【摘要】：微弧氧化是在電化學(xué)陽極氧化基礎(chǔ)上,通過提高陰陽極間的單脈沖能量,實(shí)現(xiàn)陽極表面等離子體增強(qiáng)及閥金屬表面陶瓷化的材料加工技術(shù)。本文對(duì)誘發(fā)微弧等離子體的膜層組織結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)特性進(jìn)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(jī)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(jié)果。在缺陷微區(qū)對(duì)電流競(jìng)爭(zhēng)分配和雜質(zhì)能級(jí)逐級(jí)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(gè)弧斑具有自生自滅的毫/微秒量級(jí)時(shí)間分布,微裂紋/雜質(zhì)顆粒界面致單個(gè)弧斑具有微納米量級(jí)空間分布,熱電子發(fā)射機(jī)制致單個(gè)弧斑具有局部熱力學(xué)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(jié)構(gòu)的晶體轉(zhuǎn)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(gè)缺陷微區(qū)放電后的ΔR將對(duì)下一次所有微區(qū)電流分布產(chǎn)生反饋,進(jìn)而引起下一次所有微區(qū)放電時(shí)空分布與能量、微孔分布與結(jié)構(gòu)、陶瓷層生長速率發(fā)生改變。支配原理導(dǎo)致微弧氧化即使在恒定的外界條件下系統(tǒng)各參量隨時(shí)間并不處于定常狀態(tài)。電極系統(tǒng)可測(cè)的宏觀量難以描述每個(gè)弧斑的時(shí)空分布與能量間的差異,文章從統(tǒng)計(jì)力學(xué)角度借鑒元胞自動(dòng)機(jī)思想建立描述微弧等離子體分布與能量的離散動(dòng)力學(xué)模型—微弧算法。提出了決定陽極電流向平衡態(tài)或遠(yuǎn)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(dǎo)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(yuǎn)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(jié)構(gòu)、陶瓷層耐腐蝕和耐摩擦磨損性能本質(zhì)上是電流遠(yuǎn)離平衡態(tài)分布速率不同的結(jié)果�；陔娏髅芏�、脈寬/脈寬間隔對(duì)k的調(diào)控,實(shí)現(xiàn)了理論預(yù)測(cè)下電流遠(yuǎn)離平衡態(tài)分布速率的調(diào)控及相應(yīng)陶瓷層微孔結(jié)構(gòu)。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(shù)目前尚未發(fā)現(xiàn)的情況(k3.3),利用頻率可達(dá)50kHz高頻電源實(shí)現(xiàn)了理論預(yù)測(cè)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(duì)應(yīng)的陶瓷層自定義生長與超強(qiáng)高硬材料微細(xì)加工兩個(gè)新的技術(shù)應(yīng)用。平衡態(tài)微弧氧化技術(shù)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(dú)一無二的時(shí)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(lǐng)域獲得更多潛在應(yīng)用。文章最后分析了電流遠(yuǎn)離平衡態(tài)和趨向平衡態(tài)分布的行為臨界點(diǎn)(k=3.3),揭示出弧斑群體自組織有序結(jié)構(gòu)的根本原因是電流遠(yuǎn)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(huì)隨時(shí)間表現(xiàn)出不可逆的方向性。微弧氧化中弧斑群體總會(huì)不斷衰敗,陶瓷層孔隙率,微孔尺寸和尺寸間的差異總會(huì)增加,電源電量利用率總會(huì)越來越低,即使處理時(shí)間是無限的,陶瓷層最終厚度也是有限的。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4

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7 朱e，

本文編號(hào)：2337215