發(fā)布時間：2018-11-17 08:55

【摘要】：微弧氧化是在電化學陽極氧化基礎上,通過提高陰陽極間的單脈沖能量,實現(xiàn)陽極表面等離子體增強及閥金屬表面陶瓷化的材料加工技術。本文對誘發(fā)微弧等離子體的膜層組織結構和電導特性進行了分析,揭示由于膜層中微裂紋和雜質(zhì)顆粒界面的隨機分布引起微區(qū)阻值分布存在不均衡的漲落,微弧等離子體誘發(fā)是電流在氧化膜微區(qū)中非平衡態(tài)分布的必然結果。在缺陷微區(qū)對電流競爭分配和雜質(zhì)能級逐級反饋的作用下引起缺陷微區(qū)出現(xiàn)絲狀電流的固體電擊穿行為。固體電擊穿后續(xù)引發(fā)熱電子發(fā)射和氣體碰撞電離最終致微弧等離子體形成。缺陷微區(qū)放電后離子晶體的融化引起電流局部均散致單個弧斑具有自生自滅的毫/微秒量級時間分布,微裂紋/雜質(zhì)顆粒界面致單個弧斑具有微納米量級空間分布,熱電子發(fā)射機制致單個弧斑具有局部熱力學平衡高溫等離子體的能量特性。單次放電后氧化膜中的缺陷微區(qū)(微裂紋和雜質(zhì)顆粒界面)向熱穩(wěn)定或亞穩(wěn)定結構的晶體轉變,使原缺陷微區(qū)的阻值隨之增加一增量ΔR。由于電流總是優(yōu)先經(jīng)過電阻最低的路徑(支配原理),每個缺陷微區(qū)放電后的ΔR將對下一次所有微區(qū)電流分布產(chǎn)生反饋,進而引起下一次所有微區(qū)放電時空分布與能量、微孔分布與結構、陶瓷層生長速率發(fā)生改變。支配原理導致微弧氧化即使在恒定的外界條件下系統(tǒng)各參量隨時間并不處于定常狀態(tài)。電極系統(tǒng)可測的宏觀量難以描述每個弧斑的時空分布與能量間的差異,文章從統(tǒng)計力學角度借鑒元胞自動機思想建立描述微弧等離子體分布與能量的離散動力學模型—微弧算法。提出了決定陽極電流向平衡態(tài)或遠離平衡態(tài)分布及分布速率的核心參量—反饋系數(shù)k,并建立k與電流密度、脈寬/脈寬間隔、放電產(chǎn)物電導特性間的單調(diào)性規(guī)律。揭示出微弧氧化陶瓷層生長是電流分布遠離平衡態(tài)的過程(k3.3),微弧等離子體分布與能量、陶瓷層生長方式、表面微孔結構、陶瓷層耐腐蝕和耐摩擦磨損性能本質(zhì)上是電流遠離平衡態(tài)分布速率不同的結果。基于電流密度、脈寬/脈寬間隔對k的調(diào)控,實現(xiàn)了理論預測下電流遠離平衡態(tài)分布速率的調(diào)控及相應陶瓷層微孔結構。微弧算法還揭示出微弧氧化仍然存在電流分布趨向平衡態(tài)這一微弧氧化技術目前尚未發(fā)現(xiàn)的情況(k3.3),利用頻率可達50kHz高頻電源實現(xiàn)了理論預測下的電流趨向平衡態(tài)分布,并建立了微弧氧化平衡態(tài)下所對應的陶瓷層自定義生長與超強高硬材料微細加工兩個新的技術應用。平衡態(tài)微弧氧化技術本質(zhì)上提供了一種微納米尺度高溫高壓等離子體的選區(qū)誘發(fā)方式,使微弧等離子體不但保留獨一無二的時空分布與能量特性,又可比肩傳統(tǒng)等離子體的精確可控并在材料加工領域獲得更多潛在應用。文章最后分析了電流遠離平衡態(tài)和趨向平衡態(tài)分布的行為臨界點(k=3.3),揭示出弧斑群體自組織有序結構的根本原因是電流遠離平衡態(tài)分布。恒定的外界條件下微弧系統(tǒng)最終難以維持穩(wěn)態(tài)并總會隨時間表現(xiàn)出不可逆的方向性。微弧氧化中弧斑群體總會不斷衰敗,陶瓷層孔隙率,微孔尺寸和尺寸間的差異總會增加,電源電量利用率總會越來越低,即使處理時間是無限的,陶瓷層最終厚度也是有限的。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李淑華,程金生,尹玉軍,辛文彤,楊潤澤;微弧氧化過程中電流和電壓變化規(guī)律的探討[J];特種鑄造及有色合金;2001年03期

2 趙樹萍;鈦合金微弧氧化對其性能的影響[J];鈦工業(yè)進展;2001年06期

3 趙樹萍 ,呂雙坤;在工業(yè)中采用鈦合金的微弧氧化[J];鈦工業(yè)進展;2003年01期

4 解念鎖;武立志;;鈦合金表面微弧氧化的影響因素及其應用[J];熱加工工藝;2011年12期

5 趙樹萍;鈦合金微弧氧化對其性能的影響及微弧氧化鍍層的特殊性能[J];國外金屬熱處理;2002年05期

6 趙樹萍;微弧氧化耐腐蝕涂層[J];石油化工腐蝕與防護;2004年01期

7 李建中,邵忠財,田彥文,翟玉春,郝清偉;不同含磷電解液在微弧氧化過程中的作用[J];中國腐蝕與防護學報;2004年04期

8 劉全心,蔡啟舟,王立世,魏伯康;微弧氧化中火花形態(tài)的變化規(guī)律[J];輕合金加工技術;2005年05期

9 賀永勝,趙志龍,劉一洋,劉林;鋁合金微弧氧化熱力學機理及影響因素的分析[J];電鍍與環(huán)保;2005年06期

10 李鶴岐;趙介勇;李春旭;劉紀周;陳克選;;大功率微弧氧化電源的研制——主電路的設計[J];電焊機;2005年11期

相關會議論文 前10條

1 來永春;杜建成;施修齡;華m:;丁曉紀;;等離子體在微弧氧化中的作用[A];'2001全國荷電粒子源、粒子束學術會議論文集[C];2001年

2 憨勇;徐可為;;鈦合金微弧氧化(碳氮化)的生物醫(yī)用改性研究進展[A];第七屆全國表面工程學術會議暨第二屆表面工程青年學術論壇論文集（一）[C];2008年

3 王琳;任力;王迎軍;;微弧氧化純鈦金屬表面的細胞外基質(zhì)化修飾[A];2013廣東材料發(fā)展論壇——戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展與新材料科技創(chuàng)新研討會論文摘要集[C];2013年

4 宋希劍;;微弧氧化及其在高硅鑄鋁和高含銅硬鋁零部件的應用[A];第五屆全國表面工程學術會議論文集[C];2004年

5 嚴川偉;杜克勤;段紅平;劉津義;王福會;;鎂合金的微弧氧化及腐蝕防護[A];2006年全國腐蝕電化學及測試方法學術會議論文集[C];2006年

6 蔣百靈;楊巍;蘇陽;;微弧氧化與磁控濺射的工程應用[A];第九次全國熱處理大會論文集（一）[C];2007年

7 朱e，

本文編號：2337215