喷射电沉积快速制备泡沫金属的工艺技术研究

论文摘要

多孔金属材料或泡沫金属是80年代后期迅速发展起来的一种新型工程材料,其内部具有大量宏观孔洞结构,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。当前泡沫金属生产工艺主要是烧结、铸造、电沉积方法,这些方法都是前期利用发泡剂帮助金属形成多孔形状,然后利用发泡剂的低熔点或者高温挥发性能在一定温度下将其去除,最终形成泡沫状金属。根据电沉积理论和实践的进展,如果控制各种工艺参数使整个电沉积过程远离平衡态,可以实现枝状晶的大规模生长,现在考虑使用该方法实现泡沫金属的无发泡剂生长,相信这种密枝晶结构可以产生不同于以往的类旋转长条的复杂孔隙,为制备泡沫金属提供一种新的工艺方法。本文采用喷射电沉积的方法进行枝状晶生长成型的试验研究,对该工艺进行试验探索,利用该方法直接制备泡沫金属多孔材料,并对试验结果进行了性能测试。所做工作如下:1.分析枝状晶生长所必需的工艺条件和工艺参数区间,然后进行参数分组细化进行试验,总结每种参数对枝状晶生长的影响规律。本文分别讨论了不同电流、电解液流量、溶液配方、喷头与阴极的距离、电沉积时间、喷头形状等工艺参数下的沉积产物形貌,还讨论了喷头移动后电沉积的效果,对各种参数变化下沉积产物形貌的变化趋势进行了总结。2.使用软件对试验结果进行进一步分析,分析其分形维数,考察枝状晶分枝生长趋势是否强盛,测算枝晶横截面的孔隙率,考察试样各个界面的均匀程度,并且通过对这两个参数的变化趋势进行分析,总结枝晶整个生长过程的规律;随后进行了喷射区域的流场、电场模拟分析,然后结合传统电沉积理论,解释了一些本工艺条件下特有的试样特征。3.对试验结果进行了力学和电学性能测试,并将测试结果与其他工艺的典型数据曲线进行了比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 泡沫金属用途和制备方法
• 1.1.1 泡沫金属概述
• 1.1.2 泡沫金属用途及性能指标
• 1.1.3 泡沫金属的制备方法
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第二章 喷射电沉积理论及试验条件
• 2.1 枝状晶生长分形理论
• 2.1.1 枝状晶研究现状
• 2.1.2 分形几何的特征
• 2.1.3 分形维数及其计算
• 2.1.4 分形在电沉积中的应用
• 2.2 电沉积基本理论
• 2.2.1 电化学沉积的基本过程
• 2.2.2 阴极极化、过电位与扩散层
• 2.2.3 阴极极限电流密度
• 2.2.4 金属电结晶过程
• 2.2.5 阴极过电位与电结晶生长形态
• 2.2.6 喷射电沉积制备泡沫金属方案初步的制定
• 2.3 本课题工艺试验条件及过程
• 2.3.1 喷射电沉积设备总体
• 2.3.2 阳极腔的设计与制造
• 2.3.3 喷嘴的设计与制造
• 2.3.4 选择驱动器及步进电机
• 2.3.5 喷射电沉积电源的选择
• 2.3.6 试验过程概述
• 2.4 本章小结
• 第三章 喷射电沉积工艺试验与生长分析
• 3.1 圆形喷嘴试验过程及结果
• 3.1.1 流量对试验样品形貌的影响
• 3.1.2 电流对试验样品形貌的影响
• 3.1.3 溶液配方不同样品形貌分析
• 3.1.4 喷口与阴极距离对试验样品形貌的影响
• 3.1.5 不同沉积时间时的效果图
• 3.2 直线形喷嘴试验过程及结果
• 3.2.1 流量对试验样品形貌的影响
• 3.2.2 电流对试验样品形貌的影响
• 3.2.3 喷口与阴极距离对试验样品形貌的影响
• 3.2.4 横向反复移动喷嘴对结果影响
• 3.3 分形理论对枝状晶的生长的解释、模拟
• 3.3.1 枝状晶生长研究及DLA 模型
• 3.3.2 点电极枝状晶生长模拟
• 3.3.3 直线形喷嘴喷射电沉积枝状晶生长模拟
• 3.4 喷射条件下电沉积分析
• 3.4.1 喷射液体部分的流场分析
• 3.4.2 喷射液体部分的电场分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 沉积产物性能测试
• 4.1 多孔镍压缩与拉伸性能
• 4.1.1 压缩性能测试
• 4.1.2 拉伸性能测试
• 4.2 多孔镍的电学性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文