【摘要】：潤(rùn)濕性是材料表面的一個(gè)重要性質(zhì),有關(guān)材料表面的物理化學(xué)過程如吸附、潤(rùn)滑、摩擦等均與表面的潤(rùn)濕性密切相關(guān)。電火花加工技術(shù)以其高能密度、高精度、無宏觀切削力等特點(diǎn),在高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、復(fù)雜形貌的材料及零件加工中占據(jù)重要的地位。不同于傳統(tǒng)機(jī)械加工表面的周期性微觀結(jié)構(gòu),電火花加工表面由放電凹坑形成,隨機(jī)且無序;因此表面的潤(rùn)濕情況復(fù)雜,目前僅有少量的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道,尚未有相關(guān)的理論研究。鑒于此,本文以鈹銅合金(C17200)作為研究對(duì)象,通過一系列表征手段,詳細(xì)研究了鈹銅合金電火花加工表面的形貌特點(diǎn),據(jù)此建立了電火花加工表面潤(rùn)濕性理論模型,建立了表面潤(rùn)濕性評(píng)定系統(tǒng)并預(yù)測(cè)潤(rùn)濕特性,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論模型和評(píng)定系統(tǒng)的正確性及有效性。首先對(duì)不同的電火花加工工藝所制備的表面進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)各表面形貌具有統(tǒng)一性。然后針對(duì)電火花銑削加工表面,利用AFM等測(cè)量?jī)x器,對(duì)形貌特征進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)表面凸起與特定曲線具有一定的相似性。之后使用數(shù)學(xué)分析方法,構(gòu)建了表面形貌的理論模型,并根據(jù)模型要求,定義了三個(gè)特征參數(shù)。進(jìn)一步的對(duì)實(shí)際表面形貌的參數(shù)提取方法進(jìn)行研究,最終建立了電火花加工表面形貌的理論模型。從潤(rùn)濕性的定義及理論模型出發(fā),建立了超疏水表面表觀接觸角與動(dòng)態(tài)接觸角之間的定量關(guān)系。然后針對(duì)電火花加工表面形貌特性,分析了多尺度結(jié)構(gòu)、不同微觀形貌、多種潤(rùn)濕狀態(tài)混合對(duì)潤(rùn)濕性的影響。并通過三維模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)建立起了潤(rùn)濕性與表面形貌之間的定量關(guān)系。針對(duì)電火花銑削平面和電火花陣列結(jié)構(gòu),建立了一級(jí)和二級(jí)潤(rùn)濕性模型。利用電火花銑削機(jī)床進(jìn)行了鈹銅材料潤(rùn)濕性表面的基礎(chǔ)工藝試驗(yàn),分析了RC電源的電容及電阻對(duì)加工表面潤(rùn)濕性的影響。根據(jù)工藝規(guī)律,制備了具有不同潤(rùn)濕性的鈹銅表面。并按照潤(rùn)濕性模型要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到加工表面的潤(rùn)濕性理論值。對(duì)比實(shí)際測(cè)定值,對(duì)一級(jí)潤(rùn)濕性模型進(jìn)行了驗(yàn)證。并選定半正弦模型作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)模型,以及劃定了粗糙度Sq=0.91μm作為親疏水的分界值。從二級(jí)潤(rùn)濕理論出發(fā),設(shè)計(jì)了一種具有超疏水特性的陣列結(jié)構(gòu)。利用電火花線切割機(jī)床進(jìn)行制備,并分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)潤(rùn)濕性的影響。利用制備的鈹銅超疏水表面,進(jìn)行了二級(jí)潤(rùn)濕性模型的驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)該模型的表觀接觸角具有較好的符合性,并修正了動(dòng)態(tài)接觸角。針對(duì)凍雨應(yīng)用環(huán)境,發(fā)現(xiàn)制備表面具有較好的防結(jié)冰性能。
【圖文】：

-2-c）浸入渾濁水之前 d）浸入渾濁水之中 e）浸入渾濁水之后圖 1-2 超疏水不銹鋼網(wǎng)顯示出優(yōu)異的自清潔和防污性能[5]了得到具有特殊潤(rùn)濕性表面的金屬材料，科研人員進(jìn)行了一系列研究立了固體表面潤(rùn)濕理論模型，另一方面，，采用已有加工手段，在金屬殊潤(rùn)濕性表面[6]。通過理論模型與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究人員確定：材料表要與材料的表面能和材料表面的微納米結(jié)構(gòu)有關(guān)[7]。因此，為實(shí)現(xiàn)具表面的金屬材料的制備，當(dāng)前主要有兩種思路：（1）通過物理化學(xué)等料的表面能；（2）在已有材料表面上，通過加工處理，制備出合適的,9]。并且，通過前期的研究及試驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)：從影響表面潤(rùn)濕性大

a）水黽腿表面的微米剛毛 b）剛毛表面的納米溝槽圖 1-5 水黽腿的 SEM 圖像[14]004 年，江雷課題組[15]提出了表面潤(rùn)濕性與表面微觀形貌的關(guān)系，表產(chǎn)生高的接觸角，納米結(jié)構(gòu)與微米結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生的多級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生低的并進(jìn)行了驗(yàn)證。后續(xù)電火花潤(rùn)濕性表面也將從以上兩種尺度結(jié)構(gòu)展開 電火花加工表面微觀形貌的研究現(xiàn)狀及分析研究電火花加工表面的潤(rùn)濕性，首先需要研究加工表面的微觀形貌。面分布著無數(shù)個(gè)凸起和凹坑，隨機(jī)且無序。研究人員通過各種測(cè)量手圖了解這些微觀形貌的具體的尺寸及形狀。本的 M.Kunieda[16]首先對(duì)加工表面凹坑展開研究，基于單脈沖放電實(shí)凹坑的周圍分布著無數(shù)小凹坑，并且這些小凹坑存在大量的重疊。而 Y.S.Wong[17]改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過調(diào)整脈沖能量，觀察凹坑的變化沖能量由小到大，凹坑形狀由近似圓形向橢圓變化，且凹坑表面由光。德國的 R.Hermsa 和 H.P.Schulze[18,19]對(duì)比了多脈沖放電和單脈沖放
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG661;TG146.24

【參考文獻(xiàn)】

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