检索结果-南通市图书馆

作者：王锡武山兰州理工大学

学位级别：硕士

随着微滴3D打印、电子封装、金属零件成型、热喷涂、喷射成型等技术的发展,金属液滴与金属基板的碰撞及铺展过程研究成为控制这些工艺过程的关键环节。在不同外场作用下,金属熔滴撞击固体表面的铺展过程中,会经历撞击铺展、熔滴回缩、... 详细信息

随着微滴3D打印、电子封装、金属零件成型、热喷涂、喷射成型等技术的发展,金属液滴与金属基板的碰撞及铺展过程研究成为控制这些工艺过程的关键环节。在不同外场作用下,金属熔滴撞击固体表面的铺展过程中,会经历撞击铺展、熔滴回缩、熔滴飞溅以及熔滴的冷却凝固等一系列复杂的物理过程,涉及复杂的金属液体流动与能量变化过程,因此研究金属熔滴在固体表面撞击铺展的动态行为至关重要。本文以锡熔滴作为研究对象,采用自主搭建的改良型气压驱动熔滴发生装置,将熔融锡滴撞击到铜和不锈钢基板表面,通过高速摄影记录撞击过程,应用图像处理软件测量了不同基板表面上熔滴铺展时直径与固/液接触角随时间的变化,研究了熔滴撞击速度、基板温度、基板表面粗糙度以及附加超声波对锡滴的铺展行为和润湿性的影响,揭示了锡滴在不同表面铺展的差异性,从驱动力角度解释了熔滴铺展性差异产生的主要原因。主要研究成果如下:(1)锡滴撞击速度对液滴铺展面积有显著影响,是所用参数中影响最大的,而且与基板材质无关,不论基板是铜还是不锈钢,锡滴撞击后的最大铺展直径随撞击速度的增加而增大;熔滴速度较低时,锡滴撞击到基板表面完全铺展后熔滴少量回缩,随着熔滴速度的逐渐增加,熔滴完全铺展后的回缩现象随之消失。在不同熔滴撞击速度的影响下,基板润湿性的差异并没有对熔滴在基板表面的铺展润湿行为产生明显影响。(2)基板温度对液滴的铺展过程基本没有影响,但对回缩过程及最终形貌有显著影响。当基体温度低于锡熔点温度时,锡滴在铜和不锈钢基板表面的撞击过程和最终凝固形貌都十分相似。当基体温度高于锡熔点时,在铺展阶段,锡滴在铜和不锈钢表面的铺展因子和前进接触角基本相同;在回缩阶段,锡滴在铜表面的最终铺展因子明显大于在不锈钢表面的最终铺展因子,同时最终接触角也远小于不锈钢表面。(3)基板表面粗糙度在一定的范围内时,锡滴在铜表面的最大铺展直径随粗糙度的减小而逐渐增大,并且在光滑表面熔滴回缩明显,锡滴在铜基板表面比在不锈钢表面的回缩幅度小,在不锈钢表面的最大铺展直径受粗糙度的影响很小,但锡滴的回缩比会随着表面粗糙度的减小而减小。相同条件下,熔滴在润湿性好的表面回缩幅度小。(4)超声波对铺展及回缩过程的影响与基板温度有关。当基板温度低于锡滴熔点时,大部分锡滴在铺展过程中已经凝固,使得超声振动对熔滴铺展的积极影响被削弱,熔滴的最大铺展直径的增加并不明显。当基板温度高于熔滴熔点温度时,熔滴的整个撞击铺展过程最初为熔滴的初始动能驱动的快速铺展阶段,铺展后期为超声振动驱动的缓慢铺展阶段。比较而言,熔滴在超声振动和基板温度的共同作用下,其最大铺展直径的增加尤为显著。超声波的加入改善了熔滴在基板表面的润湿性,使锡滴在铜表面的铺展面积进一步增加。(5)从能量角度对锡滴在不同金属基板表面的铺展行为及润湿现象进行了解释。熔滴铺展前期主要由自身动能驱动其铺展,随着铺展的进行,表面能与粘滞力做功逐渐增加。铺展由线性变化改变为缓慢铺展的状态,此时熔滴的表面张力和粘滞力起主导作用。熔滴达到最大铺展直径后熔滴开始回缩,该阶段表面张力起主导作用。锡滴与铜表面之间的界面能与粘附功比在不锈钢表面高,且锡滴与不锈钢基体的界面不发生反应,导致锡滴在回缩阶段在不锈钢表面的表面能较高。(6)超声波的作用下,熔滴铺展前期仍然是自身动能驱动其铺展。当铺展直径接近最大铺展直径时,超声波的附加能逐渐成为驱动熔滴铺展的关键因素。铺展由快速铺展改变为缓慢铺展的状态,熔滴逐渐达到最大铺展面积,最终熔滴的表面能、界面能与超声波的附加能之间相互平衡此时熔滴铺展结束。

