离子镀膜中的弧电流对膜层质量的影响

论述了电弧电流对多弧离子镀膜层的硬度、厚度及其外观形貌的影响 ,并进一步阐述了电弧电流在实际应用中的作用 ,说明了镀制不同功能的膜层 ,应选择不同弧电流的重要性     

双弧脉冲MIG焊耦合电弧特性的数值模拟研究

针对双弧脉冲MIG焊热源稳定性差的问题,本文对双弧脉冲MIG焊耦合电弧进行瞬态数值模拟,分析了不同脉冲电流参数下耦合电弧形态、温度和压力的分布及变化规律。研究表明：耦合电弧呈驼峰状,脉冲电流发生跳变时,耦合电弧伸展或收缩,并逐渐稳定,峰值电流越小,越快达到稳定;增大脉冲电流,耦合电弧温度和电弧压力随之升高;保持总电流不变,减小主弧电流,增大旁弧电流,主弧温度和电弧压力减小,旁弧温度和电弧压力增大,当旁弧电流足够大时,耦合电弧温度和电弧压力呈双峰分布。数值模拟结果与双弧脉冲MIG焊工艺实验结果吻合良好,模拟结果对调控双弧脉冲MIG焊脉冲电流参数,改善其耦合电弧稳定性及工艺性能具有重要意义。     

直流电弧对工业硅埋弧炉内传热过程影响的数值模拟

为优化直流埋弧炉工业硅冶炼过程,建立二维轴对称等离子体电弧的磁流体动力学模型,运用有限元分析软件,计算得到了等离子体电弧的形态特征分布,并与已有的实验测量结果进行了比较。通过计算不同电流、弧长条件下电弧的温度、速度变化以及熔池表平面的热通量组成分布,分析了电弧的形态变化规律和电弧的传热方式,由此计算不同电流值、不同电弧弧长的条件时,电弧向阳极熔池表面传热的效率。结果表明:弧长越长,向熔池表面传热的效率越小;电流越大,向熔池表面传热的效率越高。基于结果分析,工业硅生产应采用长电弧低电流高电压的冶炼模式。     

电弧对焊接过程辐射测温的影响分析

针对小电流电弧的辐射特点，对焊接过程近弧区辐射温点的电弧干扰进行了分析，得到了电弧干扰对测温的信噪比公式及影响因素，定量地证明了存在小电流电弧成时辐射测湿法的可行性。     

新型微束等离子弧焊接电源的研制

鉴于高频电弧具有较强的自收缩作用及较好的电弧稳定性的特点 ,研制了调制型脉冲微束等离子弧电源 .本电源可通过对高频电流的低频脉冲调制调节电弧对焊缝的热输入 ,同时具有电弧能量密度大、主弧空载电压低及起始电流递增和熄弧电流递减等功能 ,适用于铜、钛、不锈钢等金属薄件、微细件的焊接 .     

磁过滤真空阴极电弧技术弧电流对四面体非晶碳薄膜性能的影响

研究了磁过滤阴极真空电弧技术中不同弧电流(20~100 A),制备的四面体非晶碳薄膜性能的影响。通过对薄膜厚度、薄膜硬度、表面形貌以及sp3键含量随弧电流的变化结果进行了测试。结果表明,当弧电流从20增大至100 A,表征薄膜sp杂化碳含量的ID/IG从0.212增加到1.18,显示制备薄膜的sp3键含量逐渐减少,同时sp2键在逐渐增加。随着弧电流值上升,薄膜硬度增加,表明其值与弧电流值呈正相关性,高的弧电流使通过磁过滤器的大颗粒等离子体数增加,从而薄膜表面形貌易于沉积大颗粒,导致薄膜表面质量下降。因此,选择合适的弧电流值可优化Ta-C薄膜制备工艺,本文研究内容为工业应用中通过弧电流调整优化膜层综合性能提供参考。     

新型阴极弧电源研制及脉冲增强电子发射(P3e)效应研究

本文研制了新型脉冲阴极弧电源,并实现了脉冲增强电子发射(P3e)以提高真空室内等离子体密度。该电源核心由脉冲发射和维持电流系统构成,由单片机和触摸屏系统协同控制和管理。对P3e电源进行放电特性和脉冲增强电子发射效应进行了研究。结果表明,在相同平均电弧电流条件下,与直流相比,P3e技术能够显著提高工件(基体)脉冲电流与平均电流。在电弧平均电流90 A时,基体脉冲电流由5 A提高到19.6 A,基体平均电流由2.2 A最大提高到4.6 A,表明脉冲增强了电子发射,进而获得高的等离子体密度,这将有助于增加膜层致密性、降低膜层应力。该新型电源对于阴极弧靶中毒抑制、膜层结构改善、膜层颗粒污染控制具有重要的意义。     

