课题基金 / 基金详情

超声波作用下金属熔滴碰撞固体表面的润湿铺展行为及调控机制

批准号:
52061023
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
俞伟元
依托单位:
学科分类:
金属材料制备与加工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
俞伟元

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
金属增材制造、热喷涂和电子封装等工艺都与单体液滴在基板表面的铺展润湿行为有密切关系,在这些工艺中施加超声波,能减小飞溅、提高致密度、减少气孔等缺陷,为获得性能优良的产品提供良好的条件。但由于国内研究基础薄弱,严重制约了超声波在金属增材制造和热喷涂中的应用。以增材制造、热喷涂、电子封装常用的金属液滴和基板作为研究对象,引入超声波作为外加物理场,通过物理场参量的变化,考察由此引起的铺展润湿行为及液滴凝固并与基板界面反应的变化,旨在揭示超声波作用于金属喷射沉积体系润湿铺展和凝固组织的内在调控机理,建立起超声波作用下润湿铺展的热/动力学、凝固组织显微结构与超声波的联系,明晰它们的相互作用,完善并提出以熔滴碰撞基板为基础的外场作用机制,提出金属增材制造和热喷涂过程中控制沉积层质量的理论基础及优化工艺的方法。研究解决复合场增材制造技术中的重大基础问题,为提升我国先进材料制备及加工技术提供科学依据。
英文摘要
These process such as metal additive manufacturing, thermal spraying and electronic packaging are closely related to the wetting behavior of droplets on the substrate surface. By applying ultrasonic to these process can reduce splatter, increase density, reduce porosity and other defects, a good manufacturing environment can be formed, which results in the performance of products can be improved. But due to the basic research is poor in our country, which results in ultrasonic application on process of metal additive manufacturing, thermal spraying and electronic packaging is restricted seriously. In this project some typical metal droplets and substrate systems to be applied to metal additive manufacturing, thermal spraying and electronic packaging were selected. The ultrasonic fields were also added as the extra physic fields. The wetting and spreading behavior, solidification structure and interfacial strducture evolution were studied. The main purposes of this study are to reveal the controlled mechanism of wetting and spreading and solidification structure under sound field, and then to connect the relation of wetting and spreading behavior, solidification structures and parameters of sound field. Base on above, the basic theories of wetting and spreading control for metal droplets and substrate systems would be replenished and a new way for the optimization in the process would also be proposed. This is a key research for basic theoretical questions of manufacturing and processing under physics field , to provide the scientific basis for improving and upgrading the processing techniques of manufacturing and processing of advanced materials.
金属增材制造、热喷涂和电子封装等工艺都与单体液滴在基板表面的铺展润湿行为有密切关系,在这些工艺中施加超声波,能减小飞溅、提高致密度、减少气孔等缺陷,为获得性能优良的产品提供良好的条件。本项目以锡熔滴为研究对象,研究了超声波作用下熔滴撞击不锈钢和铜基板表面的动力学行为。通过实验和数值模拟相结合的方法,研究了超声波作用下熔滴铺展直径与接触角的动态变化规律,分析了基板温度、熔滴撞击速度和基板表面粗糙度等因素对铺展因子、润湿性和飞溅的影响,明晰了各因素之间的相互作用机制,建立了超声波作用下润湿铺展及飞溅的能量模型,提出了调控熔滴润湿、铺展及飞溅的工艺和方法。. 研究表明,液滴在快速铺展阶段主要受初始动能驱动,在缓慢铺展阶段由表面能和黏性耗散共同影响,在这个阶段声振动能量是初始总能量的0.6倍,超声振动在这个阶段起主导作用,超声振动可以打破熔滴表面张力与粘滞力的平衡,降低了阻力耗散,推动熔滴在基材表面的铺展。超声振动还促进了熔滴与基板界面间的反应,显著增加了熔滴与基板间的粘滞力,从而抑制了回缩现象,其效果随着基板温度的升高而进一步加强。此外,超声振动通过改善熔滴的动能、表面能和粘附能的分布,使接触角显著减小,改善了润湿性。研究还发现,未施加超声振动情况下,液滴的飞溅倾向随着基板温度的升高而升高。当基板施加超声振动后,熔滴的飞溅倾向随着基板温度的升高而降低。在相同的基板温度下,超声振动增加了熔滴的飞溅倾向。. 这些研究成果,建立起了超声波作用下润湿铺展的热/动力学、凝固组织显微结构与超声波的联系,明晰它们的相互作用,提出了金属增材制造和热喷涂过程中控制液滴的润湿、铺展及飞溅的理论基础及优化工艺的方法,解决复合场增材制造技术中的重大基础问题。不仅为喷射沉积、增材制造和微电路打印等技术的发展提供了重要的理论指导,也为控制高速液滴撞击行为提供了新的解决方案。
高熵合金接头自蔓延反应辅助钎焊机理及组织调控研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    33万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    俞伟元
  • 依托单位:
超声波作用下液态活性钎料在碳材表面润湿行为及界面反应
  • 批准号:
    51465032
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    48.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    俞伟元
  • 依托单位:
国内基金
海外基金