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电爆喷涂过程中阻抗变化规律与实验研究

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1 绪论

1.1 引言

1.2表面改性技术的研究现状

1.3 电爆喷涂技术的研究进展

1.3.1脉冲功率技术研究进展

1.3.2金属丝电爆炸的研究进展

1.3.3 电爆喷涂技术的发展与研究现状

1.4本论文的选题和主要研究内容

2 电爆喷涂过程的理论研究

2.1引言

2.2电爆喷涂物理过程的理论研究

2.2.1 电爆喷涂过程的几个阶段

2.2.2金属丝温度升高与相变过程

2.2.3金属微粒的溅射与涂层的形成

2.2.4 电爆喷涂过程中的物理现象

2.3 电爆喷涂电过程的理论研究

2.3.1金属丝上的放电过程

2.3.2等离子体的放电过程

2.3.3金属丝上能量的快速沉积

2.3.4放电过程与金属丝状态的关系

2.4本章小结

3 电爆喷涂装置的研究与开发

3.1 引言

3.2电爆喷涂装置的组成

3.3主控制回路的研究与开发

3.4高压脉冲电源的研究与开发

3.4.1 高压脉冲触发信号的形成原理

3.4.2高压脉冲电源的研制

3.4.3高压脉冲电源的仿真设计

3.5主放电回路的工作原理与实现

3.5.1火花隙开关的工作原理

3.5.2主放电回路的研制

3.5.3喷涂室的研制

3.6脉冲高压与强流测量装置的研究与开发

3.6.1脉冲高压的测量装置

3.6.2脉冲强流的测量装置

3.7 电爆喷涂装置的电磁兼容设计

3.7.1装置的可靠性及电磁兼容性设计

3.7.2高压安全性问题

3.8本章小结

4 电爆喷涂过程中电参数变化的实验研究与仿真分析

4.1 引言

4.2 F.D.Bennett与A.Hobson模型

4.2.1 F.D.Bennett模型

4.2.2 A.Hobson模型

4.2.3模型的分析

4.3 电爆炸过程中金属丝电参数变化规律的实验研究

4.3.1 电爆炸过程中金属丝电参数变化规律的计算方法

4.3.2实验结果与分析

4.4 电爆炸过程中金属丝电参数变化规律的仿真分析

4.4.1 金属丝电参数变化规律的仿真原理

4.4.2金属丝电参数变化规律仿真模型的建立

4.4.3仿真结果与分析

4.5本章小结

5金属丝最大平均阻抗指导工艺参数选择的研究

5.1 引言

5.2 电爆喷涂过程中金属丝阻抗及相关参数变化规律

5.2.1金属丝电压、电流的变化规律

5.2.2金属丝上能量沉积速率的变化规律

5.2.3金属丝阻抗变化规律

5.3金属丝最大平均阻抗对电爆喷涂实验的指导意义

5.3.1 工艺参数对金属丝最大平均阻抗的影响

5.3.2金属丝最大平均阻抗与喷涂效果的关系

5.3.3金属丝最大平均阻抗的指导意义

5.4 电爆喷涂过程中金属丝最大平均阻抗模型

5.4.1 金属丝最大平均阻抗的影响因素

5.4.2金属丝最大平均阻抗的模型

5.4.3相关参数数值的确定

5.5工艺参数对喷涂效果的影响

5.5.1放电参数

5.5.2喷涂材料和基体材料的几何尺寸

5.5.3其他因素

5.6本章小结

6 电爆喷涂技术在非金属材料表面改性中的实验研究

6.1 引言

6.2电爆喷涂在非金属材料表面改性中的实验设计

6.2.1 实验结果的评价方法

6.2.2实验结果的分析方法

6.2.3 电爆喷涂的实验条件与方法

6.3实验结果与分析

6.3.1 不同电容器初始电压下的喷涂结果分析

6.3.2不同金属丝直径下的喷涂结果分析

6.3.3不同喷涂距离下的喷涂结果分析

6.3.4不同回路电感下的喷涂结果分析

6.3.5不同基体材料上涂层的制备

6.4电爆喷涂最优工艺参数的选择

6.5 本章小结

结 论

参考文献

创新点摘要

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致 谢

作者简介

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摘要

电爆喷涂技术能够完成材料内壁改性,快速涂覆等其他喷涂方法难以胜任的工作,大量实际应用也对电爆喷涂的研究提出了迫切的需求。因而,本文研究了电爆喷涂过程中相关理论,并用以指导电爆喷涂中工艺参数的选择。本文的研究内容如下: 电爆喷涂装置与脉冲高压、强流测量装置的研究与开发。在理解电爆喷涂工作过程的基础上,重点研究与开发了火花隙开关的触发电路,测量脉冲高压的分压器,测量脉冲强流的Rogowski线圈。开发的电爆喷涂装置可产生10 kV~30 kV,上升时间在亚微秒级的脉冲电压,脉冲高压和强流的测量设备能够测量30 kV,100 kA级的脉冲高压与强流。并对喷涂装置和测量装置工作时的电磁兼容问题进行了研究,采取屏蔽、接地等多项电磁兼容性设计,保证喷涂装置的稳定、可靠运行,提高测量装置的准确性。 电爆喷涂过程中金属丝阻抗及相关参数变化规律的研究。研究和分析了已有的F.D.Bennett和A Hobson金属丝阻抗模型及其存在的不足,通过实验分析和建立金属丝阻抗Pspice模型的方法,探讨了金属丝阻抗及金属丝电压、电流等相关参数的变化规律。得到了金属丝阻抗变化规律如下:电容器初始电压、回路电感、金属丝直径、长度等工艺参数影响金属丝上的能量沉积,决定着金属丝的阻抗变化过程,在金属丝爆炸时形成一个最大阻抗,并最终影响到爆炸时金属丝的气化率与产生的金属微粒的平均粒径。 在金属丝阻抗变化规律研究的基础上,提出了金属丝最大平均阻抗的概念,来反映工艺参数与喷涂效果之间的关系。并建立了金属丝最大平均阻抗与工艺参数之间的关系式,用以指导电爆喷涂时工艺参数的选择。 电爆喷涂技术在非金属表面改性中的实验研究。在理论研究的指导下,研究了电爆喷涂在玻璃、陶瓷表面制备了金属涂层。研究结果表明:电爆喷涂适用于在玻璃、陶瓷非金属表面制备金属涂层,在电容器初始电压为20 kV,回路电感为3.9μH,铜丝直径为0.3 mm,长度为12 cm条件下,能够制备出表面均匀平滑、平均粒径为0.2μm,电导率为18.37 kΩ-1m-1、结合强度2.63 Mpa的导电涂层,并且电爆喷涂技术非常适合在管型材料内壁制备涂层。 综上,本论文在研究电爆喷涂过程机理的基础上,紧密结合其中的电过程与物理过程,研究了金属丝的阻抗及相关参数的变化规律,建立了金属丝最大平均阻抗模型,用以指导电爆喷涂时工艺参数的选择,并采用电爆喷涂技术在非金属表面制备导电涂层。

著录项

  • 作者

    杨家志;

  • 作者单位

    大连理工大学;

  • 授予单位 大连理工大学;
  • 学科 机械电子工程
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 王宁会,刘钟阳;
  • 年度 2009
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TS913.7;
  • 关键词

    电爆喷涂; 金属丝阻抗; 非金属表面改性;

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