关键词：金属熔滴熔滴撞击超声波熔滴直径接触角

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组合雾化过程中熔滴的飞行动力学与热历史的数值模拟

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粉末冶金材料科学与工程 2017年第1期22卷 1-8页

作者：耿江江刘允中王腾华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心广州510640

采用数值模拟方法研究组合雾化过程中熔滴的飞行动力学以及冷却凝固过程与熔滴随飞行距离的变化关系,模拟过热度和旋转盘转速对熔滴飞行和冷却凝固的影响规律。结果表明:在组合雾化过程中,熔滴尺寸显著影响熔滴的动力学和热历史过程,熔... 详细信息

采用数值模拟方法研究组合雾化过程中熔滴的飞行动力学以及冷却凝固过程与熔滴随飞行距离的变化关系,模拟过热度和旋转盘转速对熔滴飞行和冷却凝固的影响规律。结果表明:在组合雾化过程中,熔滴尺寸显著影响熔滴的动力学和热历史过程,熔滴越小,速度变化越快,飞行距离越短。过热度对于熔滴的冷却凝固影响不明显,但大的过热度会延缓熔滴的凝固过程。因此,大的过热度不利于雾化室的设计。旋转盘的旋转速度对于熔滴热历史的影响稍大于过热度的影响,高转速可以缩短熔滴冷却凝固过程的飞行距离。通过测量二次枝晶间距,推算出实验制得粉末的冷却速率范围为10~3~10~6 K/s,与数值计算的结果基本一致。

关键词：组合雾化动力学热历史熔滴直径过热度旋转盘速度二次枝晶间距

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电渣重熔过程熔滴行为的数值模拟

电渣重熔过程熔滴行为的数值模拟

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作者：范金席东北大学

学位级别：硕士

电渣重熔能够有效去除夹杂物及改善钢锭的凝固质量。在电渣重熔工艺中,自耗电极的熔化及熔滴的滴落是其核心现象,熔滴的大小影响夹杂物的去除效率,其引起的流场分布决定了渣池温度场的分布及金属熔池的形状,最终决定钢锭质量。本文用VO... 详细信息

电渣重熔能够有效去除夹杂物及改善钢锭的凝固质量。在电渣重熔工艺中,自耗电极的熔化及熔滴的滴落是其核心现象,熔滴的大小影响夹杂物的去除效率,其引起的流场分布决定了渣池温度场的分布及金属熔池的形状,最终决定钢锭质量。本文用VOF方法处理熔滴与熔渣间的相互作用,再耦合电磁场方程、能量方程以及流动方程,建立电渣重熔过程电极熔化及熔池形状的数学模型。分析了电压、填充比、钢渣界面张力等工艺参数对熔滴行为的影响以及不同电极熔化速率对金属熔池形状的影响。模拟结果表明：(1)在本模型条件下,熔炼电压取为30V、35V、40V。随着电压的增大,在熔滴形成阶段,电极底部从一个熔滴源增加到两个熔滴源。熔滴直径从10.56 mm增大到11.55 mm,再增大到11.84mm;电极熔化速率从0.68 kg·min-1;增大到0.86 kg·min-1,再增大到1.47kg·min-1。(2)在本模型条件下,填充比取0.5、0.6、0.7、0.8。当填充比小于0.6时,随着填充比的增大,熔滴直径从11.55mm增加到11.90mm;在填充比为0.6时达到最大值。之后随着填充比的增大,熔滴直径从最大值减小到11.58mm,再减小到最小值8.71 mm。(3)在本模型条件下,钢渣界面张力为0.9 N·m-1、1.2 N·m-1、1.4 N·m-1。随着界面张力的增大,熔滴直径从10.56 mm增加到11.48 mm,再增加到12.27 mm。(4)在本模型条件下,电极熔速取0.68 kg·min-1、0.86 kg·min-1、1.47kg·min-1。随着熔速的增加,熔池深度从40 mm增加到65mm,再增加到112 mm;钢锭中心位置两相区宽度,从7 mm增加到16 mm,再增加到51 mm;相应的局部凝固时间从63s增加到133.3 s,再增加到231.8s。

关键词：电渣过程熔滴直径数学模型工艺参数

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