多組分材料以其良好的物理、化學(xué)及機(jī)械性能在工業(yè)的重要零部件生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,如航空發(fā)動機(jī)葉輪、高溫合金和3D打印的鈦合金零件等,在生產(chǎn)制造中,需要這些多組分材料的表面光整度極高（Ra/Sa<0.01μm）,故多組分材料的表面光整成為近年來學(xué)者研究的重點(diǎn)問題。微弧等離子體放電拋光通過在工件和電解液之間形成液—固通道,通道內(nèi)等離子體放電實(shí)現(xiàn)對多組分材料的拋光。由于電解液為濃度較低的中性或弱酸弱堿性鹽溶液,并可通過補(bǔ)充電解質(zhì)而循環(huán)使用,是一種“綠色”高質(zhì)高效的拋光工件的特種加工方法。這種加工方法不僅能夠解決機(jī)械拋光效率低和無法拋光表面形狀復(fù)雜的工件的問題,也可以解決電解拋光難以避免的污染問題,同時(shí)微弧等離子體放電拋光比常見的電解拋光效率和質(zhì)量更高,應(yīng)用前景廣闊。本文首先從不同角度分析微弧等離子體放電拋光的作用機(jī)制,從宏觀角度解釋等離子體放電通道的建立、擊穿和工件去除過程;從微觀的流光放電原理闡述內(nèi)部的等離子體的運(yùn)動過程及反應(yīng)狀態(tài);從微弧等離子體放電角度分析材料去除與微平坦化機(jī)理。根據(jù)影響微弧等離子體放電的影響因素,包括溶液濃度、電源參數(shù)和加工時(shí)間等設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),搭建試驗(yàn)平臺。以304不銹鋼為... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

多組

身電解和受熱會產(chǎn)生氨氣、氧氣和水蒸氣等，氣化的電解液和少量其他氣體包裹在工件四周，形成隔離工件和電解液的氣膜。由于氣膜的存在，工件和電解液之間的電阻迅速增大，會在兩極間形成局部的高電壓，在電壓的作用下，當(dāng)氣膜達(dá)到一定厚度被擊穿，擊穿的過程分為三個階段：兩極充電階段（電容模型階段）、氣膜擊穿階段（電感模型階段）、擊穿后穩(wěn)定放電階段（電阻模型階段），而真正對工件表面作用的是后面兩個階段，這三個階段兩極間的電流電壓都會發(fā)生有規(guī)律的變化，這三個階段的建模、仿真及實(shí)驗(yàn)會在后文中具體解釋。圖2-2放電微觀通道圖Fig.2-2Microscopicviewofthedischargechannel氣膜擊穿后會在兩極之間形成放電通道，放電通道內(nèi)電離產(chǎn)生大量等離子體，這些等離子體正是由氣體擊穿形成的一種新的物質(zhì)形態(tài)。如圖2-2所示，每一個放電過程產(chǎn)生的能量相同，但是由于放電距離的影響，位置m的放電能量大于位置n的能量，所以放電所造成的工件去除Sm>Sn，又因?yàn)橥蛊瘘c(diǎn)m的截面積小于n，所以去除高度hm>hn。因此可得：等離子體放電拋光對凸起點(diǎn)的去除速度最快，然后是次高點(diǎn)，依次類推。與此同時(shí)工件表面也進(jìn)行著金屬的氧化反應(yīng)，形成疏松的氧化膜（相較于多組分材料本體比較疏松），多組分材料各組成成分氧化膜的生成速度小于微弧放電拋光的速度是保證拋光實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)條件。同時(shí)疏松的氧化膜易去除的性能也為拋光過程提供條件，電化學(xué)與放電加工相結(jié)合來達(dá)到多組分材料拋光的目的[24]。2.1.2微弧等離子體放電拋光微觀機(jī)理—流光放電在拋光的初始階段，脈沖電源供電，隨著工件和電解液的通電，電解液首先被電解，在工件附近發(fā)生電解反應(yīng)，具體反應(yīng)為水蒸氣、電子以及離子的生成過程：

2多組分材料微弧等離子體放電拋光機(jī)理研究及實(shí)驗(yàn)平臺搭建11--224OH→2HO+O+4e（2-1）負(fù)離子→原子(分子)+ne-（2-2）圖2-3基于流光理論的微弧放電拋光過程示意圖Fig.2-3Schematicdiagramofmicro-arcdischargepolishingprocessbasedonstreamertheory高溫下電解液產(chǎn)生的氣體和水蒸氣以及水電離產(chǎn)生的氣體集聚在工件附近形成類似放電間隙的氣膜，同時(shí)在電解液的表面也會聚集大量的電子和離子，如圖2-3所示為微弧等離子體放電拋光的微觀基本原理圖，也稱作流光放電原理。根據(jù)流光放電理論。在圖2-3（a）中，體積較小的電子比相對較大的離子運(yùn)動向工件（陽極）的速度快得多，這主要是因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量較輕。因此電子的雪崩電子團(tuán)形成電子雪崩頭，而離子留在后面。幾乎像雪崩尾巴一樣靜止不動。電子和離子的運(yùn)動造成這個區(qū)域的電荷分布不均勻，引起電場的畸變。如圖2-3（b）所示，二次電子是由光電離的游離態(tài)離子形成的。這些電子通過光電離加速并形成二次雪崩如圖2-3（c）。由于電場的扭曲，分支雪崩被初級雪崩形成的雪崩團(tuán)所吸引，兩者相結(jié)合如圖2-3（d）所示。由于兩次雪崩的結(jié)合，形成一個最初的弱放電通道（流光通道）。通道中具有高載流子密度的特點(diǎn)，這就導(dǎo)致粒子運(yùn)動的頻繁和粒子碰撞的增加，弱放電通道逐漸擴(kuò)展升溫，最終該流光產(chǎn)生等離子體放電通道如圖2-3（e）。電流通過等離子體放電產(chǎn)生磁場，磁場會反過來又把通道擠壓成一根細(xì)線，這個過程稱為縮放效應(yīng)[41]。在縮放效應(yīng)的影響下，等離子體通道的密度增大，溫度升高。已知?dú)怏w受熱易膨脹，但是由于氣體被壓縮造成的結(jié)果就是爆炸，如圖2-3（f）所示。氣體爆炸后，等離子體通道坍塌，工件表面高點(diǎn)被去除，最終實(shí)現(xiàn)工件表面的平整化。2.1.3微弧等離子體放電材料去除與微平坦化機(jī)理微弧?


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