液相脈沖放電制備金屬陶瓷涂層的計(jì)算機(jī)仿真及粒子模擬.pdf

1、液相脈沖放電沉積陶瓷涂層是利用電火花放電機(jī)理進(jìn)行表面強(qiáng)化的一種表面處理技術(shù)，其所沉積涂層具有超高的硬度，較好的耐磨性、抗氧化性、熱穩(wěn)定性等優(yōu)良的綜合性能。由于其脈沖放電工藝自身的約束，很難通過常規(guī)的測量手段對液相脈沖放電的電極溫度、放電通道半徑、擴(kuò)展方式等放電過程進(jìn)行研究，本文結(jié)合液相脈沖放電的機(jī)理對沉積過程中工件電極進(jìn)行有限元的熱分析，建立了合理的熱源模型，運(yùn)用ANSYS有限元軟件仿真了不同峰值電流、脈沖寬度對工件放電反應(yīng)區(qū)的影響，獲

2、得了液相脈沖放電參數(shù)影響反應(yīng)區(qū)域的一般規(guī)律。通過實(shí)際加工沉積涂層并對其檢測以驗(yàn)證模擬的可行性。并且本文還運(yùn)用了粒子模擬的方法，通過微觀物理理論追蹤放電通道內(nèi)離子、電子的運(yùn)動(dòng)情況。研究結(jié)果及主要結(jié)論如下:
　　 (1)模擬中考慮了放電通道的形成與擴(kuò)張過程，對于不同的時(shí)間，工件表面出現(xiàn)不同的溫度梯度。溫度靠近中心點(diǎn)最高，但是冷卻曲線是隨時(shí)間的進(jìn)行發(fā)生交錯(cuò)式擬合，交匯處溫度處于材料的熔化溫度附近，表明此時(shí)由于相變的發(fā)生使得這一區(qū)域的時(shí)

3、間、溫度較為復(fù)雜。
　　 (2)工件材料每個(gè)位置受到來自放電中心點(diǎn)“波浪式”的熱流影響，導(dǎo)致受熱區(qū)域每個(gè)位置均能在不同的時(shí)刻，利用較短的時(shí)間達(dá)到各自的溫度峰值，隨后趨于平緩回落，這個(gè)機(jī)理對于應(yīng)用數(shù)值模擬研究微觀放電過程的熔融區(qū)域尺寸、參數(shù)設(shè)計(jì)、模擬驗(yàn)證等方面具有重要的意義。
　　 (3)峰值電流I、脈沖寬度ton為液相脈沖放電制備陶瓷涂層的兩個(gè)重要參數(shù)，模擬顯示熔融區(qū)域的軸向與徑向均隨峰值電流的增加而增加，而脈沖寬度在一

4、定的電流的情況影響甚微，這與脈沖放電的機(jī)理有關(guān)，電流越大，能量越高，直接施加在工件表面的熱載荷越大，導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)域材料的溫度變化劇烈，熱影響區(qū)域擴(kuò)大;而脈沖寬度ton本身的數(shù)值較小，它即能促使載荷的增加又能相應(yīng)削弱其熱流密度，因而其對于反應(yīng)區(qū)域面積影響較峰值電流小。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其變化趨勢。
　　 (4)放電通道內(nèi)等離子體中電子運(yùn)動(dòng)較為活躍，在負(fù)極性加工環(huán)境中有利于工具電極的消耗，從而更快的形成涂層;正離子的運(yùn)動(dòng)較為緩慢，這與其離