液相脈沖放電制備金屬陶瓷涂層的計算機仿真及粒子模擬.pdf

1、液相脈沖放電沉積陶瓷涂層是利用電火花放電機理進行表面強化的一種表面處理技術，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、擴展方式等放電過程進行研究，本文結合液相脈沖放電的機理對沉積過程中工件電極進行有限元的熱分析，建立了合理的熱源模型，運用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區(qū)的影響，獲

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

3、間、溫度較為復雜。
　　 (2)工件材料每個位置受到來自放電中心點“波浪式”的熱流影響，導致受熱區(qū)域每個位置均能在不同的時刻，利用較短的時間達到各自的溫度峰值，隨后趨于平緩回落，這個機理對于應用數(shù)值模擬研究微觀放電過程的熔融區(qū)域尺寸、參數(shù)設計、模擬驗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，這與脈沖放電的機理有關，電流越大，能量越高，直接施加在工件表面的熱載荷越大，導致反應區(qū)域材料的溫度變化劇烈，熱影響區(qū)域擴大;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削弱其熱流密度，因而其對于反應區(qū)域面積影響較峰值電流小。通過實驗驗證了其變化趨勢。
　　 (4)放電通道內等離子體中電子運動較為活躍，在負極性加工環(huán)境中有利于工具電極的消耗，從而更快的形成涂層;正離子的運動較為緩慢，這與其離