超细晶纯铝阵列微结构压印成形与表面功能调控
发布时间：2021-01-12 12:27
固体表面的润湿性,尤其是亲水性和疏水性在许多领域都有较为广泛的应用,尤其是超疏水表面因其优异的性能,如自清洁、减阻、散热、防腐蚀、抗结冰等,成为一个研究的热点。而金属材料是现代工业极为普遍和应用最为广泛的一类物质,属于典型的亲水性材料,表面自由能较高,对其表面进行改性具有十分重要的现实意义。目前使用较多的改变金属材料表面润湿性的方法多集中在化学方法上,例如化学腐蚀、溶胶-凝胶、电化学沉积等。随着科技的发展,可持续生产引起越来越多的关注,而微压印成形方法作为微成形方法的一种,具有高精度、低成本、可重复以及环保等优点,是可持续生产的一种。将微压印成形的方法应用于改变金属材料表面润湿性具有潜在的研究和实际应用价值,而对此的研究较少。本文利用微压印方法在超细晶纯铝试样表面构建不同尺寸的阵列微结构,结合水热反应得到微纳复合的二级结构,并对试样表面进行化学修饰,得到具有高粘附性的超疏水纯铝试样表面,并对微压印成形后的试样表面液滴撞击动力学行为进行探讨。本文采用经8道次等通道挤压制备的平均晶粒尺寸为1μm的超细晶纯铝材料作为研究对象,通过单槽微压印实验以及晶体塑性有限元模拟,研究了超细晶纯铝在室温以...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纯镍微柱室温的力学性能：(a)不同直径试样的应力应变曲线；(b)直径为20μm试样在~4%应变下的SEM图片；(c)直径为5μm试样在~19%应变下的SEM图片[12]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-等[15]研究了多种超细晶材料的超塑性微成形性能，采用宽度介于1μm~20μm的V型槽硅模具评价材料的成形能力，证实了多晶体金属材料在微成形过程中由于模具的因素而受到尺寸效应的影响，发现微成形精度极度依赖于材料晶粒尺寸，提出了采用细化晶粒的方法改善材料的填充性能，同时提出了多晶体材料填充模型，如图1-3所示,。德国T.Ottoa等[16]研究了纯铝材料等室温压印成形，采用高精度的单晶硅模具在铝基板表面获得深度介于1μm~5μm、宽度介于3μm~5μm、周期大约为10μm的沟槽阵列结构，由于其采用的为常规纯铝，其晶粒尺寸远大于微结构尺寸，成形后微通道表面呈现褶皱等现象。S.A.Parasiz等[17]通过微挤压实验发现材料的晶粒尺寸直接影响成形件的形状以及尺寸精度。C.J.Wang等[18]通过研究热模压过程中型腔尺寸对成形性能的影响，发现当晶粒尺寸是型腔尺寸的两倍时，成形性能最差。因此，在微成形中采用具有亚微米甚至纳米级尺寸的超细晶材料是改善成形质量和性能的有效手段。图1-2微结构截面形状随着压力的变化[14]Fig.1-2Evolutionofcross-sectionofthesurfacemicroprojectionsatvariouspressures[14]图1-3多晶体材料填充模型图[15,19]Fig.1-3Schematicillustrationofpolycrystallinematerialsfilling[15,19]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-等[15]研究了多种超细晶材料的超塑性微成形性能，采用宽度介于1μm~20μm的V型槽硅模具评价材料的成形能力，证实了多晶体金属材料在微成形过程中由于模具的因素而受到尺寸效应的影响，发现微成形精度极度依赖于材料晶粒尺寸，提出了采用细化晶粒的方法改善材料的填充性能，同时提出了多晶体材料填充模型，如图1-3所示,。德国T.Ottoa等[16]研究了纯铝材料等室温压印成形，采用高精度的单晶硅模具在铝基板表面获得深度介于1μm~5μm、宽度介于3μm~5μm、周期大约为10μm的沟槽阵列结构，由于其采用的为常规纯铝，其晶粒尺寸远大于微结构尺寸，成形后微通道表面呈现褶皱等现象。S.A.Parasiz等[17]通过微挤压实验发现材料的晶粒尺寸直接影响成形件的形状以及尺寸精度。C.J.Wang等[18]通过研究热模压过程中型腔尺寸对成形性能的影响，发现当晶粒尺寸是型腔尺寸的两倍时，成形性能最差。