發(fā)布時間：2018-03-30 17:01

  本文選題：泡沫金屬　切入點：摩擦學材料　出處：《南京航空航天大學》2016年博士論文

【摘要】：以輕質(zhì)結構材料的功能化應用需求為背景,結合現(xiàn)代交通、通訊、能源、電力的技術特點,充分運用生物千萬年演化所形成的優(yōu)質(zhì)結構和材料組合,以生物結構與材料宏微觀幾何結構與材料拓撲規(guī)律為模板,研究以電沉積為特征的輕質(zhì)開孔泡沫金屬制造技術。建立以多孔泡沫金屬制備為代表的仿生制造體系,優(yōu)化了不同孔密度和孔隙率的泡沫金屬相關制備技術和經(jīng)濟環(huán)保的工藝,實現(xiàn)了可依據(jù)泡沫金屬使用領域的反饋式設計制備體系,為泡沫金屬的功能化應用提供了良好的材料設計和制備基礎。同時,結合泡沫金屬輕質(zhì)多孔、比表面積大、孔隙率高且具有母體金屬的理化特性,開展了泡沫金屬的功能化應用基礎研究,以加快泡沫金屬的功能化產(chǎn)品發(fā)展進程。其功能化應用包括:泡沫金屬增強的減磨耐磨材料設計、泡沫金屬表面潤濕性應用研究、泡沫鉛電池板柵材料的電化學性能研究、泡沫金屬及其與碳系納米材料復合的電磁屏蔽性能研究、泡沫金屬在氣體/流體中的熱學特性研究五個方面。考察了泡沫金屬在每種功能化應用中的最佳結構參數(shù),例如泡沫金屬的孔密度、孔隙率等參數(shù),其中取得的相關結論簡介如下:(1)泡沫金屬增強的減磨耐磨材料設計方面,向泡沫金屬骨架中填充多種潤滑材料制備了一系列泡沫金屬增強的減磨耐磨材料,有效提高了基體聚合物的耐磨性能;(2)泡沫金屬表面潤濕性應用研究方面,通過對泡沫金屬骨架表面潤濕性能的改性,研制了仿水黽的超疏水泡沫金屬浮體材料、油水分離材料,以及作為霧氣收集器時潤濕性與離心輔助收集效率的關系;(3)泡沫鉛電池板柵材料的電化學性能研究方面,在泡沫銅基底上電沉積一層致密的鉛層制備了泡沫鉛用作鉛酸蓄電池的集流體板柵,泡沫鉛具有比傳統(tǒng)鑄造鉛板柵更大的比表面積,可有效提高鉛酸電池活性物質(zhì)利用率和比能量;(4)泡沫金屬及其與碳系納米材料復合的電磁屏蔽性能研究方面,測試了泡沫銅、泡沫鎳、泡沫銅鎳合金以及與碳納米管、石墨烯復合后在X波段的電磁屏蔽屏蔽性能,泡沫金屬三維連通的結構使得電磁波入射到材料表面及內(nèi)部時產(chǎn)生多次反射和散射損耗,直至被吸收,輔以碳系納米層的吸收散熱效應,使得該類復合材料具有較高的電磁屏蔽效能;(5)泡沫金屬在氣體/流體中的熱學特性研究方面,將泡沫銅用作外置的散熱翅片和熱管類吸液芯,建立了一套可視化泡沫金屬表面池沸騰現(xiàn)象研究裝置,考察了泡沫銅表面的氣泡成核機理,為泡沫銅氣固耦合和流固耦合散熱模式的應用提供了設計基礎。
[Abstract]:Based on the functional application requirements of lightweight structural materials and the technical characteristics of modern transportation, communication, energy and power, the high quality structure and material combination formed by the evolution of biology over thousands of years are fully utilized. The fabrication technology of light porous foam metal characterized by electrodeposition was studied based on the template of macrostructure, macrostructure and material topology of biological structure and material. A biomimetic manufacturing system, represented by the preparation of porous foam metal, was established. The relative preparation technology of foam metal with different pore density and porosity and the economical and environmental protection technology are optimized, and the feedback preparation system can be designed according to the application field of foam metal. It provides a good material design and preparation basis for the functional application of foamed metal. At the same time, it combines the light porous metal, large specific surface area, high porosity and physical and chemical properties of parent metal. The basic research on functional application of foam metal was carried out in order to accelerate the development process of functional products of foam metal. The functional applications included: the design of antiwear material reinforced by foam metal, the application of wettability on the surface of foam metal, Electrochemical properties of lead foam battery grid materials, electromagnetic shielding properties of foam metals and their composites with carbon nanocomposites, The thermal properties of foam metal in gas / fluid are studied in five aspects. The optimum structural parameters of foam metal in each functional application, such as pore density and porosity of foam metal, are investigated. The related conclusions are summarized as follows: (1) A series of foam metal reinforced antiwear and wear resistant materials were prepared by filling various lubricating materials into the foam metal skeleton in the design of antiwear and wear resistant materials reinforced by foam metal. The surface wettability of foam metal was improved effectively. By modifying the surface wettability of foam metal skeleton, the superhydrophobic foam metal floatation material, oil-water separation material, was developed. And the relationship between wettability and centrifugal auxiliary collection efficiency as a mist collector. A dense lead layer was electrodeposited on a copper foam substrate to prepare a fluid collecting grid for lead-acid batteries. The lead foam has a larger specific surface area than the conventional cast lead grid. It can effectively improve the utilization ratio of active substances and specific energy of lead acid battery) foam metal and its composite with carbon nanomaterials. The foam copper, foamed nickel, foamed copper-nickel alloy and carbon nanotubes were tested. The electromagnetic shielding performance of graphene composite in X band, the structure of three-dimensional connection of foam metal causes multiple reflection and scattering loss of electromagnetic wave when incident to the surface and inside of material, until it is absorbed. In addition to the absorption and heat dissipation effect of carbon nanolayers, this kind of composite has a high electromagnetic shielding effect. In the study of thermal properties of foam metal in gas / fluid, copper foam is used as heat dissipating fin and heat pipe absorbent core. In this paper, a set of visualization device for the study of pool boiling on the surface of metal foam is established, and the mechanism of bubble nucleation on the surface of copper foam is investigated, which provides the design basis for the application of gas-solid coupling and fluid-solid coupling heat dissipation mode of copper foam.
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG14;TB383.4

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本文編號：1686807