超声场脉冲电铸制备铜-碳纤维粉复合材料及其性能研究

摘要

碳纤维粉是将碳纤维长丝经特殊表面处理、研磨后制得的高强度、耐摩擦、耐腐蚀材料，其形状细小，表面纯净，比表面积大，是性能优良的复合材料填料。本文在超声波与脉冲电流的条件下，采用复合电铸技术制备了铜-碳纤维粉复合材料，对其制备工艺与性能进行了探索与研究。
　　进行了碳纤维粉表面改性研究。采用球磨工艺对碳纤维粉进行表面粗化，避免了强碱粗化对碳纤维粉结构的破坏和强度的弱化；以碳纤维粉接触角作为试验指标，研究了三种降低碳纤维粉表面张力的表面活性剂，选用125 mg/L的十二烷基硫酸钠作为试验添加剂。
　　碳纤维粉在电铸液内运动情况受电铸液流场的影响较大，采用 FLUENT对电铸液进行了流场仿真分析，并结合实验验证得出，当采用矩形电铸槽、电极相对电铸槽长边方向成75°夹角放置、搅拌速度为60 rad/s时，碳纤维粉在复合电铸层内的含量相对高，分布相对均匀。
　　在电铸制备铜-碳纤维粉复合材料的试验中，重点研究分析了电铸液内碳纤维粉添加量（CA）、脉冲通电时间（Ton）、脉冲脉冲关断时间（Toff）、脉冲峰值电流密度（Ip）和超声功率（P）对复合电铸层的碳纤维粉含量（CLP）、微观形貌、显微硬度、耐磨性和导电性的影响，研究结果表明，工艺参数主要通过改变复合电铸层内碳纤维粉含量（CLP）进而影响复合电铸层各性能的；复合电铸层中的碳纤维粉能够细化复合电铸层组织，含量越高，材料平整度越低，孔隙率越大，组织致密性越低；CLP越高，复合电铸层的显微硬度越低；复合电铸层耐磨性能得到提升；复合电铸层保持较高的导电性能。
　　采用正交实验优化试验参数。当Ton、Toff与Ip分别为200μs、400μs与30 A/dm2，P为90 W，CA为15 g/L时，得到耐磨和导电性优良的复合电铸层，优化试验参数下的复合电铸层的摩擦系数为0.228，磨损量为0.0094 mm3，电阻率为0.0224 mΩ/mm，显微硬度为133.5 HV。

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变量注释表

1绪论

1.1复合电铸技术

1.2 碳纤维及其电沉积

1.3 课题研究意义与内容

1.4课题创新点

2 复合电铸试验与试样检测方法

2.1 复合电铸试验装置

2.2 电铸试验材料及电铸液配方

2.3 复合电铸试验工艺流程

2.4 复合电铸层检测内容与方法

2.5 本章小结

3 电铸液流场分析

3.1 电铸液流场分析方法

3.2 选取电铸槽形状

3.3 优化搅拌器速度

3.4 优化电极的位置夹角

3.5 本章小结

4 复合电铸试验结果与讨论

4.1 试验工艺参数对CLP的影响

4.2 试验工艺参数对复合电铸层微观形貌的影响

4.3 试验工艺参数对复合电铸层显微硬度的影响

4.4 试验工艺参数对复合电铸层摩擦磨损性能的影响

4.5 试验工艺参数对复合电铸层导电性能的影响

4.6 本章小结

5复合电铸层工艺参数优化

5.1正交试验设计

5.2 正交试验优化试验工艺参数

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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