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《超臨界微細電鑄過程數(shù)值模擬及實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、學(xué)號08103109常州大學(xué)碩士學(xué)位論文超臨界微細電鑄過程數(shù)值模擬及實驗研究研究生王星星指導(dǎo)教師雷衛(wèi)寧教授學(xué)科、專業(yè)名稱化工過程機械研究方向微細特種加工2011年5月NumericalSimulationandExperimentalResearchonMicro-electroformingProcessinSupercriticalFluidADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByWangXing-xingChemicalProcessEquipmentDissertationSupervisor:Prof.LeiWei-ningMay,
2、2011常州大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要將超臨界特性與電沉積技術(shù)有機結(jié)合，采用超臨界CO2電沉積方法制備高性能納米晶粒沉積層，是制備納米材料（鑄層）的一種新方法，為微細特種加工領(lǐng)域提供新的技術(shù)途徑。本文在國家自然科學(xué)基金項目(50875116)和江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK2006043)的資助下，圍繞超臨界CO2流體微細電鑄技術(shù)制備金屬薄膜的工藝過程進行數(shù)值模擬與實驗研究。主要開展：（1）針對超臨界CO2條件下壓力和溫度兩工藝參數(shù)對微細電鑄體系乳化液電阻特性的影響，借助Eviews軟件建立其優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，利用Matlab軟件最優(yōu)化工具箱和anoval2方差分析函數(shù)進行數(shù)值求解和影響程度分析，并
3、通過實驗進行驗證。研究表明，模型優(yōu)化值與分析值基本吻合；在優(yōu)化條件下，體系乳化液的電阻分散狀態(tài)最佳，鑄層的顯微硬度提高約30%；同等條件下壓力參數(shù)對乳化液電阻的影響更顯著，而溫度參數(shù)對其影響弱一些，說明采用Matlab軟件分析超臨界流體電鑄溶液特性是行之有效的方法，可為開發(fā)微細電鑄新工藝提供科學(xué)依據(jù)。（2）利用Matlab軟件模擬分析超臨界CO2流體微細電鑄過程中的電場和流場分布情況。研究表明，深寬比對微結(jié)構(gòu)的入口處電場電力線彎曲程度和稠密度有影響，而對底部陰極表面的電力線無明顯影響，從而導(dǎo)致入口處的電流密度分布不均，即鑄層表面均勻度不高；具有高深寬比結(jié)構(gòu)的微器件，單純依靠攪拌的方式是難以改
4、善離子的傳質(zhì)過程，可借助輔助超聲攪拌、超臨界流體等方式改善離子的擴散傳質(zhì)能力，并添加表面活性劑以提高微細電鑄的沉積效果，降低鑄層的表面不均勻性。（3）借助Matlab軟件偏微分pdetool工具箱對超臨界CO2環(huán)境下具有深寬比結(jié)構(gòu)的單一鎳離子和多物質(zhì)離子擴散傳質(zhì)過程進行模擬分析與討論，探討單一離子擴散傳質(zhì)作用下，不同電流密度和微結(jié)構(gòu)深度對陰極鎳離子濃度的影響規(guī)律；同時模擬分析多離子擴散傳質(zhì)過程伴隨微結(jié)構(gòu)深寬比大小的變化規(guī)律。研究表明，隨著工作時間不斷變長，鎳離子擴散傳質(zhì)過程逐漸趨于穩(wěn)態(tài)。較深的微結(jié)構(gòu)應(yīng)使用較小的電流密度實施微細電鑄，而較淺的應(yīng)加載較大的電流密度實施電鑄；多物質(zhì)離子傳質(zhì)過程表明
5、，單純依靠擴散作用完成微細電鑄的傳質(zhì)任務(wù)是不能實現(xiàn)的。（4）采用非離子表面活性劑進行超臨界CO2流體微細電鑄的實驗研究，對微細電鑄原理、工藝路線、鑄層質(zhì)量標(biāo)志及特性評價進行了簡單概述，并對超臨界流體微細電鑄的實驗原理、工藝條件及實驗流程進行詳細介紹，主要討論分析電流密度對超臨界流體微細電鑄層的表面形貌、顯微硬度、陰極電流效率、沉積速率、鑄層厚度的影響規(guī)律。研究表明，隨著陰極表面電流密度逐漸增加，電流效率快速下降，鎳鑄層的顯微硬度、沉積速率、鑄層厚度均不斷增大，在壓力為10MPa，溫度為323K條2件下，電流密度為5A/dm時，鎳鑄層的顯微硬度、厚度、陰極電流效率、2沉積速率分別為701.2H
6、V、39μm、94.51%、51.85mg/(cm·h)，與傳統(tǒng)電鑄相比，超臨界CO2微細電鑄方法制備的鎳鑄層微觀表面平整、致密，為優(yōu)化超臨界CO2流體微細電鑄的工藝條件及性能研究提供可靠依據(jù)。關(guān)鍵詞：超臨界CO2流體；微細電鑄；乳化液特性；均勻性；擴散傳質(zhì)ABSTRACTHighqualityfilmswithfinegrainswerepreparedbythenewplatingmethodofnano-materials,whichcombinedthemeritsoftraditionalelectroplatingwithsupercriticalcarbondioxidetec
7、hniques,itcouldbehelpfultodesigningnovelnon-traditionalmachiningtechnology.ThisdissertationwassupportedbyNationalNaturalScienceFoundation(50875116)andJiangsuProvinceNaturalScienceFoundation(BK2006043),andit
