微電沉積空間內(nèi)真空沸騰氣泡動力學(xué)行為特性研究.pdf

1、微細(xì)電鑄技術(shù)是實現(xiàn)和推動高技術(shù)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化、微型化和智能化的主要支撐技術(shù)之一。但電沉積缺陷難控問題往往嚴(yán)重弱化微細(xì)電鑄件的形貌質(zhì)量和性能品質(zhì)，甚至直接導(dǎo)致零件報廢。鑒于電解液真空沸騰技術(shù)在無添加劑時高速（0.81mm/h）電沉積出優(yōu)質(zhì)鎳鍍層的奇特工藝效果，考慮將該工藝進(jìn)一步應(yīng)用于制備微細(xì)電鑄件，以期顯著減少電沉積缺陷，提高微細(xì)零件的物化及機(jī)械性能。前期研究表明，宏觀尺度下優(yōu)良鍍層的獲得除受脫氣除泡、隔氧避塵的真空環(huán)境影響外，更與該條件下的

2、氣泡動力學(xué)行為密切相關(guān)。為此，本文在國家自然科學(xué)基金（51175152）和河南省高?？萍紕?chuàng)新人才支持計劃（2012HASTIT012）資助下，對微電沉積空間內(nèi)真空沸騰氣泡動力學(xué)行為進(jìn)行研究。具體內(nèi)容如下：
　　(1)研制出一套集現(xiàn)象觀測、數(shù)據(jù)采集于一體的試驗裝置。
　　(2)對微孔內(nèi)的氣泡動力學(xué)行為進(jìn)行研究。結(jié)果表明：微孔內(nèi)氣泡生長及動力學(xué)行為分三個類型，其一是小氣泡(直徑小于孔徑1/2)直接浮升；其二是一定條件下微孔內(nèi)形成

3、的氣柱不斷合并下端陰極面生成的小氣泡，最終在孔口以大氣泡形式脫離；其三是高電流密度下，陰極面瞬間生成大量氣泡，在孔口集聚成大氣泡并噴發(fā)式逸出。氣泡脫離直徑隨真空度、陰極面溫度及深徑比的增大而增大，隨電流密度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。氣泡脫離頻率隨電流密度及陰極面溫度的增大而增大，但隨深徑比的增大而減小。
　　微孔內(nèi)多氣泡生成時出現(xiàn)明顯的聚并現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為小氣泡融入大氣泡、氣柱形成后合并下端小氣泡、體積相當(dāng)?shù)臍馀荼舜巳诤先?/p>

4、種形式。微孔內(nèi)的氣液兩相流型隨真空度的升高呈現(xiàn)如下演變規(guī)律：平靜流(不明顯泡狀流)→微弱泡狀流→泡狀流→強(qiáng)烈泡狀流，不同電流密度和溫度梯度下還會出現(xiàn)環(huán)狀流及環(huán)狀彌散流。單孔內(nèi)氣泡逸出過程如下：孔內(nèi)形成氣柱→軸向生長至孔口→體積及直徑不斷增大→直徑達(dá)到最大值時脫離。一定條件下，并聯(lián)多孔逸出的氣泡會相互影響，優(yōu)先脫離的氣泡會對臨近的氣泡產(chǎn)生拖拽作用，致使其發(fā)生嚴(yán)重變形進(jìn)而影響其脫離過程。而低電流密度下，陰極面生成氣泡數(shù)量較少，并聯(lián)多孔孔口的

5、氣泡可自由脫離，相互之間無明顯影響。微孔孔口氣泡脫離后，孔內(nèi)氣柱下降的同時上部新鮮液體注入微孔，產(chǎn)生回液現(xiàn)象，微孔孔徑、微孔深徑比、單位時間內(nèi)生成氣泡量的變化均會影響氣泡脫離后的回液過程。
　　(3)對微槽內(nèi)氣泡動力學(xué)行為及氣液兩相流型分析后得出如下結(jié)論：微槽內(nèi)氣泡生長脫離呈現(xiàn)三種模式，即小氣泡直接浮升，氣柱夾雜小氣泡至槽口處脫離，氣柱式生長脫離。微槽口氣泡脫離直徑隨電流密度、陰極面溫度及深寬比的增大而增大。氣泡脫離頻率隨電流密度