電火花-超聲復(fù)合加工技術(shù)是一種綠色環(huán)保、易于控制的制備微納米金屬粉末的方法。為了研究聚焦超聲功率對微納米金屬粉末形貌和粒徑分布的影響,本工作通過COMSOL Multiphasic仿真軟件模擬超聲在工作箱中的聲壓分布,確定放電位置,并根據(jù)仿真結(jié)果,采用實驗室自制設(shè)備以鎳棒為電極在純水中進行實驗。實驗結(jié)束后觀察微米尺度與納米尺度鎳粉的形貌,并分析微納米鎳粉的粒徑分布。結(jié)果表明:聚焦超聲的空化和振動效應(yīng)能有效地破碎固液相中的金屬蒸氣團簇和金屬液滴,便于制備出小尺寸的鎳顆粒,并使其均勻地分布在溶液中;聲空化產(chǎn)生的沖擊波使鎳顆粒發(fā)生碰撞,大尺寸的鎳顆粒在撞擊點處產(chǎn)生的高溫使鎳粉發(fā)生燒結(jié),形成金屬燒結(jié)頸,多個球形顆粒團聚成不規(guī)則的大顆粒;小尺寸的鎳顆粒由于粒徑小,發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的能量不足以使其團聚。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(16)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

不同超聲功率下制備的納米尺度鎳顆粒的粒徑分布

圖1為實驗裝置的物理模型圖。其中，A為由四片壓電陶瓷片并聯(lián)組成的換能器，材料屬性如表1所示;B為加工液，材料為純水;C為加工箱，通體采用亞克力板。亞克力板以及純水的材料參數(shù)如表2所示。當計算模型建成以后，需要對其設(shè)置邊界條件。由于超聲波在加工液中傳播時會形成反射，為使損耗減至最低，將加工箱內(nèi)壁設(shè)置為硬聲場邊界;對于壓電陶瓷片，將其正極端設(shè)置為電勢，負極端設(shè)置為接地，其端面設(shè)置為輥支撐，周邊圓面設(shè)置成自由邊界。

圖2是在聚焦超聲功率為1 200 W、頻率為20 k Hz條件下，截取的與換能器水平軸心面重合的面上超聲波聲壓隨時間變化的模擬過程圖。從圖2中可以看出，最大聲壓區(qū)分布在換能器端面附近，呈扇形在加工液中輻射，且沿著換能器軸線方向有逐漸減小的趨勢。從仿真結(jié)果導(dǎo)出的數(shù)據(jù)中可以得出，隨著時間的延長，距離換能器端面中心軸線方向8mm處，存在一個約為12 mm×12 mm的區(qū)域，其聲壓值在整個傳播平面上是最大的。在不改變超聲換能器頻率的條件下，依次改變聚焦超聲的功率值為900 W、600 W、300 W，得到的仿真結(jié)果與功率值為1 200 W時大致相同。因此可以得出一個結(jié)論:實驗過程中，放電點的最優(yōu)位置應(yīng)該設(shè)置在距離換能器端面中心軸線方向8 mm處。

【參考文獻】：
期刊論文
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