激光诱导放电复合毛化坑形貌与电极侵蚀问题研究

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	激光诱导放电复合毛化坑形貌与电极侵蚀问题研究
	李正阳
导师	杨明江
	2003
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位类别	博士
学位专业	工程力学
关键词	激光放电毛化量纲分析电极侵蚀
摘要	利用高重频YAG激光作用在固体表面所产生的等离子体使工件和电极之间在大气环境中并且电压远低于击穿闭值的条件下产生可控定向放电。实验结果显示，放电坑基本上呈火山坑形，既有单坑结构，也有多坑结构，其形貌受到放电波形、电源极性、放电介质等因素的影响。放电坑表面形貌的规律是：①除了涂油时的阳极放电坑是单坑结构以外，其他条件下的放电坑都是复合多坑结构；②单坑结构呈火山坑形，坑底为圆弧形，熔凝物堆积在坑的边缘，而多坑结构则是一个大的放电坑中有多个凸起的尖峰，这种结构有利于毛化加工。研究表明，对于碳钢、铸铁、黄铜三种材料，放电坑直径d与电源参数的关系可以表示成：d∝Iαp（对于三角波），或d∝Υβ（对于矩形波）。α的范围在0.40～0.71，β的范围在0.23～0.47。在工件表面涂油，有利于提高放电的能量密度，使放电坑变深。介质的密度和粘性系数可作为控制放电通道扩展的有效因素。放电能量一定时，有固态相变材料的相变区深度的变化遵从以下规律：①放电波形和电源极性一定时，涂油时的深度＞大气时的深度；②极性和介质一定时，矩形波时的深度≥三角波时的深度；③介质和波形一定时，阳极时的深度≥阴极时的深度。与一般的研究电极损耗即放电前后电极的质量差所不同的是，认为在激光诱导放电毛化技术中，对工件电极应该研究放电的侵蚀作用，即实验上可观测到的能量作用的范围所对应的体积V，它不仅包括脱落下来的那部分物质，也包括发生了组织变化的那部分物质。对于有固态相变的材料，V通常就是相变区边界所对应的球冠体积；对于无固态相变的材料，V通常是放电坑的体积。通过量纲分析，揭示出V是一个多元函数。当电极材料和放电介质一定时，对于电流峰值一定的矩形波放电，v主要取决于脉冲宽度γ，其函数关系为：V＝K1·Υ1.41～1.45；对于脉冲宽度一定的三角波放电，V主要取决于电流峰值IP，V＝K2·I1.30～2.15P，K1、K2为与材料和放电介质有关的常量。在比较分析了脉冲激光束与激光诱导放电在功率密度、作用时间和坑的深度等方面对材料的影响之后，认为：高重频激光束适合于对材料表面进行薄层熔凝和毛化，低重频长脉冲激光束适合于对材料进行表面改性处理，而激光诱导放电具有对材料表面进行造型强化和组织强化的双重作用。设计了一种转动式圆盘电极，延长了工具电极的连续工作时间。
索取号	30119
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/23364
专题	力学所知识产出(1956-2008)
推荐引用方式 GB/T 7714	李正阳. 激光诱导放电复合毛化坑形貌与电极侵蚀问题研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2003.

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