大众TL116-N28标准的铝合金门槛梁生产工艺研究

使用试验合金作为材料,结合正交试验得出门槛梁产品的最佳生产工艺参数,并以大众TL116-N28技术要求作为产品的检验标准。结果表明,在挤压温度为490℃、时效制度为175℃/12 h工艺下,生产的门槛梁挤压型材的综合性能最佳,其抗拉强度为311.8 MPa,屈服强度为299.0 MPa,断后延伸率为11.7%。按大众TL116-N28标准进行检验,材料在205℃/1 h处理后其力学性能未见明显降低,在150℃/1000 h处理后屈服强度为281 MPa(>265 MPa)。泡碱后低倍组织未见焊合不良、孔洞等缺陷,说明该产品在最佳工艺下的短期、长期热稳定性以及低倍组织均符合标准要求,且经热熔钻试加工后未出现开裂、变形情况,螺纹孔经扭矩扳手检验合格。

基于3D打印的熔模铸造工艺设计

设计了一种3D打印结合传统熔模铸造的新型铸造工艺,主要探究了3D打印工艺中内模材料的选取、内模打印的底部/顶部厚度与填充密度最优化,以及型壳干燥的最佳温度的选取,且通过实践成功地铸造出复杂薄壁铸件。从宏观、微观观察了铸件缺陷,系统地分析了缺陷产生的原因,并提出了基于浇注系统设计、浇注系统模拟、3D打印模型表面预处理的解决方案。验证了基于3D打印的熔模铸造工艺的可行性。

3D打印聚氨酯微流道封装镓基液态金属柔性导线及其性能

利用3D打印制备了聚氨酯(TPU)微流道,并采用注射器将GaInSn液态金属注入后封装,得到液态金属柔性导线。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对液态金属的形貌及结构进行表征。利用万用表和电化学工作站分别测试了复杂流道中的液态金属及外力作用下不同尺寸柔性导线的导电性能,并通过对比商用柔性电路板(FPC),测试了柔性导线在反复弯曲及对折下的抗疲劳性。结果表明,该液态金属由67.2%Ga、20.1%In和12.7%Sn(均为质量分数)组成,将其与TPU柔性材料结合,可制备多层复杂的结构电路;在压力(0~190 N)和弯曲变形(0~360°)的外力作用下,外力对液态金属柔性导线的导通性能基本无影响,其中,微流道横截尺寸为0.5 mm×0.5 mm时,外力对其影响最小;对比商用FPC,液态金属柔性导线在循环弯曲24 h、对折压实200次的条件下仍未发生断裂,其电阻仅增加0.02Ω,展现了液态金属在复杂柔性电路制造领域的巨大应用潜力。

基于镓基液态金属玻璃倾斜开关的制备及研究

本文通过气氛保护熔炼法制备GaInSnZn液态金属,利用该合金作为导电液滴成功制备倾斜开关。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对其微观形貌和成分进行了测试和分析,利用差式扫描量热仪(DSC)对其进行了熔点和凝固点测试,通过接触角测定仪研究了该液态合金在不同环境、不同基底表面的润湿性。结果表明:合金的质量比为m(Ga)∶m(In)∶m(Sn)∶m(Zn)=60.7∶25.2∶13∶1.1,熔点为9.5℃,凝固点为-5.2℃。合金在氧含量极低的环境下不会被氧化,在基底表面具有较大的接触角,且不会产生粘附。而在大气环境下,通过在玻璃和铜表面旋涂和喷涂PTFE分散液和导电碳膜做为涂层,其表面接触角分别从129.2°、123.9°增加到159.5°、153.5°,该涂层防止了液滴与基底之间的直接接触,从而解决了氧化层对基底的粘附和对铜表面的腐蚀。最后在氩气环境下,通过镀膜处理,结合镓基液态金属的流动性和高导电性,成功制备了镓基液态金属玻璃倾斜开关,通过与水银倾斜开关对比,验证了该开关在电路实际应用中的接触稳定性。

