熔融液滴撞擊金屬粉末表面的鋪展和凝固模型.pdf

1、熔融金屬液滴在工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中有著非常廣泛的運(yùn)用，如等離子噴涂，噴射沉積成型，數(shù)字微制造，微鑄造，快速凝固成型，電子封裝等。深入研究熔融液滴與基體撞擊過程中發(fā)生的如流體流動(dòng)，熱傳導(dǎo)，快速凝固等物理現(xiàn)象，對(duì)更好的控制和優(yōu)化上述各種生產(chǎn)技術(shù)中的工藝參數(shù)有重大意義。 當(dāng)一個(gè)熔融的金屬液滴沉積于一個(gè)粗糙的基體表面（如粉末基體），粉末顆粒之間的凹陷處捕獲氣泡的存在使得液滴－基體之間會(huì)形成一個(gè)液－固－氣三相共存的復(fù)合界面（而不是均勻的液－固界

2、面）。這就形成了一個(gè)三相構(gòu)成的周期性的流體結(jié)構(gòu)，分別是各向同性的剛性固體，具有弱粘性的不可壓縮的牛頓流體，具有正壓力的弱粘性的氣體。對(duì)表面粗糙度對(duì)液滴表觀接觸角的影響進(jìn)行了深入研究，提出了一個(gè)基于Cassie-Baxter理論的模型來闡述粗糙表面上真實(shí)接觸角和表觀接觸角之間的內(nèi)在聯(lián)系，二者的差別與三重線上液－固和液－氣界面的比例有關(guān)。 通過引入表面張力，粘度，基體表面粗糙度等參數(shù)，建立了一個(gè)描述熔融金屬液滴在金屬粉末表面鋪展的理

3、論模型，并且得出了以Reynolds數(shù)和Weber數(shù)為變量的鋪展系數(shù)的解析解。詳細(xì)闡述了表觀接觸角（衡量基體潤(rùn)濕性的一個(gè)參數(shù)，基體潤(rùn)濕性主要與其表面自由能和表面幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)）對(duì)鋪展系數(shù)的影響。對(duì)熔融液滴的Reynolds數(shù)在1～1000，Weber數(shù)在1～100范圍內(nèi)表觀接觸角的變化對(duì)鋪展系數(shù)的影響進(jìn)行了作圖分析。 基體和熔融液滴之間的界面接觸熱阻是影響液滴凝固過程的一個(gè)主要因素。對(duì)室溫下接觸熱阻對(duì)熔融液滴在金屬粉末基體表面凝固

4、速度的影響進(jìn)行研究。并且引入了一個(gè)計(jì)算熔融液滴與粉末基體粗糙表面真實(shí)接觸面積的數(shù)學(xué)模型來求得界面接觸熱阻，闡述了接觸熱阻值隨基體表面粗糙度，基體和液滴的熱力學(xué)性質(zhì)，熔融液滴的鋪展系數(shù)以及液滴撞擊速度等因素的變化趨勢(shì)。熔融金屬液滴凝固速度的數(shù)學(xué)模型與數(shù)值模擬結(jié)果符合的很好。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)凝固后的液滴與粉末基體界面處的孔隙存在一個(gè)徑向分布，從液滴中心至其邊緣，孔隙分布呈增大趨勢(shì)。 編寫了一個(gè)二維程序?qū)θ廴谝旱巫矒舸植诒砻鏁r(shí)發(fā)生的流體流動(dòng)