聚焦超声辅助电火花制备多尺度镍粉时超声功率对镍粉粒径的影响
发布时间：2021-01-06 19:44
电火花-超声复合加工技术是一种绿色环保、易于控制的制备微纳米金属粉末的方法。为了研究聚焦超声功率对微纳米金属粉末形貌和粒径分布的影响,本工作通过COMSOL Multiphasic仿真软件模拟超声在工作箱中的声压分布,确定放电位置,并根据仿真结果,采用实验室自制设备以镍棒为电极在纯水中进行实验。实验结束后观察微米尺度与纳米尺度镍粉的形貌,并分析微纳米镍粉的粒径分布。结果表明:聚焦超声的空化和振动效应能有效地破碎固液相中的金属蒸气团簇和金属液滴,便于制备出小尺寸的镍颗粒,并使其均匀地分布在溶液中;声空化产生的冲击波使镍颗粒发生碰撞,大尺寸的镍颗粒在撞击点处产生的高温使镍粉发生烧结,形成金属烧结颈,多个球形颗粒团聚成不规则的大颗粒;小尺寸的镍颗粒由于粒径小,发生碰撞后产生的能量不足以使其团聚。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同超声功率下制备的纳米尺度镍颗粒的粒径分布
图1为实验装置的物理模型图。其中，A为由四片压电陶瓷片并联组成的换能器，材料属性如表1所示;B为加工液，材料为纯水;C为加工箱，通体采用亚克力板。亚克力板以及纯水的材料参数如表2所示。当计算模型建成以后，需要对其设置边界条件。由于超声波在加工液中传播时会形成反射，为使损耗减至最低，将加工箱内壁设置为硬声场边界;对于压电陶瓷片，将其正极端设置为电势，负极端设置为接地，其端面设置为辊支撑，周边圆面设置成自由边界。
图2是在聚焦超声功率为1 200 W、频率为20 k Hz条件下，截取的与换能器水平轴心面重合的面上超声波声压随时间变化的模拟过程图。从图2中可以看出，最大声压区分布在换能器端面附近，呈扇形在加工液中辐射，且沿着换能器轴线方向有逐渐减小的趋势。从仿真结果导出的数据中可以得出，随着时间的延长，距离换能器端面中心轴线方向8mm处，存在一个约为12 mm×12 mm的区域，其声压值在整个传播平面上是最大的。在不改变超声换能器频率的条件下，依次改变聚焦超声的功率值为900 W、600 W、300 W，得到的仿真结果与功率值为1 200 W时大致相同。因此可以得出一个结论:实验过程中，放电点的最优位置应该设置在距离换能器端面中心轴线方向8 mm处。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电火花-超声复合技术制备镍微米空心球的研究[J]. 赵占奎,李翔龙,刘一凡,朱昆仑. 材料导报. 2017(14)
[2]电火花-超声复合加工法制备镍微球时非电工艺参数对镍微球尺寸的影响规律[J]. 汪衍涛,李翔龙,刘一凡,李彦,赵武,李文强. 机械工程学报. 2015(11)
[3]Effect of system parameters on the size distributions of hollow nickel microspheres produced by an ultrasound-aided electrical discharge machining process[J]. Yifan Liu,Xianglong Li,Fushi Bai,Jian Chen,Yantao Wang,Nan Liu. Particuology. 2014(06)
[4]电火花-超声复合加工制备微纳空心球的影响因素探讨[J]. 刘南,李翔龙,刘一凡,汪衍涛. 现代制造工程. 2013(11)
[5]超细镍粉的制备及还原生长机理研究[J]. 湛菁,岳建峰,张传福. 材料工程. 2011(07)
本文编号：2961152
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同超声功率下制备的纳米尺度镍颗粒的粒径分布
图1为实验装置的物理模型图。其中，A为由四片压电陶瓷片并联组成的换能器，材料属性如表1所示;B为加工液，材料为纯水;C为加工箱，通体采用亚克力板。亚克力板以及纯水的材料参数如表2所示。当计算模型建成以后，需要对其设置边界条件。由于超声波在加工液中传播时会形成反射，为使损耗减至最低，将加工箱内壁设置为硬声场边界;对于压电陶瓷片，将其正极端设置为电势，负极端设置为接地，其端面设置为辊支撑，周边圆面设置成自由边界。
图2是在聚焦超声功率为1 200 W、频率为20 k Hz条件下，截取的与换能器水平轴心面重合的面上超声波声压随时间变化的模拟过程图。从图2中可以看出，最大声压区分布在换能器端面附近，呈扇形在加工液中辐射，且沿着换能器轴线方向有逐渐减小的趋势。从仿真结果导出的数据中可以得出，随着时间的延长，距离换能器端面中心轴线方向8mm处，存在一个约为12 mm×12 mm的区域，其声压值在整个传播平面上是最大的。在不改变超声换能器频率的条件下，依次改变聚焦超声的功率值为900 W、600 W、300 W，得到的仿真结果与功率值为1 200 W时大致相同。因此可以得出一个结论:实验过程中，放电点的最优位置应该设置在距离换能器端面中心轴线方向8 mm处。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电火花-超声复合技术制备镍微米空心球的研究[J]. 赵占奎,李翔龙,刘一凡,朱昆仑. 材料导报. 2017(14)
[2]电火花-超声复合加工法制备镍微球时非电工艺参数对镍微球尺寸的影响规律[J]. 汪衍涛,李翔龙,刘一凡,李彦,赵武,李文强. 机械工程学报. 2015(11)
[3]Effect of system parameters on the size distributions of hollow nickel microspheres produced by an ultrasound-aided electrical discharge machining process[J]. Yifan Liu,Xianglong Li,Fushi Bai,Jian Chen,Yantao Wang,Nan Liu. Particuology. 2014(06)
[4]电火花-超声复合加工制备微纳空心球的影响因素探讨[J]. 刘南,李翔龙,刘一凡,汪衍涛. 现代制造工程. 2013(11)
[5]超细镍粉的制备及还原生长机理研究[J]. 湛菁,岳建峰,张传福. 材料工程. 2011(07)
本文编号：2961152
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