Al_(2)O_(3)混合液配比对电射流沉积高温绝缘层的影响

高温薄膜传感器广泛应用在航空航天热端部件的参数测量方面,制备出具有良好性能的高温绝缘层是研制高温薄膜传感器的关键技术之一。基于电射流沉积技术,通过测定溶液参数和对制备出的Al_(2)O_(3)绝缘薄膜进行表征分析,探究了Al_(2)O_(3)混合液中溶胶与纳米悬浮液比例从1∶0.5逐步升至1∶1.5时,所制备的Al_(2)O_(3)高温绝缘层性能的变化。结果表明:用该方法制备的Al_(2)O_(3)薄膜在1 200℃高温下仍具有100 kΩ以上的电阻值,满足了高温薄膜传感器对高温绝缘层的要求,并且随着混合液中纳米悬浮液比例的提高,所制备出的Al_(2)O_(3)薄膜的性能呈现下降趋势。

面向绝缘基底的正负极一体化电流体喷墨打印头射流沉积行为

针对常规电流体喷墨打印在绝缘基底上打印时易产生射流偏斜和卫星液滴等现象,研制了一种正负极一体化电流体喷墨打印头。先对正负极一体化电流体喷墨打印头进行数值模拟,再通过按需喷印的方式对影响射流形态和沉积行为的相关参数进行实验研究。结果发现,相比常规电流体喷墨打印结构,正负极一体化电流体喷墨打印头可减小空间电场对绝缘基底的影响。圆孔电极直径大于1 mm的正负极一体化电流体喷墨打印头结构具有聚焦射流和抑制卫星液滴的效果,该效果与圆孔电极直径呈负相关。此外,随着喷嘴与圆孔电极之间的距离增大,射流区域电场方向趋于更竖直。当间距大于0.6 mm时,正负极一体化电流体喷墨打印头能够有效抑制卫星液滴。工作电压幅值过小易导致液滴丢失,过大易使液滴变形。电压幅值在1.8 kV左右时,液滴平均直径约为210μm。

PZT厚膜的电射流沉积研究

制备了锆钛酸铅(PZT)悬浮液,采用电射流沉积(EJD)技术,在硅衬底上沉积了PZT厚膜。研究了电射流沉积高度、流量及悬浮液混合条件对厚膜致密性的影响。结果表明:降低电射流沉积高度和流量有助于提高沉积PZT厚膜致密性;采用球磨方法充分混合PZT悬浮液,沉积的PZT厚膜致密性明显提高。采用优化的电射流沉积参数和球磨20 h的PZT悬浮液,制备了10μm无裂纹PZT厚膜,其压电常数d33为67 p C·N-1,相对介电常数εr为255。

基于电射流沉积的TiO2薄膜制备及其摩擦特性研究

采用电射流沉积技术在316L不锈钢基体上沉积二氧化钛(TiO2)薄膜,并对薄膜进行高温烧结处理;在无润滑条件下,对薄膜进行往复式摩擦磨损试验,研究了温度对薄膜晶相及形貌变化的影响及TiO2薄膜的摩擦学性能。结果表明:在电射流沉积条件为电源电压3.8~4.1kV、高度4mm、流量4μl/min时,可以制得均匀的TiO2薄膜;随着温度升高,TiO2晶体结构逐渐由锐钛相转变为金红石相;TiO2薄膜能有效提高316L不锈钢表面的减摩性能。

电射流沉积纳米复合电极的超级电容研究

利用电射流沉积技术,以石墨烯/聚苯胺复合材料为电极活性材料,制备成超级电容器。用原位聚合法得到石墨烯/聚苯胺的复合材料,制备成分散均匀的悬浮液,利用电射流沉积装置在碳纸上沉积电极,将电极和凝胶电解质(PVA-H_2SO_4)基于三明治结构组装成超级电容器。测试其电化学性能,电射流沉积法制备的超级电容器在500 m A/g的电流密度下比电容达到228 F/g,经过1 000次循环充放电后容量保留92%,比传统涂覆方法分别提高了11%和7%。研究结果表明,电射流沉积技术是制备超级电容纳米复合电极的理想方法。

微织构表面电射流沉积MoS_2/Ti涂层及其摩擦磨损特性研究

利用激光加工技术在YG6硬质合金基体上制备椭圆阵列微织构。配制了MoS_2/Ti悬浮液,利用电射流沉积技术在YG6硬质合金基体上沉积了厚度为17μm的MoS_2/Ti涂层,研究了电射流沉积流量和沉积高度对涂层形貌的影响。当沉积流量为12μL/min、沉积高度为5mm时,获得了均匀紧凑的MoS_2/Ti涂层。对MoS_2/Ti涂层沉积前后织构化基体摩擦磨损特性进行研究,结果表明:表面织构可以降低摩擦系数及其波动程度,有效储存涂层材料;MoS_2/Ti涂层降低基体表面的摩擦系数效果更为明显,能够减缓基体的磨损程度。