因此，在微成形中采用具有亚微米甚至纳米级尺寸的超细晶材料是改善成形质量和性能的有效手段。图1-2微结构截面形状随着压力的变化[14]Fig.1-2Evolutionofcross-sectionofthesurfacemicroprojectionsatvariouspressures[14]图1-3多晶体材料填充模型图[15,19]Fig.1-3Schematicillustrationofpolycrystallinematerialsfilling[15,19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]镓铟锡液滴撞击泡沫金属表面的运动学特性研究[J]. 尚超,阳倦成,张杰,倪明玖. 力学学报. 2019(02)
[2]基于仿生原理的几何构型及其功能性的研究进展[J]. 谭娜,邢志国,王海斗,王晓丽,金国,徐滨士. 材料工程. 2018(01)
[3]液滴碰撞不同湿润性表面的行为特征[J]. 代超,纪献兵,周冬冬,王野,徐进良. 浙江大学学报(工学版). 2018(01)
[4]基于SPH方法的液滴撞击可湿润固壁模拟[J]. 王志超,李大鸣,李杨杨,牛娇. 科学通报. 2017(24)
[5]固体表面液滴铺展与润湿接触线的移动分析[J]. 焦云龙,刘小君,逄明华,刘焜. 物理学报. 2016(01)
[6]液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究[J]. 毕菲菲,郭亚丽,沈胜强,陈觉先,李熠桥. 物理学报. 2012(18)
[7]铝合金基体上超疏水表面的制备[J]. 李艳峰,于志家,于跃飞,霍素斌,宋善鹏. 高校化学工程学报. 2008(01)
[8]超疏水表面的研究进展[J]. 赵宁,卢晓英,张晓艳,刘海云,谭帅霞,徐坚. 化学进展. 2007(06)
[9]天然超疏水生物表面研究的新进展[J]. 高雪峰,江雷. 物理. 2006(07)
[10]从自然到仿生的超疏水纳米界面材料[J]. 江雷. 化工进展. 2003(12)
博士论文
[1]超疏水表面上液滴合并诱导弹跳机理及其调控的研究[D]. 王凯.大连理工大学 2018
[2]超细晶纯铜微成形机理及充填行为研究[D]. 李建伟.哈尔滨工业大学 2018
[3]超疏水铝合金表面的仿生构建[D]. 吴若梅.中南大学 2012
硕士论文
[1]仿生超滑表面的微/纳化构筑及超润湿行为研究[D]. 王小青.浙江大学 2019
[2]微结构超疏水功能表面的激光制备及性能研究[D]. 黄超.江苏理工学院 2018
[3]不锈钢表面碳纳米管阵列的制备及滴状冷凝传热性能研究[D]. 高杏存.东北石油大学 2018
本文编号：2972850
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纯镍微柱室温的力学性能：(a)不同直径试样的应力应变曲线；(b)直径为20μm试样在~4%应变下的SEM图片；(c)直径为5μm试样在~19%应变下的SEM图片[12]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-等[15]研究了多种超细晶材料的超塑性微成形性能，采用宽度介于1μm~20μm的V型槽硅模具评价材料的成形能力，证实了多晶体金属材料在微成形过程中由于模具的因素而受到尺寸效应的影响，发现微成形精度极度依赖于材料晶粒尺寸，提出了采用细化晶粒的方法改善材料的填充性能，同时提出了多晶体材料填充模型，如图1-3所示,。德国T.Ottoa等[16]研究了纯铝材料等室温压印成形，采用高精度的单晶硅模具在铝基板表面获得深度介于1μm~5μm、宽度介于3μm~5μm、周期大约为10μm的沟槽阵列结构，由于其采用的为常规纯铝，其晶粒尺寸远大于微结构尺寸，成形后微通道表面呈现褶皱等现象。S.A.Parasiz等[17]通过微挤压实验发现材料的晶粒尺寸直接影响成形件的形状以及尺寸精度。C.J.Wang等[18]通过研究热模压过程中型腔尺寸对成形性能的影响，发现当晶粒尺寸是型腔尺寸的两倍时，成形性能最差。因此，在微成形中采用具有亚微米甚至纳米级尺寸的超细晶材料是改善成形质量和性能的有效手段。