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(duì)微納米金屬粉末形貌和粒徑分布的影響,本工作通過(guò)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(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備以鎳棒為電極在純水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(dòng)效應(yīng)能有效地破碎固液相中的金屬蒸氣團(tuán)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(diǎn)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(gè)球形顆粒團(tuán)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(tuán)聚。 

【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(16)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【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(shí)驗(yàn)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(dāng)計(jì)算模型建成以后，需要對(duì)其設(shè)置邊界條件。由于超聲波在加工液中傳播時(shí)會(huì)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(chǎng)邊界;對(duì)于壓電陶瓷片，將其正極端設(shè)置為電勢(shì)，負(fù)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(shí)間變化的模擬過(guò)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(shì)。從仿真結(jié)果導(dǎo)出的數(shù)據(jù)中可以得出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，距離換能器端面中心軸線方向8mm處，存在一個(gè)約為12 mm×12 mm的區(qū)域，其聲壓值在整個(gè)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(shí)大致相同。因此可以得出一個(gè)結(jié)論:實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，放電點(diǎn)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(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2961152