平行磁场辅助射流电沉积镍制备疏水表面

在316L不锈钢表面射流电沉积镍过程中施加与电场方向平行的磁场。分析了平行磁场下微纳表面结构镍镀层的生长机理。通过场发射扫描电镜、接触角测量仪和三维显微镜分析了无磁场辅助和不同磁感应强度的平行磁场辅助下射流电沉积所得镍镀层的表面微观形貌、水接触角和面粗糙度。结果表明,在射流电沉积过程中施加平行磁场能够提高镍镀层的疏水性。当磁感应强度为200 mT时,所得镍镀层表面的缝隙最多,凸起分布得最均匀,面粗糙度(Sa)为2.94μm,水接触角达到147.5°,疏水性最好。

无裂纹SiO_2薄膜的纳尺度电射流叠层沉积工艺

针对SiO_2薄膜制备过程中的龟裂难题,开发了基于电射流沉积的制备工艺,通过对沉积参数的调节,实现了SiO_2薄膜的无裂纹可控制备。首先调制了由SiO_2溶胶和SiO_2颗粒混合而成SiO_2悬浮液,其目的在于降低沉积薄膜中的内应力,从而减少薄膜表面裂纹。其次采用电射流沉积的方法,通过调控沉积高度和扫描间距,实现了薄膜的无裂纹制备。最后,通过SEM对薄膜表面形貌和截面形貌进行了表征。结果表明当沉积高度为4mm,扫描间距为1.4mm时,可以得到无裂纹SiO_2薄膜。通过层层叠加的方式来制备SiO_2薄膜,沉积12层得到了厚度为3.41μm的SiO_2无开裂薄膜,相应单层沉积厚度为284nm。最后将所制备的薄膜在550℃下烧结成型。所开发的电射流沉积薄膜技术可用于高质量SiO_2薄膜的制备,具有很好的发展前景。

射流电沉积快速成形金属镍制件

基于快速成形原理,将模板技术和摩擦技术与数控射流电沉积有机结合起来,提出了一种摩擦射流电沉积快速成形技术,并采用该技术直接快速制备了异形金属镍制件.试验结果表明:模板的引入解决了射流电沉积难以制备高精度金属零件的问题,并有利于直接成形结构复杂的异形零件;硬质粒子能有效阻止杂质的吸附,避免毛刺、积瘤等表面缺陷的产生;文中提出的技术综合了射流电沉积和快速成形技术的优点,可有效降低设备复杂度和零件成本,直接快速制造出形状复杂、结构致密、组织均匀的精密金属零件.

射流电沉积快速成形技术基础试验研究

研制了射流电沉积快速成形系统并进行了基础试验研究。研究结果表明,采用该系统可实现简单形状金属铜三维样件的沉积制备,样件具有较好的形状精度和尺寸精度,沉积厚度达到1.2 mm,SEM和XRD分析表明样件微观组织呈多孔均布结构,晶粒尺寸达到纳米尺度,力学性能测试表明样件材料具有高断裂强度和高硬度特性。

射流电沉积Ni-SiC纳米镀层的腐蚀行为研究

为提高Ni-SiC纳米镀层的耐腐蚀性能,采用射流电沉积方法,在Q235钢基体表面制备Ni-SiC纳米镀层。利用FLUENT软件仿真不同喷嘴直径对喷射镀液的速度和动能参数影响,采用扫描电子显微镜、透射电镜、X射线衍射仪和电化学工作站对不同喷嘴直径下喷射电沉积制备Ni-SiC纳米镀层的表面形貌、显微组织、腐蚀行为进行研究。当喷嘴直径为8 mm时,喷射电沉积过程镀液的射流速度和动能较其他喷嘴直径下的大,最大射流速度和动能分别为113 m/s和543 J。此参数下制备的Ni-SiC纳米镀层具有致密、均匀的表面结构,大量SiC纳米颗粒嵌入Ni-SiC纳米镀层,Ni和SiC的平均粒径分别为342 nm和73 nm。结果表明:喷嘴直径对Ni-SiC纳米镀层的腐蚀性能影响较大;当喷嘴直径为8 mm时,Ni-SiC纳米镀层具有最佳的耐腐蚀性能。适宜的喷嘴直径,可提高镀液喷射速率和动能,从而提高Ni-SiC纳米镀层的耐腐蚀性能,得到的Ni-SiC纳米镀层与其他镀层相比组织结构更致密、均匀。

阳极喷嘴口径对射流电沉积的影响

利用自行设计的实验装置,研究了瓦特镍射流电沉积不同阳极喷嘴口径下电压与电流、电流密度、电流效率关系,以及阳极喷嘴口径对沉积层的金属分布的影响。研究发现:可用电流密度高达800A/dm2,沉积物呈圆柱形分布,沉积物直径几乎与相应的0.8,1.2,1.6mm阳极喷嘴口径一致。当喷嘴口径为1.6mm时电流效率为89.8%,而喷嘴口径为0.8mm时只有64.3%。

