微细电铸技术是实现和推动高技术产品优质化、微型化和智能化的主要支撑技术之一。但电沉积缺陷难控问题往往严重弱化微细电铸件的形貌质量和性能品质,甚至直接导致零件报废。鉴于电解液真空沸腾技术在无添加剂时高速(0.81mm/h)电沉积出优质镍镀层的奇特工艺效果,考虑将该工艺进一步应用于制备微细电铸件,以期显著减少电沉积缺陷,提高微细零件的物化及机械性能。前期研究表明,宏观尺度下优良镀层的获得除受脱气除泡、隔氧避尘的真空环境影响外,更与该条件下的气泡动力学行为密切相关。为此,本文在国家自然科学基金(51175152)和河南省高校科技创新人才支持计划(2012HASTIT012)资助下,对微电沉积空间内真空沸腾气泡动力学行为进行研究。具体内容如下:(1)研制出一套集现象观测、数据采集于一体的试验装置。(2)对微孔内的气泡动力学行为进行研究。结果表明:微孔内气泡生长及动力学行为分三个类型,其一是小气泡(直径小于孔径1/2)直接浮升;其二是一定条件下微孔内形成的气柱不断合并下端阴极面生成的小气泡,最终在孔口以大气泡形式脱离;其三是高电流密度下,阴极面瞬间生成大量气泡,在孔口集聚成大气泡并喷发式逸出。气泡脱离直径随真空度、阴极面温度及深径比的增大而增大,随电流密度的增大呈现先增大后减小的变化趋势。气泡脱离频率随电流密度及阴极面温度的增大而增大,但随深径比的增大而减小。微孔内多气泡生成时出现明显的聚并现象,主要表现为小气泡融入大气泡、气柱形成后合并下端小气泡、体积相当的气泡彼此融合三种形式。微孔内的气液两相流型随真空度的升高呈现如下演变规律:平静流(不明显泡状流)→微弱泡状流→泡状流→强烈泡状流,不同电流密度和温度梯度下还会出现环状流及环状弥散流。单孔内气泡逸出过程如下:孔内形成气柱→轴向生长至孔口→体积及直径不断增大→直径达到最大值时脱离。一定条件下,并联多孔逸出的气泡会相互影响,优先脱离的气泡会对临近的气泡产生拖拽作用,致使其发生严重变形进而影响其脱离过程。而低电流密度下,阴极面生成气泡数量较少,并联多孔孔口的气泡可自由脱离,相互之间无明显影响。微孔孔口气泡脱离后,孔内气柱下降的同时上部新鲜液体注入微孔,产生回液现象,微孔孔径、微孔深径比、单位时间内生成气泡量的变化均会影响气泡脱离后的回液过程。(3)对微槽内气泡动力学行为及气液两相流型分析后得出如下结论:微槽内气泡生长脱离呈现三种模式,即小气泡直接浮升,气柱夹杂小气泡至槽口处脱离,气柱式生长脱离。微槽口气泡脱离直径随电流密度、阴极面温度及深宽比的增大而增大。气泡脱离频率随电流密度和阴极面温度的升高而增大,随深径比的增大而减小。微槽内多气泡存在三种聚并形式,即气柱与气柱融合、小气泡与气柱合并及小气泡浮升融入大气泡。微槽内气液两相流型复杂、多变,且具有不确定性,包括泡状流、弹状流、弹状泡状混合流、气膜塞状流、环状流和气液分相流等多种流型。微槽槽口气泡脱离过程如下,气泡脱离→上部液体注入→液体渗流→下部液体上升→气泡再次脱离→气柱回落→上部液体注入→气柱萎缩消失→液体完全回注。