纳米氧化铝电泳沉积技术及其成膜试验研究

发布时间：2020-05-05 21:23

【摘要】：纳米材料电泳沉积制备薄膜,因其表现出的优异防护性能,近年来备受重视。作为该项技术的关键部分:电泳沉积的实施条件、沉积过程、成膜工艺等均会对薄膜的防护效果产生影响,因此,对电泳沉积技术进行理论分析、仿真计算和试验探索研究,明确电泳沉积的机理与成膜特性。同时展开电沉积加固电泳沉积涂层技术研究,完善纳米复合电泳沉积技术,将进一步推进该项技术的工程使用价值。理论分析围绕粒子悬浮、电泳过程和沉积过程的相关理论展开研究。明确纳米氧化铝粒子的带电机理和稳定悬浮理论,而后对电泳过程中粒子的受力、速度以及流体流动进行理论分析,确定电场强度与粒子运动的关系及悬浮粒子流动特性,最后确定沉积过程的沉积机理以及建立合理的沉积数学模型。理论分析结果为仿真建模提供理论支撑。根据理论分析结果,在COMSOL多物理场仿真环境下,建立电泳沉积仿真分析模型,求解结果,分析电场、粒子-流体耦合场以及沉积场的特性。电场仿真结果表明绝缘纳米颗粒沉积后,使得电场强度分布更利于均匀沉积。粒子-流体耦合场结果显示电压是影响粒子运动、流体流动的重要参数,电压过大,粒子运动会产生明显扰动效应,不利于粒子均匀沉积。沉积场仿真结果表明,沉积电压与时间为重要的控制参数,适当地延长时间、降低电压会有助于提升成膜的均匀性与可控性。根据理论及仿真分析结果,进行纳米Al2O3的电泳沉积试验。搭建试验平台,配置纳米Al2O3电泳沉积溶液及相关成膜工艺,进行试验研究,对沉积量和表层形貌进行表征。试验结果表明,沉积层的宏观分布相对均匀,电极边缘处有明显增厚现象,与仿真结果具有较高的一致性。选定电导率、陈化时间、沉积电压以及沉积时间为主要控制参数,通过沉积量和表层形貌表征结果分析参数对电泳沉积的影响。通过沉积电压和沉积时间的试验结果与仿真结果进行比较,验证仿真分析模型的有效性以及仿真分析电泳沉积的可行性。利用电沉积加固电泳沉积涂层,完善纳米复合电泳沉积技术。对复合薄膜进行成分和表面形貌的检测,确定金属镍的沉积以及其对薄膜所产生的积极影响。进行复合薄膜与纯镍镀层的显微硬度检测,证明复合薄膜更具有良好的防护特性。对比检测不同电泳沉积控制参数下的薄膜,并结合电泳沉积试验结果,分析并确定参数对复合薄膜的影响。理论及试验研究结果确定了纳米复合电泳沉积薄膜比常规电泳沉积、电沉积制备的薄膜更具有良好的防护性能。本文所研究的成果为纳米复合电泳沉积技术的推广及应用奠定了理论仿真及试验研究基础。
【图文】：

吸引势,排斥势,粒子间距,粒子

、进行机械搅拌等方法，粒子得到充分的分散理，形成更加稳定的悬浮溶液。经过陈化的悬浓度得到了稀释，由此可近似为胶体溶液。为胶体溶液为背景而展开。针对 Al2O3悬浮溶液定悬浮取决于粒子间排斥与吸引的共同作用结而排斥作用则主要由静电排斥力所决定。为达排斥势能以平衡粒子间吸引势能。悬浮粒子稳有效分析与解释，而经典 DLVO 理论的内容，即胶体稳定理论，，于十八世纪四十年代由分别提出[28,29]。理论分析指出，悬浮体系中粒相对大小所决定。当粒子间排斥势能高于吸引间的随机碰撞而发生的“粘结”，此时的粒子势能低于吸引势能，粒子则有相互靠近的趋势现了粒子间相互作用势能与粒子间距的关系。

沉积分布,粒子,电泳,粒子悬浮

分散粒子、消除可逆性沉降的原因。综间静电排斥作用，继而降低粒子间距达到生。动力学分析而言，电泳是粒子沉积前的主要运动过对于粒子最终的沉积分布状况有着重要的研究是一项重要内容，且对电泳沉积技米 Al2O3粒子悬浮体系，粒子在电泳过程特性，还需对此时的粒子受力情况进行式。受力分析，悬浮粒子电泳时所受的作用力包括重运动力和粒子间作用力等，若是在非匀 2.2 所示
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ153;TB383.2

【参考文献】