喷射电沉积泡沫金属形成的机理与试验研究

论文摘要

泡沫金属是一种在金属基体中形成无数气泡的多孔性金属材料,正是由于这种特殊的结构,使之既有金属的特性又有气泡的特性,一般情况下它兼有结构和功能双重作用,是一种性能优异的多用途工程材料。喷射电沉积是一种局部高速电沉积技术,具有选择性好和沉积速度快的优点。用喷射电沉积的方法制备泡沫金属是在常温、常压下根据电化学研究的原理,结合喷射电沉积的工艺特点以及操作方法,利用泡沫金属的制备技术提出的一种新的成形方法。本文首先采用有限元分析方法,对喷射电沉积流场的分布规律进行了研究;其次对枝晶的生长形貌进行了模拟;最后进行了喷射电沉积制备泡沫金属镍的试验研究。所做工作如下:1.以有限元分析软件ANSYS为平台,以电沉积理论和电镀液的流体动力学知识为基础,选择圆形、扁平形喷嘴型腔和喷射液柱为研究对象,通过对它们的压力场、速度场的分析和试验结果验证,以期为泡沫金属的形成规律提供理论参考。2.结合分形几何的基本理论,通过改进分形的典型模型——DLA生长模型,用VB语言编写程序,对电沉积过程中不同离子沉积速度时以及沉积过程的不同阶段时生成的沉积物的形貌进行了模拟和比较,力图找出这些参数对枝晶成形的影响规律。3.分别进行了不同的电流密度、喷射流量、阴阳极之间的间距和电沉积时间的试验,通过对这些参数对泡沫金属生长规律的研究,并分析了各沉积产物的孔隙率和相对密度,结合前面的理论分析,找出能达到预期效果的最佳试验参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 泡沫金属的用途
• 1.3 泡沫金属传统的制备方法及研究现状
• 1.3.1 泡沫金属传统的制备方法
• 1.3.2 喷射电沉积法制备泡沫金属
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第二章 喷射电沉积的理论基础
• 2.1 金属电沉积的基础理论
• 2.1.1 金属电沉积的基本过程
• 2.1.2 金属电沉积的特点及应用
• 2.1.3 影响金属电沉积的因素
• 2.2 金属电结晶理论
• 2.2.1 金属电结晶过程
• 2.2.1.1 成核式生长
• 2.2.1.2 螺旋位错生长
• 2.2.1.3 电结晶形核过程中的规律
• 2.2.2 电结晶的生长形态
• 2.3 喷射电沉积制备泡沫金属的理论及可行性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 喷射电沉积流场的有限元分析及试验验证
• 3.1 有限元分析方法概述
• 3.2 ANSYS 软件简介
• 3.3 ANSYS 流场分析基础知识
• 3.3.1 流体动力学基础
• 3.3.2 流体运动的数学模型
• 3.4 喷嘴型腔的流场分析及试验验证
• 3.4.1 有限元模型的建立
• 3.4.2 结果分析及试验验证
• 3.5 喷射液柱的流场分析及试验验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 喷射电沉积的分形研究
• 4.1 分形简介
• 4.1.1 分形几何的形成及其特征
• 4.1.2 分形的几何性质
• 4.2 分形演化的DLA 模型
• 4.2.1 DLA 模型分形生长理论
• 4.2.2 DLA 模型的性质和特点
• 4.2.3 DLA 的研究意义
• 4.3 电沉积过程中枝晶生长的模拟
• 4.3.1 喷射电沉积的计算机模拟方法
• 4.3.2 电沉积速度对沉积产物模拟形貌的影响
• 4.3.3 粒子数对沉积产物模拟形貌的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 喷射电沉积制备泡沫金属镍的试验研究
• 5.1 喷射电镀液的组成
• 5.2 试验材料预处理
• 5.3 试验参数对镍沉积物的影响
• 5.3.1 电流密度对沉积产物的影响
• 5.3.2 流量对镍沉积物的影响
• 5.3.3 喷嘴与阴极间间距对镍沉积物的影响
• 5.3.4 不同沉积阶段对镍沉积物的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 附录