超声场脉冲电铸制备铜—碳纤维粉复合材料及其性能研究

发布时间：2017-09-05 17:37

  本文关键词：超声场脉冲电铸制备铜—碳纤维粉复合材料及其性能研究

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【摘要】：碳纤维粉是将碳纤维长丝经特殊表面处理、研磨后制得的高强度、耐摩擦、耐腐蚀材料,其形状细小,表面纯净,比表面积大,是性能优良的复合材料填料。本文在超声波与脉冲电流的条件下,采用复合电铸技术制备了铜-碳纤维粉复合材料,对其制备工艺与性能进行了探索与研究。进行了碳纤维粉表面改性研究。采用球磨工艺对碳纤维粉进行表面粗化,避免了强碱粗化对碳纤维粉结构的破坏和强度的弱化;以碳纤维粉接触角作为试验指标,研究了三种降低碳纤维粉表面张力的表面活性剂,选用125 mg/L的十二烷基硫酸钠作为试验添加剂。碳纤维粉在电铸液内运动情况受电铸液流场的影响较大,采用FLUENT对电铸液进行了流场仿真分析,并结合实验验证得出,当采用矩形电铸槽、电极相对电铸槽长边方向成75°夹角放置、搅拌速度为60 rad/s时,碳纤维粉在复合电铸层内的含量相对高,分布相对均匀。在电铸制备铜-碳纤维粉复合材料的试验中,重点研究分析了电铸液内碳纤维粉添加量(C_A)、脉冲通电时间(T_(on))、脉冲脉冲关断时间(T_(off))、脉冲峰值电流密度(I_p)和超声功率(P)对复合电铸层的碳纤维粉含量(C_(LP))、微观形貌、显微硬度、耐磨性和导电性的影响,研究结果表明,工艺参数主要通过改变复合电铸层内碳纤维粉含量(C_(LP))进而影响复合电铸层各性能的;复合电铸层中的碳纤维粉能够细化复合电铸层组织,含量越高,材料平整度越低,孔隙率越大,组织致密性越低;C_(LP)越高,复合电铸层的显微硬度越低;复合电铸层耐磨性能得到提升;复合电铸层保持较高的导电性能。采用正交实验优化试验参数。当T_(on)、T_(off)与I_p分别为200μs、400μs与30A/dm~2,P为90 W,C_A为15 g/L时,得到耐磨和导电性优良的复合电铸层,优化试验参数下的复合电铸层的摩擦系数为0.228,磨损量为0.0094 mm~3,电阻率为0.0224 mΩ/mm,显微硬度为133.5 HV。
【关键词】：复合电铸 铜基复合电铸层 碳纤维粉 超声 脉冲电流
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333;TQ153.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-18
• 变量注释表18-19
• 1 绪论19-29
• 1.1 复合电铸技术19-25
• 1.2 碳纤维及其电沉积25-27
• 1.3 课题研究意义与内容27-28
• 1.4 课题创新点28-29
• 2 复合电铸试验与试样检测方法29-40
• 2.1 复合电铸试验装置29-30
• 2.2 电铸试验材料及电铸液配方30-33
• 2.3 复合电铸试验工艺流程33-37
• 2.4 复合电铸层检测内容与方法37-39
• 2.5 本章小节39-40
• 3 电铸液流场分析40-52
• 3.1 电铸液流场分析方法40-41
• 3.2 选取电铸槽形状41-45
• 3.3 优化搅拌器速度45-48
• 3.4 优化电极的位置夹角48-51
• 3.5 本章小节51-52
• 4 复合电铸试验结果与讨论52-84
• 4.1 试验工艺参数对C_(LP)的影响52-55
• 4.2 试验工艺参数对复合电铸层微观形貌的影响55-61
• 4.3 试验工艺参数对复合电铸层显微硬度的影响61-65
• 4.4 试验工艺参数对复合电铸层摩擦磨损性能的影响65-79
• 4.5 试验工艺参数对复合电铸层导电性能的影响79-82
• 4.6 本章小节82-84
• 5 复合电铸层工艺参数优化84-91
• 5.1 正交试验设计84-85
• 5.2 正交试验优化试验工艺参数85-90
• 5.3 本章小结90-91
• 6 结论91-92
• 参考文献92-96
• 作者简历96-98
• 学位论文数据集98

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本文编号：799351