用射流电沉积进行局部快速电镀的工艺研究

射流电沉积是近年来发展起来的一种电沉积新工艺,具有普通电镀所不具备的一些优点。利用二维移动平台系统进行射流电沉积,研究了瓦特镍镀液的喷射速度、温度以及阴阳极间距等因素对射流电沉积的影响。研究结果表明,当镀液喷射速度为0.3m/s,槽电压为20V,阴阳极之间距离为17mm时,采用该系统可在金属试样上快速获得预先设定的图形镀层,镀层分布均匀,与基体的结合力良好。

射流电沉积镍中晶体形态的可控生长

利用分形理论编程模拟了射流电沉积中沉积几率较小时粒子簇的生长形貌。基于模拟的原理,利用摆动射流电沉积改变了枝晶的树枝状分形生长特性,制备不同电流密度、摆动速度、NiSO4浓度和电解液温度时的二维多孔交织的金属镍枝晶簇。结果表明:随着电流密度的增大,枝晶簇开始由分形生长形态向多孔交织形态转变,分形维数也随之增大。随着摆动速度的减小,枝晶簇向致密、均匀的多孔交织形态转变明显,分形维数逐渐增大。NiSO4浓度较小时,枝晶簇的分枝较多,形貌较为致密;NiSO4浓度最大时,气泡的析出量大大减少,枝晶簇的分枝显著减少,难以形成多孔交织的组织;分形维数随NiSO4浓度的变化先增大后减小;电解液温度的升高使枝晶簇的形貌向致密型转变,分形维数逐渐增大。

射流电沉积工艺优化对铜镀层形貌及微观结构的影响

射流电沉积技术具有特殊的定域性和材料特性,可用于磨损机械零件的修复,但因为边缘效应,沉积层的分布均匀性和质量需要改善。考察了沉积形貌、微观结构与射流电沉积电解液流速、喷嘴扫描速度及电流密度等关键参数的关系。结果表明,喷射流速在1~10 m/s范围,随着流速的增加沉积层表面质量及微观结构逐渐致密;扫描速度在1~15 mm/s范围,随着速度的加快沉积层表面质量及微观结构逐渐致密;电流密度在100~600 A/dm^2范围内,随着电流的增大沉积层表面质量及微观结构逐渐改善,晶粒尺寸逐渐增大。

点阳极射流电沉积中的枝晶分形生长

利用建立的点阳极电沉积时枝晶分形生长模型,对圆形电解池点阳极电沉积二维枝晶簇的形貌进行了模拟。以点状金属镍为阳极,环状石墨为阴极,用自行设计的实验设备,采用射流电沉积的方法制备了二维的金属镍枝晶簇以验证模拟结果。结果表明:镍沉积层的形貌特征为具有分形结构的枝晶簇,这与模拟结果具有很好的相似性,表明该模型能够准确地表述圆形电解池点阳极电沉积时枝晶的生长过程,从而对枝晶分形生长的实验研究具有很好的指导意义。

研磨射流电沉积形态试验及制件性能测试

利用自行研制的研磨射流电沉积的试验装置,在射流电沉积中引入研磨工艺,促使硬质粒子对射流电沉积的表面实时地机械研磨,成功制备出表面平整、组织致密均匀的纳米晶镍沉积层。结果表明:这种新颖的研磨射流电沉积技术,可以在大电流密度时使沉积过程中的宏观表面连续平整和光滑;当电流密度引起的表面突起的生长和机械研磨作用相互平衡时,沉积表面较为平整、质量最好;连续的机械研磨,可以显著改变沉积层的微观结构,有效细化晶粒;机械研磨使不同电流密度时的晶粒尺寸均明显减小,显微硬度显著增大;在NaCl溶液中,研磨后的耐腐蚀性也有较大的提高。

电射流法沉积的ZrO_(2)织构化表面及其摩擦磨损特性

精密器械中的微摩擦零件的增摩需求逐渐被重视,电射流沉积法可以低成本制备出增摩表面。利用溶胶凝胶法制作ZrO_(2)溶液,通过电射流沉积技术结合掩膜板在316L不锈钢表面制备具有仿生图案的二氧化锆(ZrO_(2))织构化表面,测试织构化表面的亲水性和不同加载力下的摩擦磨损性能,并与相同试验条件下的光滑基体、薄膜作对比。结果表明:利用电射流沉积技术通过掩膜板制备织构化增摩表面的方法简单可行,织构化表面与基体和薄膜相比亲水性更弱,与光滑基体相比在小加载力下其摩擦因数增加约70%,磨损率下降约50%,有明显的增摩、耐磨效果。电射流法借助掩膜板沉积的ZrO_(2)织构化表面可为微摩擦零件表面的增摩耐磨提供一种新方式。

点阳极射流电沉积中二维枝晶的生长

将分形几何与电化学原理相结合,编程模拟了点阳极射流电沉积中枝晶的分形生长。用自行设计的实验设备研究了点阳极尺寸对点阳极射流电沉积中,金属镍枝晶二维电沉积生长行为特性的影响,并从分形维数的角度对其进行分析。结果表明:点阳极射流电沉积中的枝晶也是分形生长的,随着点阳极尺寸的增大,枝晶簇的形貌向致密型转变,分形维数也随之增加,模拟结果与实验结果具有极好的相似性,从而有力地促进了枝晶电沉积的分形研究。