论文摘要
泡沫金属或多孔金属材料是80年代后期迅速发展起来的一种新型工程材料,具有与传统材料不同的性能。泡沫金属所具备的多种优异物理性能特别是阻尼性能已引起广泛关注,并在消声、减震、分离工程、屏蔽防护等一些高技术领域获得了应用。而喷射电沉积是一种高速电沉积工艺,具有可选择性和沉积速率快的优点,适合局部电沉积,用喷射电沉积制备泡沫金属是一种新的制备泡沫金属方法的探索,本文主要在分析喷射电沉积过程中枝状晶产生的机理的基础上,利用自行研制的数控喷射电沉积试验装置来制备泡沫金属镍,并对试验所得到的试样进行性能分析。本文所完成的主要工作和得出的结论有:(1)用电化学沉积、喷射电沉积以及分形等基础理论来分析喷射电沉积过程中形成疏松、海绵状树枝晶的机理,并分析制备泡沫金属镍的可行性和制定喷射电沉积制备泡沫金属镍的初步方案。(2)用ANSYS分析软件模拟和分析了喷嘴型腔内的流场与阴极板上电场分布趋势情况;同时根据喷射电沉积制备泡沫金属的特点,研制出一套符合其工艺特点的喷射电沉积试验装置。(3)研究了电流密度、喷射流量对镍沉积层表面形貌的影响,并分别用不锈钢和石墨作阴极进行对比试验来说明不同的析氢活性材料作阴极对沉积层的影响。试验结果表明,电流密度和喷射流量对镍沉积层的形貌影响比较大,同时也表明大电流密度和活性阴极材料是喷射电沉积制备泡沫金属的两个重要的因素。(4)通过对分形理论的阐述来说明喷射电沉积过程产生的枝状晶可以认为是一种分形。(5)对试样进行了测试和分析,测试和分析的结果表明,用喷射电沉积法制备的泡沫金属具有比较小的相对密度和较高的孔隙率。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 选题背景及意义1.2 泡沫金属的制备方法及研究现状1.2.1 常用的制备泡沫金属的方法1.2.2 传统制备泡沫技术现状分析1.3 喷射电沉积发展历史及研究现状1.4 本文的主要研究内容第二章 喷射电沉积制备泡沫理论基础2.1 电化学沉积有关的基本理论2.1.1 电化学沉积的基本过程2.1.2 阴极极化、过电位与扩散层2.1.3 阴极极限电流密度2.1.4 金属电结晶过程2.1.5 阴极过电位与电结晶生长形态2.2 喷射电沉积原理及特点2.3 喷射电沉积制备泡沫金属机理2.3.1 电流密度、浓差极化和晶粒的形态及大小的关系2.3.2 析氢反应机理及在喷射电沉积制备泡沫金属中的利用2.3.4 喷射电沉积过程中枝状晶形成的机理初步分析2.4 分形理论基础2.4.1 分形的背景和概念2.4.2 分形的特性2.5 喷射电沉积制备泡沫金属方案初步的制定2.6 本章小结第三章 喷射电沉积制备泡沫金属试验装置研制3.1 喷射电沉积制备泡沫金属试验装置的设计要求3.2 试验装置的系统设计3.3 试验装置设计中的关键问题3.3.1 加热槽的设计与制造3.3.2 阳极腔的设计与制造3.3.3 喷嘴的设计与制造3.3.4 选择驱动器及步进电机3.3.5 喷射电沉积电源的选择3.4 本章小结第四章 喷嘴的流场和电场分析4.1 有限元数值模拟技术和有限元方法概述4.2 ANSY510.0 软件简介及功能4.3 流场分析中的流体力学理论基础4.3.1 恒定流质量恒定定律4.3.2 雷诺定理4.3.3 喷嘴流场的数学模型4.4 圆形喷嘴的流场及电场分析4.4.1 圆形喷嘴模型的建立和网格划分4.4.2 设定流体的属性和边界条件4.4.3 速度随位置变化图4.4.4 圆形喷嘴的电场的定性分析4.5 细孔长条形喷嘴的流场分析4.5.1 建模及网格划分4.5.2 喷嘴出口速度随位置变化分析4.6 本章小结第五章 喷射电沉积制备泡沫金属镍的试验探索5.1 喷射电镀液的组成5.2 试验材料及预处理工艺5.3 电流及平均电流密度与其它喷射电沉积参数的关系5.3.1 喷射电压与电流及电流密度的关系5.3.2 喷嘴到阴极板距离与电流及电流密度的关系5.3.3 电镀液温度对电流及平均电流密度的影响5.3.4 流量与电流及平均电流密度的关系5.4 电流密度对沉积层表面形貌的影响5.4.1 试验内容及试验条件5.4.2 试验结果及分析5.5 流量对沉积层表面形貌的影响5.5.1 试验内容及试验条件5.5.2 结果分析5.6 不同阴极材料对枝状晶的生长的影响5.6.1 试验内容及试验条件5.6.2 试验结果及分析5.7 尖端核电效应和优势生长5.8 用分形理论来解释喷射电沉积过程中枝状晶的形成5.9 泡沫金属镍的性能分析5.9.1 表征泡沫金属性能指标5.9.2 用ImageJ 进行孔隙分布分析5.9.3 测定试件的相对密度、孔隙率及通孔率5.10 本章小结第六章 总结和展望6.1 研究总结6.2 工作展望参考文献致谢攻读硕士期间发表的学术论文
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