微/纳织构对典型金属体系润湿铺展性能影响研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zxms008
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
金属表面的润湿性广泛应用于医疗、汽车、船舶、航空航天等各个领域,材料的润湿性决定了金属与金属、金属与非金属之间的界面性能。接触角作为评判润湿性能最直接的依据,接触角越小,润湿铺展性能越好;反之则越差。国内外学者就提高润湿性能方法进行了大量的研究,包括激光刻蚀、化学刻蚀、等离子涂敷、表面镀层、气相沉积等技术,但这些技术都表现出一定的缺点。超快激光加工技术作为一种光束短脉冲、加工热影响区域小、加工精度高的表面加工技术,可通过改变材料表面的形貌来提高包括润湿性在内的界面性能。本文采用皮秒激光加工技术,在316L不锈钢表面进行微/纳加工,通过调整激光扫描速率、激光功率、扫描次数及扫描路径等加工参数,成功制备了四种微/纳织构形貌:原始表面、微槽表面、微坑表面及微/纳米条纹表面。通过超景深三维显微镜(UTM)、光学显微镜(OM)及扫描电子显微镜(SEM)观察表面形貌的变化,测量微/纳织构的宽度、深度及间距。通过激光加工参数和加工策略推导适合微槽、微坑和微/纳米条纹表面的烧蚀阈值计算方法,结合激光能量密度与烧蚀阈值的关系分析了微/纳织构的成形机理。由于制备微槽和微坑所采用的能量密度大于皮秒激光烧蚀不锈钢的烧蚀阈值,可以清晰地看到材料表面的形貌变化,而微/纳米条纹则是由表面等离子体的干涉与耦合作用,形成条纹状结构,并且计算条纹周期介于532nm~964nm之间。以Al-5Si合金为钎料,通过设定升温、保温与降温的温度曲线,进行Al-5Si/316L不锈钢的原位润湿铺展试验,峰值温度设定为685℃,以便Al-5Si合金充分熔化并润湿铺展。试验过程中实时监测液态金属润湿铺展过程,我们将其划分为四个阶段——初始阶段:Al-Si合金的熔化阶段;快速铺展阶段:液态金属迅速铺展;渐变平衡阶段:即略微铺展阶段;结束阶段:反应停止,合金重新凝固。通过分析液态的Al-5Si合金润湿铺展方向与微/纳织构加工方向的关系发现,微槽长宽比为1.3:1,其他三种表面铺展状态更接近于圆形。通过接触角测量发现,微/纳米条纹表面的接触角达到了8.7°±0.5°,小于原始表面的接触角(10.8°±0.7°),而微槽和微坑表面的接触角分别为16.6°±0.5°和19.9°±0.9°,大于原始表面。通过分析引起接触角变化的原因并结合Wenzel方程计算了表观接触角,结果表明基于Wenzel方程数值计算的接触角由于材料表面的物化性能发生变化以及高斯光束对不同区域烧蚀程度的影响,会出现一定偏差,但接触角趋势依旧是微/纳米条纹<微槽<微坑。针对Al-5Si/316L不锈钢反应体系,分析界面反应对润湿铺展性能的影响。通过SEM与X射线能谱分析得到界面金属间化合物层由θ-Fe(Al,Si)3(近钢侧)和τ5-Al7.2Fe1.8Si(近铝侧)组成。通过热力学方程及相关理论分析界面反应产物的生成及生长过程,τ5-Al7.2Fe1.8Si首先生成,随着温度升高,θ-Fe(Al,Si)3开始生成,但首先生成的τ5-Al7.2Fe1.8Si对θ-Fe(Al,Si)3起到了抑制作用。通过测量界面反应层的厚度发现,原始表面、微槽、微坑和微/纳米条纹的反应层厚度分别为14.7±0.3μm、20.1±0.4μm、24.2±0.4μm和15.9±0.3μm,通过动力学方程分析反应层增厚是由于微/纳织构增加了不锈钢的比表面积且微坑的比表面积最大。
其他文献
目的:观察麻仁通便贴穴位贴敷治疗混合痔术后排便困难(热积型)的临床疗效。材料与方法:将70例混合痔术后热积型排便困难患者作为研究对象,分别纳入治疗组和对照组,每组35例。两组患者均进行混合痔术后规范化治疗,在此基础上治疗组应用麻仁通便贴进行穴位贴敷,对照组应用单味大黄进行穴位贴敷,连续治疗9天。通过对比观察两组患者临床疗效和排便困难症状的改善情况,记录患者治疗后首次排便发生时间,记录患者住院时长、
学位
