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，熱傳導(dǎo)，快速凝固等物理現(xiàn)象，對更好的控制和優(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)一個熔融的金屬液滴沉積于一個粗糙的基體表面（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－基體之間會形成一個液－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。對表面粗糙度對液滴表觀接觸角的影響進(jìn)行了深入研究，提出了一個基于Cassie-Baxter理論的模型來闡述粗糙表面上真實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（衡量基體潤濕性的一個參數(shù)，基體潤濕性主要與其表面自由能和表面幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)）對鋪展系數(shù)的影響。對熔融液滴的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主要因素。對室溫下接觸熱阻對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。并且引入了一個計算熔融液滴與粉末基體粗糙表面真實接觸面積的數(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。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徑向分布，從液滴中心至其邊緣，孔隙分布呈增大趨勢。 編寫了一個二維程序?qū)θ廴谝旱巫矒舸植诒砻鏁r發(fā)生的流體流動