MCMB/MWNT/TPU柔性导电3D打印耗材的制备及压敏特性研究

使用热塑性聚氨酯(TPU)、中间相炭微球(MCMB)、多壁碳纳米管(MWNT)制备了一种柔性导电压敏3D打印耗材,验证了耗材的打印效果并研究了两种碳材料添加比例对柔性导电材料力学性能、导电性能的影响。结果表明,加入两种碳材料皆能有效提高材料的导电性,MWNT与MCMB可在TPU基体中共同构建导电网络并互相起协同作用,当MWNT与MCMB添加量均为12%时,材料的电导率达到0. 842 S/cm。为了研究材料的力敏特性,选用含9%MWNT、6%MCMB (型号为9T-6B)的复合材料进行了压力敏感性能实验。结果表明,材料受压力越大其体积电阻值越小,当压力卸载后电阻值发生回弹,说明材料对压力具有一定的敏感性,并且在约400次0~90 N压力循环加载的情况下仍能保持良好的敏感性,所制备的复合材料有望结合3D打印技术制备不同复杂结构的柔性力敏感电子器件。

聚氨酯基压敏材料3D打印结合GaInSn液态金属导线制作柔性压力传感器的研究

随着可穿戴器件的发展,柔性压力传感器作为可穿戴器件的重要组成部分受到广泛的关注。为解决柔性压力传感器的制造工艺复杂与在大变形下接触不良的问题,将多壁碳纳米管(MWNTs)、中间相炭微球(MCMB)和聚氨酯(TPU)进行熔融共混制备柔性压敏3D打印材料,使用熔融沉积3D打印技术将压敏材料与绝缘材料一次打印成型柔性压力传感器,并将GaInSn液态金属封装在传感器内部作为导线。实验表明,GaInSn液态金属与MWNTs/MCMB/TPU压敏材料在大变形下接触良好,可以有效传递信号,制备的柔性压力传感器具有良好的压敏特性。同时,3D打印技术可以为小批量、结构复杂的柔性电子器件的个性化制造提供新的思路。

MWNTs/ABS导电3D打印复合耗材的制备及其性能研究

为强化导电3D打印耗材的力学性能,采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)对多壁碳纳米管(MWNTs)进行预包覆处理,再熔融共混法制备出MWNTs/ABS导电复合材料。研究发现,ABS预包覆处理改善了MWNTs与ABS基体之间的界面结合,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和屈服强度明显改善,但表面包覆也使MWNTs之间的电阻升高,使得复合材料的体积电阻率随预包覆ABS沉积量的加大而上升。采用ABS用量为1%(wt,质量分数)条件下预包覆处理制得的MWNTs/ABS复合材料具有较好的性能,拉伸强度55.73MPa,弯曲强度86.00MPa,屈服强度54.55MPa,冲击强度1.52J/m^2,体积电阻率20.31Ω·cm,并将MWNTs/ABS加工成综合性能较好的MWNTs/ABS导电3D打印耗材,该耗材不仅具有优良的力学性能和导电性,而且打印过程流畅,可用于电子功能器件的设计和3D打印。

EG/MWNT/TPU柔性导电3D打印复合耗材的制备及性能

导电柔性3D打印材料在可穿戴电子、电子皮肤等领域有重要应用。为提高导电性,在多壁碳纳米管(MWNT)/聚氨酯(TPU)复合材料体系中加入膨胀石墨(EG)。结果表明,EG和MWNT的协同导电作用有效提高了打印耗材导电性能,当添加MWNT质量分数为10%、EG为15%时,复合材料的体积电阻率约为0.23 Ω·cm。扫描电镜(SEM)分析表明,EG在复合体系中起到桥连作用,使MWNT彼此连接形成导电网络,获得了更好的导电特性。选取最优的实验方案,制备了直径1.75 mm的柔性导电耗材,其在3D打印性能良好。