Bi2O2Se是一种有潜力的n型热电材料,因其晶格导热系数低、塞贝克系数大而受到许多专家学者的关注。Bi2O2Se是一种特别的层状结构,可以看作是[Bi2O2]2+层和[Se]2-层的层层叠加。Bi2O2Se这一独特的材料不仅在三维尺度下表现出良好的热电性能,而且在二维尺度下展现出良好的光电探测性。但其仍然存在开关比低,灵敏性低,功耗大等不足之处。本课题基于密度泛函理论,利用第一性原理计算方法,构
学位
在工业领域中中,关键承载部件的表面容易发生磨损、腐蚀、疲劳等各种形式的损伤,导致设备严重的失效。激光熔覆可以实现涂层与基体的冶金结合,熔覆过程中,涂层厚度可控,基体受热变形小,可得到预期的涂层性能。对钛铝硅涂层在不同工艺参数下的实验发现,将光斑直径、离焦量分别恒定在0.8mm/s和4mm,保护气气流速度15L/min、搭接率为35%、预制粉末厚度为1mm时,激光功率在2750W、扫描速度为0.8m
学位
目的:通过将COFs应用于复杂中药提取液及生物样品中α-细辛醚、β-细辛醚及异丁香酚甲醚的前处理材料研究,从而丰富在中药样品前处理中材料,为中药前处理方法的研究与发展提供新探索。方法:1.通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术,对购自同仁堂药房的石菖蒲药材中的活性成分进行活性成分筛选,测定α-细辛醚和β-细辛醚的含量。结合水分、灰分和浸出物的测定,全面分析石菖蒲药材样品质量情况。2.通过水热法合
学位
灰斗是典型对称的拉深大型零件,主要用于装卸物料,企业为降低成本,提高生产效率,往往采用单工序的拉深完成,而为达到其所需的拉深深度,对材料的塑性成形极限及成形工艺具有较高要求。在灰斗成形过程中,超过首次拉深的安全极限临界状态存在开裂缺陷,灰斗斜壁处及凸缘部分在应力作用下达到由材料特性和厚度决定的临界值出现起皱现象。本文针对某企业灰斗出现的成形缺陷,系统研究其成形极限。分析材料成形特性及其影响因素的变
学位
金属注射成形通常用于生产体积小、结构复杂、需求量极大的金属零件。对复杂结构的成形能力、产品优异的力学性、极大产能下花费较低的成本,使得金属注射成形工艺在电子3C、汽车零件、五金工具、医疗器械等领域得到了极大的发展。在金属注射成形过程中会产生黑线缺陷。黑线缺陷不仅会影响产品的表面质量,也会对产品的力学性能造成影响。研究如何控制黑线缺陷,减少甚至避免黑线缺陷的产生,对金属注射成形产品的性能提升有着重要
学位
<正>文题阅读下面的文字,根据要求作文。万物皆有惯性,万事也可以说皆有惯性。惯性本是物理概念,它是物体的一种固有属性:物体的质量大,惯性就大;物体的质量小,惯性就小。惯性永不消失,外力能改变物体的运动状态,却不能改变惯性;物体的质量不发生改变,惯性就不会改变,要改变惯性,就必须改变物体本身。如今,惯性又被用以表示一种生活状态,一种思维方式……
期刊
在能量转化领域,固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFC)凭借着效率高和无污染两大优点被看作最有前景的能量转化装置之一。高的操作温度会增加SOFC的成本,并且会降低其使用寿命。因此,未来SOFC的发展趋势是向中低温发展。研究表明,高性能的稀土元素掺杂氧化铈基(Rare Earth Element-Doped Ceria,RDC)材料对于中温固体氧化物燃料电池(In
学位
H13钢在服役过程中被作为一种常用的热模具材料,热冲蚀作用会导致表面失效。针对这一现象,需要对其表面进行表面改性处理来延长其服役时间以保证服役质量。Co基合金因具有独特的优良性能被广泛应用于涂层材料相关研究。等离子熔覆技术是目前一种非常常用的材料表面加工技术,具有速度快、面积大、效率高和应用范围广等特点。但等离子熔覆后存在孔隙和不完全熔化的区域,使涂层的力学性能得不到很好的发挥。激光重熔技术能够有
学位
<正>文题阅读下面的文字,根据要求作文。何川与汤文淑夫妇是从乡村走出去的建筑工人,也是在短视频平台分享工地生活的“网络达人”。他们用自己的镜头真实地记录了普通农民工的生活:与工友一起唱歌,做一顿简单的午饭,算一算工资……这些镜头没有华丽的特效,没有炫酷的转场,没有预先设计的内容,却无一不透露着平凡生活的简单与真实。靠记录普通的工地生活,何川与汤文淑收获了百万粉丝,还引得央视新闻频道《24小时》栏目
期刊