工艺参数对阴极电弧离子镀ZrN薄膜表面形貌及结构的影响

本文采用阴极电弧离子镀技术制备了ZrN膜层,研究了工作气压、偏压、弧流等工艺参数对ZrN膜层表面形貌和结构的影响,分别用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析了膜层的表面形貌及相结构。结果表明:工作气压、偏压、弧电流等工艺参数对ZrN膜层的表面形貌有较大的影响,在本实验内适当提高N2压强、偏压以及在稳弧前提下降低弧流有利于减少大颗粒,改善ZrN膜层表面形貌,提高膜层综合性能;不同工艺参数下制备的ZrN膜层均具有典型的面心立方结构,工作气压和弧电流对ZrN膜层晶体生长方向的影响较小,偏压对晶体生长方向的影响显著,在20 V偏压下,晶体呈(200)面择优取向,继续提高偏压(100 V~300 V),晶体生长呈(111)面择优取向。     

工艺参数对电弧离子镀沉积铜薄膜微结构及性能的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀技术在不同工艺参数(弧电流、基体负偏压)水平下制备了一系列铜薄膜。利用金相显微镜、腐蚀失重试验和双向弯曲试验分别研究了弧电流和基体负偏压对铜薄膜组织结构、耐腐蚀性能和结合性能的影响。结果表明,弧电流由40A增加到80A,薄膜表面颗粒含量明显增加,大颗粒尺寸由13.71μm增加到19.36μm,膜层平均腐蚀速率降低;随着弧电流提高,薄膜结合性能先降低后提高,60A时膜层结合性能最理想;随着基体脉冲负偏压升高,薄膜结合性能提高,薄膜表面颗粒含量及其尺寸减小、负偏压达到200V时大颗粒净化效果明显;基体脉冲负偏压由20V升高到180V,膜层平均腐蚀速率先降低后升高,140V时膜层耐腐蚀性能最佳。     

离子沉积电弧蒸发电源装置

ＺＸＧ型离子沉积电弧蒸发电源装置，专门用于多弧离子镀膜机的电弧蒸发。本文 基于阴极放电的机理，对此装置的功率规范，电流调控特性作了具体分析与论证，并给 出了试验数据．     

不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

本文使用AIP-01型国产多弧离子镀膜设备,采用不同的弧源电流在不锈钢衬底及Si片上制备了TiN薄膜,对其硬度、表面形貌以及摩擦系数等进行了测试,从电弧沉积的物理机制角度详细分析了弧源电流对TiN薄膜表面熔滴的影响,结果表明:随着弧源电流的增大,薄膜沉积速率增大、硬度提高,但薄膜表面熔滴(MP)数量增多、尺寸变大,表面粗糙,摩擦系数增大,因此控制最佳弧源电流来获得最好的薄膜性能是离子镀TiN薄膜的关键问题之一.     

真空阴极弧离子镀类金刚石碳（DLC）膜的碳弧稳定性研究

选用氩气、氩气加氢气、氩气加乙炔等气体作为介质，石墨作为靶材进行真空阴极弧离子镀来制备类金刚石碳膜。石墨电弧有其独特的电弧特性曲线，不同气体介质对碳弧特性的影响不同，磁场的大小对电弧的稳定性有很大作用，碳弧下基片偏流随电弧电压的增加而减小，试验得到表面光滑的类金刚石碳（DLC）膜，对膜的表面进行了SEM分析。     

直流非转移弧等离子喷枪中电弧的工作特性研究

利用计算机数值模拟技术，采用有限容积方法，针对自制的低能耗、高效率内送粉等离子喷涂设备，对喷枪内部电弧长度及其对流体特性的影响进行了分析研究。结果表明，通过增加进气流量和减少电流的大小，均使得等离子电弧长度增加，阳极弧根位置逐渐向下游移动，但是产生这两种现象的机理以及对气流温度和速度的影响是不同的。     

旋转横向磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响

研究了旋转横向磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响规律,采用有限元分析软件FEMM对旋转横向磁场的分布进行了模拟,考察了不同频率(80~210 Hz)及电磁线圈励磁电流对弧斑运动的影响。从电弧斑点放电的物理机制出发,探讨了不同频率和磁场线圈电流对电弧离子镀弧斑运动的影响机制。结果表明,随着旋转横向磁场强度和频率的提高,使弧斑逐渐从聚集的斑点态(或者弱分散的团絮态)转变为大面积分布在靶面较强的分散弧斑絮线,最后转变为完全分布在整个靶面的强分散弧斑线,弧斑分裂强烈,产生的弧光等离子体更加均匀细腻。随着瞬态弧斑线在靶面分布面积的增加,弧压增加,弧电流密度急剧下降,靶材利用率达到85%以上。旋转横向磁场的应用,带来了弧斑大面积稳定放电、等离子离化率、密度及靶材利用率大幅度提高的多重效应。     

