,实验用时8h,对于镀层摩擦磨损性能进行研究,结果表明:多点选区电化学沉积镀层摩擦磨损性能较高,相比基体耐磨度提升2.89倍。使用电子显微镜进行镀层表面形貌观测,结果表明:镀层与基体结合紧密,结构致密,采用3D打印机导轨系统调控电化学沉积所得镍镀层质量较高。