《超聲驅動金屬熔滴脈動鋪展及液/固界面潤濕調控研究》是依託哈爾濱工業大學，由許志武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超聲驅動金屬熔滴脈動鋪展及液/固界面潤濕調控研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：許志武
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬熔滴/固相基底之間的潤濕行為是許多材料冶金過程重點關注的問題之一。“潤濕方能鋪展”是傳統潤濕理論的基本觀點。基於前期的研究，申請人發現外加超聲能量可以使金屬熔滴在不潤濕基體的條件下發生鋪展，進而提出“超聲激勵可改變金屬熔滴固-液-氣三相界面的力學平衡狀態，驅動其在固體母材表面先鋪展後潤濕”的構想，通過深入研究固體母材表面振動場的三維動態特性，受激熔滴動態鋪展行為及其機制，金屬液薄層中的聲空化效應及其對液/固界面相互作用過程的影響，旨在揭示超聲激勵下金屬熔滴“非潤濕鋪展”的物理本質及其規律，以實現對鋪展-液/固界面潤濕行為的最終調控。本項目可豐富現有的潤濕經典理論，同時為難潤濕材料（如陶瓷、玻璃、金屬基複合材料等）的表面金屬化、塗層技術提供新的解決方案（可先鋪展，後潤濕），也可為超音波釺焊過程、熔滴沉積3D製造等技術的最佳化提供借鑑。
結題摘要
實現對固體母材表面金屬熔滴鋪展及潤濕行為的有效控制，對焊接、表面金屬化等材料冶金過程具有重要的意義。本項目結合有限元計算和高速攝影技術，首先系統揭示了固體母材表面的三維振動場，發現超聲在母材表面傳播的非均勻性，尤其存在振幅接近於0的“盲區”，提出了通過改變超聲頻率、施振位置、母材幾何形狀等最佳化母材表面振動的方法。其次，直觀、實時表征了聲場作用下釺料液滴在固體母材表面的動態鋪展行為，發現其具有速度超快、霧化伴隨、前沿非潤濕以及周期性鋪展/回縮交替進行的非連續特徵，與靜態條件下釺料液滴鋪展過程的差異極大。計算結果表明，超聲附加壓力梯度為具有一定不對稱性的類正弦變化函式，是釺料液滴實現鋪展的內在驅動力，進而闡明了釺料液滴聲致鋪展的物理本質，並建立鋪展的動力學模型。最後，揭示了釺料液滴鋪展後固/液界面空化泡的初生、分布及其演化規律，空蝕行為對氧化膜去除過程的影響，掌握了金屬液滴鋪展-潤濕的調控規律。本項目的研究成果豐富了金屬熔滴潤濕/鋪展的理論，糾正了人們對聲致鋪展認識的誤區，對超聲釺焊等工程具有重要的指導意義，很好地完成了預定的研究任務。