基于PIV技术真空开关电弧流场实验研究

为了对真空开关电弧燃烧过程及热形态变化规律研究,本文采用粒子成像测速(PIV)技术对短间隙真空开关电弧进行了实验研究,观察分析了电弧流场的信息,有明显的漩涡区。实验结果表明,运用PIV技术能较好地获取真空开关电弧燃烧二维速度场分布;随着电弧电流不断增大,真空间隙中金属蒸气压力不断增大,电弧加速向四周扩散运动,当电弧电流增大到一定值时,在电弧四周产生明显的涡流区域;电弧电流峰值过后,涡流区域不断减小,当电弧电流减小到一定值时,电弧不再向外扩散,而是向弧柱中心做集聚运动。     

电弧离子镀弧斑运动对膜层质量影响分析

随着薄膜材料在现代工业中的广泛应用,电弧离子镀技术已成为制备功能性膜层的重要方法,在航空航天方面主要面向于功能表面改性、复合材料表面金属化等领域。本文采用磁场控制电弧离子镀靶材表面的弧斑运动,在Ti靶上验证了弧斑在不同磁场下的运动状态,分析了弧斑的运动速度及运动范围。在五种磁场情况下制备Ti N膜层,通过扫描电镜、能谱分析仪、台阶仪、X射线衍射仪等对Ti N膜层的表面形貌、微观结构、成分元素、膜层厚度等进行了分析。结果发现,当磁场控制弧斑均匀地分布在整个Ti靶面,且弧斑运动速度加快时,膜层表面大颗粒数最少,膜层最厚,晶体择优生长方向为（111）晶面。     

真空电弧沉积技术中的弧源设计

讨论了真空电弧沉积中弧源设计的有关问题，如电弧运行模式、电弧极性、点火方式、电弧的约束方式以及宏观粒子抑制方式等。分析表明，分析表明，合理选择电弧运行模式和电弧极性，以满足涂料粒子蒸发与离化的要求；选择合理的弧源结构，加强对电弧的约束与烧蚀的控制，或用过滤弧源，以抑制宏观粒子对涂层的污染，是成功设计弧源的关键。     

大厚度板等离子弧切割中的双弧现象研究

本文通过测定切割中电参数的变化,研究了大厚度板切割中等离于弧阳极斑点的运动及其对双弧的影响规律。指出大厚度板切割中除因其使用的电弧功率大,压缩程度高,容易促使出现双弧外,阳极斑点在切口中大幅度跳动,使切割电流和等离子弧负载的瞬时工作点处于剧烈的波动状态,频繁出现的峰值电流远远大于平均电流,引起弧柱急剧膨胀,温度升高,易使喷嘴受热加剧,其压缩孔道壁上的气流层破坏而局部形成电弧通道,也是大厚度板切割中容易出现双弧的一个重要原因。其次本文还研究了切割中喷嘴电位对双弧的影响,指出喷嘴与其出口处弧柱间的电位差大小对双弧有极大的影响。可以对喷嘴电位进行简单的人为控制而影响双弧产生的难易。在试验研究的基础上提出了两项适用于大厚板切割的双弧防止措施:(1) 用适当的电阻器将喷嘴与工件连接起来,以提高喷嘴电位,减小它与其出口处弧柱间的电位差。(2) 改进切割电源,尽量提高电源外特性的陡度,以减小因阳极斑点大幅度跳动引起的电流波动。试验结果证明这些措施既可有效地防止双孤,又不降低切割能力,对于实现稳定的等离子弧大厚度板切割,有很重要的意义。     

电弧离子镀沉积工艺参数的影响

电弧离子镀是真空镀膜技术中最常用的技术之一,目前在科学研究及工业生产中都得到了长足发展。但是在薄膜沉积过程中的工艺参数如弧电流、沉积气压、沉积温度等对薄膜结构及性能的影响多分散于不同的文献中,不利于对这些参数的认识与深入理解。本文综述了电弧离子镀中的工艺参数的作用,这些参数包括弧电流、弧电压、沉积气压、靶基距、基体偏压、沉积温度及外加磁场等。通过对薄膜沉积过程中工艺参数的总结,可加深这些参数对薄膜结构及性能影响规律的理解,促进真空镀膜技术的工艺开发及技术进步。     

高频逆变式弧焊机电源的研制初探

弧焊机电源是电弧焊机的重要组成部分,它是对焊接电弧供给电能的装置,它应满足电弧焊所要求的电气特性。弧焊机电源电气性能的优劣,在很大程度上决定了电弧焊机焊接过程的稳定性。没有先进的弧焊机电源,要实现先进的焊接工艺和焊接过程自动化也是难以办到的。弧焊机电源具有较大的短路电流和较高的空载电压等特点。高频逆变式弧焊机电源是近年来世界焊接电源界研究的新技术。它具有控制性能优异、动特性好、焊接工艺性优良、重量轻、效率高、功率因数高、引弧性能好、焊接速度快等优点,是当前国际上焊接电源设备发展的主流和方向。这种电源除了能够用于弧焊机外,还可以用作喷涂等需要大电流,低电压的设备的电源。