微電沉積空間內真空沸騰氣泡動力學行為特性研究.pdf

1、微細電鑄技術是實現和推動高技術產品優(yōu)質化、微型化和智能化的主要支撐技術之一。但電沉積缺陷難控問題往往嚴重弱化微細電鑄件的形貌質量和性能品質，甚至直接導致零件報廢。鑒于電解液真空沸騰技術在無添加劑時高速（0.81mm/h）電沉積出優(yōu)質鎳鍍層的奇特工藝效果，考慮將該工藝進一步應用于制備微細電鑄件，以期顯著減少電沉積缺陷，提高微細零件的物化及機械性能。前期研究表明，宏觀尺度下優(yōu)良鍍層的獲得除受脫氣除泡、隔氧避塵的真空環(huán)境影響外，更與該條件下的

2、氣泡動力學行為密切相關。為此，本文在國家自然科學基金（51175152）和河南省高?？萍紕?chuàng)新人才支持計劃（2012HASTIT012）資助下，對微電沉積空間內真空沸騰氣泡動力學行為進行研究。具體內容如下：
　　(1)研制出一套集現象觀測、數據采集于一體的試驗裝置。
　　(2)對微孔內的氣泡動力學行為進行研究。結果表明：微孔內氣泡生長及動力學行為分三個類型，其一是小氣泡(直徑小于孔徑1/2)直接浮升；其二是一定條件下微孔內形成

3、的氣柱不斷合并下端陰極面生成的小氣泡，最終在孔口以大氣泡形式脫離；其三是高電流密度下，陰極面瞬間生成大量氣泡，在孔口集聚成大氣泡并噴發(fā)式逸出。氣泡脫離直徑隨真空度、陰極面溫度及深徑比的增大而增大，隨電流密度的增大呈現先增大后減小的變化趨勢。氣泡脫離頻率隨電流密度及陰極面溫度的增大而增大，但隨深徑比的增大而減小。
　　微孔內多氣泡生成時出現明顯的聚并現象，主要表現為小氣泡融入大氣泡、氣柱形成后合并下端小氣泡、體積相當的氣泡彼此融合三

4、種形式。微孔內的氣液兩相流型隨真空度的升高呈現如下演變規(guī)律：平靜流(不明顯泡狀流)→微弱泡狀流→泡狀流→強烈泡狀流，不同電流密度和溫度梯度下還會出現環(huán)狀流及環(huán)狀彌散流。單孔內氣泡逸出過程如下：孔內形成氣柱→軸向生長至孔口→體積及直徑不斷增大→直徑達到最大值時脫離。一定條件下，并聯多孔逸出的氣泡會相互影響，優(yōu)先脫離的氣泡會對臨近的氣泡產生拖拽作用，致使其發(fā)生嚴重變形進而影響其脫離過程。而低電流密度下，陰極面生成氣泡數量較少，并聯多孔孔口的

5、氣泡可自由脫離，相互之間無明顯影響。微孔孔口氣泡脫離后，孔內氣柱下降的同時上部新鮮液體注入微孔，產生回液現象，微孔孔徑、微孔深徑比、單位時間內生成氣泡量的變化均會影響氣泡脫離后的回液過程。
　　(3)對微槽內氣泡動力學行為及氣液兩相流型分析后得出如下結論：微槽內氣泡生長脫離呈現三種模式，即小氣泡直接浮升，氣柱夾雜小氣泡至槽口處脫離，氣柱式生長脫離。微槽口氣泡脫離直徑隨電流密度、陰極面溫度及深寬比的增大而增大。氣泡脫離頻率隨電流密度