文档介绍：觥甀叠,参一‘葫州芬醮笫镁合金微弧氧化微区电弧放电机理及电源特性籽芯博士学位论文号墨挝料抖堂皇王猩堂院赶适熬援挞型加王互捏送金全麦亘处堡垒璺旦学校代号分类号学学位申请人姓名陵明培养单位导师姓名及职称学科专业研究方向论文提交日期ā
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储躲作者签名:飞嘻力√芝日期∽年ぴ日日期:小,辏ぴ聕日期:『闖兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明学位论文版权使用授权书本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。担。导师签
摘要过程的失效状态,要尽量避免。为此定义了起弧电压玩和大弧电压魄,用来界定微弧氧化状态,并作为稳定性的定量评价指标。玩越低、魄越高则过程越稳定。随着镁合金越来越多的应用,提高其表面性能的要求日益迫切,作为一种极具潜力的表面处理方法,微弧氧化工艺被广泛关注。然而,由于其涉及材料学、电化学、电弧物理、电力电子和控制系统等多个学科和技术领域,是一个受多种因素影响的高度复杂的工艺过程,因此,许多问题至今并未给出明确结论。本文以提高镁合金的耐蚀性为主要目的,以微弧氧化过程的微弧放电现象、电信号波形及氧化膜层形貌为研究对象,采用理论分析加实验验证的方法,深入研究过程状态、膜层特点与电信号特征的相关性。在此基础上,提出微区电弧放电机理和模型及其对电源的要求,并通过负载特性研究提出负载适应性要求;然后构造新型脉冲电源输出模式,并展开电源模式和参数的比较研究;最终完成面向工业应用的大功率微弧氧化电源的研制。论文工作主要包括以下内容:参考现存的电源形式,结合镁合金微弧氧化工艺特点,设计并建立了具有多种电源脉冲波形输出方式的实验研究平台。以单片机为核心开发控制系统,实现了电源的输出波形、伏安特性的调节,并通过记忆示波器和计算机,进行负载波形的观测和数据采集。研究了各种电源输出方式下,微弧氧化实验中的放电现象与负载电压、电流波形的相关性。认为所有的微弧氧化过程,随电源电压增加均可划分为鼋锥危阳极氧化、微弧氧化和大弧放电。前者必须经历而且一直伴随各个阶段;后者为研究发现,在现存电源模式中双极性脉冲电压输出方式的稳定性最高。根据相关性研究结果,基于电弧理论提出了微弧氧化微区电弧放电机理和模型,将一次独立的微弧放电划分为龉蹋旱缃狻⒎诺纭⒀趸屠淙础5缃夤程进行水的电解和阳极氧化反应,依附于阳极表面的导电通道,产生以氧气为主的混合气体;当气体封闭通道,承受电源电压而电离,则发生电弧放电;放电形成的局部高温将引起金属的剧烈氧化,氧化反应产生的热量进一步提高局部温度,使放电愈加剧烈,这种自我强化作用使放电和氧化瞬间完成,形成“雪崩”效应,局部高温将导致氧化物熔融并喷出通道;当气体被氧化反应消耗殆尽时,放电和氧化过程戛然而止,巨大的温差使熔融物急剧冷却收缩,金属基体具有更高的导热率,故留下向内的收缩孔。一次微弧放电将导致一个微区热循环过程,其升温快速而集中,随电弧熄灭迅速转入冷却过程。微弧氧化的膜层特点和大弧现象,博士学位论文
都无不与微区热循环密切相关。基于微区电弧放电和热循环机理推断,起弧电压随电解液离子浓度升高、温度升高而降低,随膜层厚度的增加而升高;大弧倾向随电解液温度升高、电源电压升高而增加,随脉冲占空比的减小而降低。这些推断均被实验验证。基于微区电弧放电和热循环机理,结合负载电压波形定义了燃弧时间乙和冷却时间如,认为大弧现象是由名不足造成。据此提出了微弧氧化电源的基本要求,并给出一种理想的电压波形。对双极性脉冲电源中负电压作用的研究发现,其抑制大弧放电倾向的能力,缘于电源电路中斩波器通断时序所带来的负载电容旁路效应,而与负电压大小无关。理论分析和实验结果均未找出负电压存在的理由,故双极性电源中负脉冲的唯一效用,就是抑制大弧倾向,使其部分满足了微弧氧化电源的要求。微弧氧化的膜层是金属氧化物堆积形成,由一系列离散的微区电弧放电引发。瞬间完成的微小区域内的电弧放电所产生的光热辐射,加之由其导致的剧烈的金属氧化反应所释放的热量,致使放电区域瞬时形成局部高温,使生成的氧化物熔融、经历骤热骤冷,并伴随重熔和快速凝固,从而获得具有