图1-2微结构截面形状随着压力的变化[14]Fig.1-2Evolutionofcross-sectionofthesurfacemicroprojectionsatvariouspressures[14]图1-3多晶体材料填充模型图[15,19]Fig.1-3Schematicillustrationofpolycrystallinematerialsfilling[15,19]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-等[15]研究了多种超细晶材料的超塑性微成形性能，采用宽度介于1μm~20μm的V型槽硅模具评价材料的成形能力，证实了多晶体金属材料在微成形过程中由于模具的因素而受到尺寸效应的影响，发现微成形精度极度依赖于材料晶粒尺寸，提出了采用细化晶粒的方法改善材料的填充性能，同时提出了多晶体材料填充模型，如图1-3所示,。德国T.Ottoa等[16]研究了纯铝材料等室温压印成形，采用高精度的单晶硅模具在铝基板表面获得深度介于1μm~5μm、宽度介于3μm~5μm、周期大约为10μm的沟槽阵列结构，由于其采用的为常规纯铝，其晶粒尺寸远大于微结构尺寸，成形后微通道表面呈现褶皱等现象。S.A.Parasiz等[17]通过微挤压实验发现材料的晶粒尺寸直接影响成形件的形状以及尺寸精度。C.J.Wang等[18]通过研究热模压过程中型腔尺寸对成形性能的影响，发现当晶粒尺寸是型腔尺寸的两倍时，成形性能最差。因此，在微成形中采用具有亚微米甚至纳米级尺寸的超细晶材料是改善成形质量和性能的有效手段。图1-2微结构截面形状随着压力的变化[14]Fig.1-2Evolutionofcross-sectionofthesurfacemicroprojectionsatvariouspressures[14]图1-3多晶体材料填充模型图[15,19]Fig.1-3Schematicillustrationofpolycrystallinematerialsfilling[15,19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]镓铟锡液滴撞击泡沫金属表面的运动学特性研究[J]. 尚超,阳倦成,张杰,倪明玖. 力学学报. 2019(02)
[2]基于仿生原理的几何构型及其功能性的研究进展[J]. 谭娜,邢志国,王海斗,王晓丽,金国,徐滨士. 材料工程. 2018(01)
[3]液滴碰撞不同湿润性表面的行为特征[J]. 代超,纪献兵,周冬冬,王野,徐进良. 浙江大学学报(工学版). 2018(01)
[4]基于SPH方法的液滴撞击可湿润固壁模拟[J]. 王志超,李大鸣,李杨杨,牛娇. 科学通报. 2017(24)
[5]固体表面液滴铺展与润湿接触线的移动分析[J]. 焦云龙,刘小君,逄明华,刘焜. 物理学报. 2016(01)
[6]液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究[J]. 毕菲菲,郭亚丽,沈胜强,陈觉先,李熠桥. 物理学报. 2012(18)
[7]铝合金基体上超疏水表面的制备[J]. 李艳峰,于志家,于跃飞,霍素斌,宋善鹏. 高校化学工程学报. 2008(01)
[8]超疏水表面的研究进展[J]. 赵宁,卢晓英,张晓艳,刘海云,谭帅霞,徐坚. 化学进展. 2007(06)
[9]天然超疏水生物表面研究的新进展[J]. 高雪峰,江雷. 物理. 2006(07)
[10]从自然到仿生的超疏水纳米界面材料[J]. 江雷. 化工进展. 2003(12)
博士论文
[1]超疏水表面上液滴合并诱导弹跳机理及其调控的研究[D]. 王凯.大连理工大学 2018
[2]超细晶纯铜微成形机理及充填行为研究[D]. 李建伟.哈尔滨工业大学 2018
[3]超疏水铝合金表面的仿生构建[D]. 吴若梅.中南大学 2012
硕士论文
[1]仿生超滑表面的微/纳化构筑及超润湿行为研究[D]. 王小青.浙江大学 2019
[2]微结构超疏水功能表面的激光制备及性能研究[D]. 黄超.江苏理工学院 2018
[3]不锈钢表面碳纳米管阵列的制备及滴状冷凝传热性能研究[D]. 高杏存.东北石油大学 2018
本文编号：2972850
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2972850.html
