中国激光, 2019, 46 (7): 0702005, 网络出版: 2019-07-11   

熔质流动特性对毛化凸点成形的影响 下载: 991次

Influence of Melt Flow Characteristics on Textured Bump Forming
作者单位
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
图 & 表

图 1. 物理模型

Fig. 1. Physical model

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图 2. 计算网格

Fig. 2. Computational grid

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图 3. 不同时刻靶材表面的热力学温度分布

Fig. 3. Temperature distribution of target surface at different time

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图 4. 液态45钢表面张力和表面张力温度系数随温度的变化

Fig. 4. Variations of surface tension and surface tension temperature coefficient of liquid 45 steel with temperature

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图 5. 熔池的流动行为

Fig. 5. Flow behaviors of molten pool

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图 6. 加热过程熔池表面形貌的演变

Fig. 6. Evolution of surface morphology of molten pool during heating process

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图 7. 不同时刻黏度的空间分布

Fig. 7. Spatial distribution of viscosity at different time

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图 8. 冷却过程中表面形貌的变化

Fig. 8. Morphology change in cooling process

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图 9. 实验形貌与仿真形貌的对比

Fig. 9. Comparison between experimental morphology and simulation morphology

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表 145钢的材料属性[3,24]

Table1. Material properties of 45 steel[3,24]

ParameterValue
Liquid phase density ρl /(kg·m-3)7850
Solid phase density ρs /(kg·m-3)7850
Melting temperature Tm /K1788.5
Vaporizing temperature Tv /K2633.5
Latent heat of fusion Lm /(J·kg-1)2.717×105
Surface tension of pure metal γm /(N·m-1)1.943
Constant in surface tensiongradient Aγ /(N·m-1·K-1)4×10-4
Dynamic viscosity of liquid phase μl /(Pa·s)5.1×10-3
Mushy zone constant Amush106
Surface excess at saturation Γs /(mol·m-2)1.3×10-5
Entropy factor k13.18×10-3
Activity of sulfur ai0.0072
Standard heat of absorption ΔH0 /(J·mol-1)-1.88×105
Coefficient of heat transferh /(W·m-2·K-1)10
Radiation emissivity ε0.7
Ambient temperature Ta /K293.15

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表 2不同热力学温度T下45钢的比热容Cp和热导率k[25]

Table2. Specific heat capacity Cp and thermal conductivity k of steel 45 at different temperatures[25]

T /℃201003005007007558009001000
Cp /(J·kg-1·℃)4724805246158541064806637602
k /(W·m-1·℃)474338342825262524

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表 3边界条件

Table3. Boundary conditions

PhysicsPhysical meaningNumberBoundary condition
Heat transferLaser irradiation3Inward heat flux
Natural convection2,3,4Convection heat flux
Normal stress3Normal boundary stress
Tangential stress3Marangoni effect
Fluid flowWall2,4No slip
Axis1Axisymmetry
Moving meshFixed boundary1,2,4Prescribed mesh displacement
Free deformation3Prescribed mesh speed

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表 4激光参数

Table4. Laser parameters

ParameterValue
Monopulse energy Ep /mJ250
Pulse width Pw /ms0.8
Beam size r /μm200
Absorption coefficient η0.39
Temperature transition interval ofmelting ΔT /K10

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表 5实验测量得到的宽度和高度

Table5. Width and height measured in experiment

NumberHeight /μmWidth /μmNumberHeight /μmWidth /μm
13.39145.6113.71136.1
24.39143.7124.45147.9
35.56152.2132.89130.9
44.40129.5143.88146.5
52.03126.7154.35142.7
64.61163.9164.37144.1
74.24129.9174.79135.2
85.25150.3185.54146.9
95.49129.0196.38147.0
104.05126.2203.54126.7

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表 6实验测量结果与模拟结果对比

Table6. Comparison between experimental measurement and numerical simulation results

ResultExperimental /μmSimulation /μmDifference /%
Height4.374.135.492
Width144.1172.616.512

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符永宏, 黄婷, 叶云霞, 华希俊, 李海波, 钟行涛. 熔质流动特性对毛化凸点成形的影响[J]. 中国激光, 2019, 46(7): 0702005. Yonghong Fu, Ting Huang, Yunxia Ye, Xijun Hua, Haibo Li, Xingtao Zhong. Influence of Melt Flow Characteristics on Textured Bump Forming[J]. Chinese Journal of Lasers, 2019, 46(7): 0702005.

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