金屬表面參數(shù)及時(shí)效對(duì)潤(rùn)濕性的影響規(guī)律研究.pdf

1、金屬材料的形核一般與過(guò)冷度有著密切的聯(lián)系，保證一定的過(guò)冷度需要使模具材料具有很好的傳熱性能，但是由于氣體裹陷現(xiàn)象的存在，使金屬液與模壁之間夾雜了一部分空氣，導(dǎo)致金屬液的傳熱性能變差，使金屬的異質(zhì)形核受到影響。氣體裹陷存在的原因主要是由于模具表面存在一定的微觀粗糙度，當(dāng)金屬液與模具表面接觸時(shí)，凹槽部分被密封了空氣，形成了Cassie潤(rùn)濕模型所述的現(xiàn)象，阻礙金屬液與模具表面的接觸，降低了金屬液冷卻過(guò)程中對(duì)外界的傳熱效率，同時(shí)，這種金屬液與模

2、壁形成潤(rùn)濕體系，因此可以發(fā)現(xiàn)金屬材料表面的潤(rùn)濕性對(duì)于金屬形核起著舉足輕重的作用。
　　本文以金屬液的異質(zhì)形核為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合楊氏方程、Wenzel模型理論與Cassie模型理論，以水為介質(zhì)研究金屬表面的潤(rùn)濕性。實(shí)驗(yàn)的第一部分主要采用易于制備試樣的純鋁和高純鋁材料，通過(guò)化學(xué)刻蝕的方法制備具有親水性的表面，并在室溫下進(jìn)行時(shí)效，分析潤(rùn)濕性隨時(shí)效時(shí)間的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)以2mol/L濃度的鹽酸進(jìn)行刻蝕，將試樣分別刻蝕4min到20min，清洗并

3、吹干制備好的試樣，利用OCA15EC接觸角測(cè)量?jī)x進(jìn)行潤(rùn)濕角測(cè)定，然后將試樣放置在室溫下進(jìn)行時(shí)效，并記錄時(shí)效后的潤(rùn)濕角，分析潤(rùn)濕角的變化規(guī)律；采用掃描電子顯微鏡觀察試樣表面的微觀形貌，結(jié)合Wenzel理論與Cassie理論分析潤(rùn)濕角變化的原因；對(duì)試樣做EDS分析，分析時(shí)效后試樣所含元素含量的變化情況，闡述潤(rùn)濕性變化的機(jī)理。第二部分將制備好的試樣在高溫爐中進(jìn)行200℃，300℃和400℃高溫時(shí)效，時(shí)效時(shí)間均為1h，記錄時(shí)效前后的潤(rùn)濕角度，分

4、析潤(rùn)濕角的變化規(guī)律；觀察試樣表面的微觀形貌，分析EDS中的元素變化情況，闡述潤(rùn)濕性變化的機(jī)理。最終得出不同的刻蝕時(shí)間制備的試樣潤(rùn)濕角存在差異，刻蝕時(shí)間為16min的純鋁能夠獲得比較穩(wěn)定的表面形貌，高純鋁材料在進(jìn)行12min的刻蝕即可得到穩(wěn)定的潤(rùn)濕性，試樣的潤(rùn)濕角維持在12°以下，且形貌較好。高溫時(shí)效后發(fā)現(xiàn)，不同的刻蝕時(shí)間制備的試樣經(jīng)過(guò)高溫時(shí)效潤(rùn)濕角存在差異，在200℃高溫下時(shí)效1h導(dǎo)致潤(rùn)濕角急劇變大，300℃下時(shí)效1h潤(rùn)濕角開(kāi)始變小，當(dāng)