【摘 要】
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铜被广泛应用于电力、电子、能源等工业领域,通过制备超疏水表面可以使其具备自清洁、抗腐蚀等优异性能。在对激光冲击压印技术和超疏水表面制备的国内外现状进行分析研究的基础上,本文提出了一种利用激光冲击压印技术来制备具有多尺度微织构的疏水铜箔表面的方法。主要的工作和研究成果如下:首先,阐述了激光冲击压印的机理、压印过程中材料的尺寸效应以及高应变率变形下的材料动态屈服强度。搭建了激光冲击压印实验平台,利用两
【基金项目】
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江苏大学第十九批大学生科研立项(No.Y19A052); 2020年江苏大学工业中心大学生创新实践基金项目(No.ZXJG2020032); 中国博士后科学基金“强脉冲激光冲击成形润湿性可控金属微零件的基础研究”(No.2019M651724); 国家自然科学基金“脉冲激光间接加载金属薄板动态精微
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铜被广泛应用于电力、电子、能源等工业领域,通过制备超疏水表面可以使其具备自清洁、抗腐蚀等优异性能。在对激光冲击压印技术和超疏水表面制备的国内外现状进行分析研究的基础上,本文提出了一种利用激光冲击压印技术来制备具有多尺度微织构的疏水铜箔表面的方法。主要的工作和研究成果如下:首先,阐述了激光冲击压印的机理、压印过程中材料的尺寸效应以及高应变率变形下的材料动态屈服强度。搭建了激光冲击压印实验平台,利用两步激光标刻法获得了具有多尺度微织构的微模具,发现其表面的凹槽微织构排列整齐、均匀。基于第一次激光标刻后的微模具和第二次激光标刻后的微模具进行了激光冲击压印实验,为后续实验确定了最佳的工艺参数。结果表明本文所采用的新型两步搭接激光冲击路径所获得的工件的成形深度更深,同时表面的周期性凹槽微结构分布更加均匀。其次,探究了不同激光冲击能量和不同凹槽间距对铜箔表面微结构和疏水性的影响。结果表明,随着激光冲击能量和凹槽间距的增大,工件成形深度逐渐增大,工件对凹槽微结构的复制程度不断增加,具有凹槽微结构的工件表面的接触角呈现各向异性,表面最大接触角可达124°。对工件表面的晶粒和纳米硬度进行了表征,发现在激光冲击压印过程中,工件表面晶粒得到了细化,且激光冲击能量越大,晶粒细化越明显。探究了制备的疏水铜箔表面在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性,结果表明,工件表面可以长时间保持疏水性,同时对工件表面的Tafel曲线进行分析发现,相比较于原材,工件表面的腐蚀电位相对较高,腐蚀电流密度相对较小,工件表面的耐腐蚀性明显得到了增强。最后,采用ANSYS/LS-DYNA软件对激光冲击压印成形进行了数值模拟,在实验研究的基础上,建立了激光冲击压印仿真模型,定义了材料模型和接触算法。对工件在激光冲击压印过程中不同阶段的成形状态进行了研究,从工件的成形轮廓、成形深度这两个方面探究了不同激光冲击能量和不同凹槽间距对工件成形规律的影响,并对激光冲击压印过程中的反弹行为进行了分析。将数值模拟结果与实验结果进行对比分析发现,数值模拟结果与实验结果趋于一致,能很好地揭示不同参数下工件的成形规律。
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