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民机复合材料含镍涂层涡流加热效应及其除冰研究

发布时间:2022-10-21 16:19
  为解决民用飞机复合材料部件除冰难题,研究了民机复合材料含镍涂层的涡流加热效应及其除冰性能。分别利用镍粉和环氧树脂制备了镍粉/环氧树脂复合材料,利用旋转涂膜仪在碳纤维复合材料表层制备了镍粉/环氧树脂材料涂层,利用化学镀技术在碳纤维复合材料表层制备了硬质Ni-P合金镀层。首先通过SEM、FTIR、XRD、TG、结合力与接触角测试仪等对上述样品进行微观表征和性能检测,用自制涡流加热感应器研究了其涡流加热效果,最后通过COMSOL Multiphysics对螺线管磁感线分布和镀镍碳纤维复合材料温度场分布做了相应仿真、分析并与实验结果进行了验证。实验表明镍粉/环氧树脂及其涂层材料中镍粉为针刺状颗粒,其在树脂基体内有一定团聚但无明显聚沉现象;材料内部有多种官能团,在672 cm-1、824 cm-1等多处有强吸收峰;样品具有良好热稳定性,Ni/Ep-100%样品低于200℃时质量损失只有0.8%。碳纤维复合材料Ni-P镀层中碳纤维被大小一致、均匀分布的镍离子均匀包覆;其导电性随沉积量提升而提升,Ni/CFB-0.21 g样品表面电阻仅为0.095Ω/□;... 

【文章页数】:75 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 飞机常用除/防冰技术进展
        1.2.1 防冰液防冰
        1.2.2 机械除防/冰
        1.2.3 热力除/防冰
    1.3 涡流加热研究现状
    1.4 主要研究内容
第二章 实验内容与方法
    2.1 实验材料与试剂
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 样品的表征与测试
        2.3.1 样品涡流加热效应与电热效应测试
        2.3.2 样品电子扫面电镜测试
        2.3.3 样品傅里叶红外分析仪测试
        2.3.4 样品热稳定性测试
        2.3.5 样品X射线衍射测试
        2.3.6 样品疏水性能测试
        2.3.7 样品结合力测试
        2.3.8 样品除融冰性能测试
第三章 镍粉/环氧树脂复合材料性能研究
    3.1 引言
    3.2 镍粉/环氧树脂复合材料的制备
    3.3 镍粉/环氧树脂复合材料的SEM表征
    3.4 镍粉/环氧树脂复合材料的FT-IR表征
    3.5 镍粉/环氧树脂复合材料的TG分析
    3.6 镍粉/环氧树脂复合材料的涡流加热性能
        3.6.1 镍粉含量对涡流加热效应影响
        3.6.2 输入功率对涡流加热效应影响
        3.6.3 镍粉含量与输入功率对涡流加热效应共同影响
        3.6.4 镍粒子尺寸对涡流加热效应的影响
        3.6.5 涡流效应的稳定性
    3.7 镍粉/环氧树脂涂层涡流加热性能
        3.7.1 镍粉/树脂涂层的制备
        3.7.2 镍粉/环氧树脂涂层涡流加热效应研究
    3.8 本章小结
第四章 化学镀镍碳纤维复合材料性能研究
    4.1 引言
    4.2 化学镀镍机理与优点
    4.3 化学镀镍碳纤维复合材料的制备
    4.4 Ni-P镀层SEM表征与分析
        4.4.2 Ni-P镀层导电性测试
        4.4.3 Ni-P镀层XDR表征
        4.4.4 Ni-P镀层接触角测试
        4.4.5 Ni-P镀层结合力测试
    4.5 Ni-P镀层涡流加热效应
        4.5.1 镀层沉积量对Ni/CF涡流加热效应影响
        4.5.2 输入功率对Ni/CF涡流加热效应影响
        4.5.3 镀层沉积量与输入功率对Ni/CF涡流加热效应共同影响
        4.5.4 Ni-P镀层涡流加热效应稳定性
    4.6 镀镍碳纤维复合材料电热效应
        4.6.1 沉积量对样品电热性能的影响
        4.6.2 输入功率对样品电热性能的影响
        4.6.3 电热效应与涡流加热效应升温能力分析
    4.7 本章小结
第五章 COMSOL Multiphysics多元物理场仿真与含镍涂/镀层融冰性能研究
    5.1 引言
    5.2 基于COMSOL Multiphysics的电磁热耦合与仿真
        5.2.1 模型建立与参数设置
        5.2.2 仿真结果与分析
    5.3 含镍涂/镀层除冰效果研究
        5.3.1 输入功率对除冰效果的影响
        5.3.2 样品镍粉含量/沉积量对融冰速率影响
        5.3.3 冰层厚度对融冰速率影响
        5.3.4 融冰过程热成像分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢


【参考文献】:
期刊论文
[1]基于聚丙烯腈基碳纤维红外辐射特性的飞机除冰性能[J]. 秦文峰,游文涛,钟勉,范宇航,韩孝强.  科学技术与工程. 2018(21)
[2]飞机用复合材料的设计和维修展望[J]. 王振林,杨勇,谢寄清,郭垠昊.  中国塑料. 2018(06)
[3]热处理对铝锂合金化学镀镍-磷层性能的影响[J]. 董成通,刘刚,高顺长,廖兴华,郭民城.  材料保护. 2018(05)
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[5]飞机外表面气热防冰专利技术发展分析[J]. 顾海雷,张云芳.  中国新技术新产品. 2017(17)
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硕士论文
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[2]碳纳米纸复合材料及其结构电加热性能研究[D]. 林浩宇.哈尔滨工业大学 2017
[3]连铸坯感应加热过程建模与优化控制研究[D]. 车栩龙.杭州电子科技大学 2014
[4]超细镍粉体及其复合材料研究[D]. 万里鹏.南昌大学 2007



本文编号:3695980

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