噴射電沉積法直接制備多孔泡沫鎳基礎(chǔ)研究.pdf

1、針對(duì)目前泡沫金屬制備方法普遍存在的工藝復(fù)雜、成本較高的缺點(diǎn)，提出了一種直接制備泡沫金屬的新方法─噴射電沉積法。該方法基本原理是：在噴射電沉積過程中，采用很高的電流密度，金屬沉積層會(huì)形成疏松、多孔的泡沫組織；此外，在高電流密度下，析氫反應(yīng)的發(fā)生將產(chǎn)生大量氣泡也有助于形成多孔沉積層。同其它方法相比，噴射電沉積法生成的泡沫組織完全是自組織原位生長的，在加工過程中，沒有其它輔助材料的介入，工藝簡單、成本也相對(duì)低廉。本方法在常溫、常壓下進(jìn)行，對(duì)外

2、界環(huán)境和設(shè)備要求不高。該項(xiàng)研究對(duì)豐富泡沫金屬的制造工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要做了以下工作：
　　 （1）分析噴射電沉積過程中枝晶生長的基本規(guī)律，并采用擴(kuò)散限制凝聚模型（DLA）對(duì)噴射電沉積過程的多孔泡沫組織的形狀和生長過程進(jìn)行了模擬研究，使用噴射電沉積設(shè)備對(duì)DLA 模型獲得的枝晶進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn)。研究表明：用DLA模型來說明枝晶生長規(guī)律是有效的，DLA 模型中的粒子移動(dòng)速度、粒子釋放數(shù)、結(jié)合概率分別同噴射電沉積工藝中電壓、

3、電沉積時(shí)間、電解液溫度存在著內(nèi)在的對(duì)應(yīng)聯(lián)系；模擬生成的粒子沉積層具有明顯的枝晶結(jié)構(gòu)，金屬粒子從遠(yuǎn)端沿著主運(yùn)動(dòng)方向向陰極移動(dòng)，被陰極極板俘獲，形成了多孔的金屬沉積層形貌。
　　 （2）研制了包括控制系統(tǒng)、噴嘴提升機(jī)構(gòu)、機(jī)床機(jī)械本體、電解液噴射與循環(huán)系統(tǒng)、電解液溫控裝置、陽極腔、噴嘴等部件在內(nèi)的泡沫金屬直接制備試驗(yàn)系統(tǒng)。
　　 使用該裝置進(jìn)行了噴射電沉積試驗(yàn)研究，成功制備了一組具有簡單形狀和一定厚度的泡沫鎳金屬樣品；討論了泡

4、沫鎳的顯微結(jié)構(gòu)、孔隙率和相對(duì)密度。
　　 結(jié)果表明：①可采用很高的陰極電流密度進(jìn)行噴射電沉積，其電流密度約為常規(guī)電沉積的100 倍，甚至更高；②枝晶容易在高的電流密度下生長，泡沫鎳具有比較典型的多孔枝狀晶結(jié)構(gòu)；③在高電流密度下，很容易發(fā)生析氫反應(yīng)，釋放大量氣泡；金屬離子在氣泡之間的空隙被還原形成多孔的沉積層；④電沉積參數(shù)對(duì)泡沫鎳的相對(duì)密度和孔隙率有著比較明顯的影響。泡沫鎳的孔隙率隨著電流密度的提高而減小，隨著電解液噴射速度和電解

5、液噴射距離的增加而減??；隨著Ni2+濃度增大而減小。泡沫鎳樣品的孔隙率在50~70％之間、相對(duì)密度在0.3~0.5 之間、孔徑在0.3mm 以內(nèi)。
　　 （3）分析了泡沫鎳樣品的相關(guān)力學(xué)性能、電學(xué)性能、熱傳導(dǎo)性能。結(jié)果表明：
　　 泡沫金屬的硬度明顯低于實(shí)體金屬，不同孔隙率的泡沫鎳的硬度也相差較大；泡沫鎳的靜態(tài)壓縮性能具有明顯的三階段特征，即線彈性變形段、塑性平臺(tái)段和壓實(shí)段。
　　 孔隙率越高，平臺(tái)應(yīng)力越??；泡沫