高压诱导弱电弧放电沉积分层制造关键技术研究

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微细电火花沉积加工是一种利用电极高损耗现象实现金属材料沉积生长的微尺度三维结构加工方法。针对微细电火花沉积加工中放电能量小使得电极材料蚀除量少、放电间隙小而影响沉积质量的不足,本文提出了一种新型电火花沉积加工方法,将高压脉冲与低压直流结合起来形成高压诱导低压弱电弧放电。高电压在较大间隙击穿极间介质,形成等离子体放电通道,诱导低压大电流在该间隙放电,充分熔化电极,熔化的电极材料过渡到工件并与工件表面结合形成沉积层,通过二维平面的扫描加工,按需实现金属材料的沉积生长,逐渐在工件上形成微三维实体结构。本文主要工作如下:  (1)分析了高压单独放电和高压诱导低压放电的过程,以单晶硅片为工件,紫铜(直径500μm,200μm)为电极,进行了两种放电模式的放电实验,结果表明在适当条件下,高电压成功诱导低压大电流实现了在较大放电间隙下的放电加工。证明了该方法的可行性,并搭建了高压诱导低压放电实验平台。  (2)进行了单独高压放电和高压诱导低压放电时电极和工件温度场仿真,确定了高压诱导低压放电的参数选取范围,为下一步实验时电参数的选择提供指导。  (3)以单晶硅片为工件,紫铜为电极,进行了系统的高压诱导低压放电沉积实验,包括单点原位放电沉积、多点连续多层沉积实验等,总结了工艺规律。最后根据实验所得的最佳电参数进行复杂轨迹的多层沉积实验,结果表明沉积层均匀致密、形貌、质量较微细电火花放电沉积有较大改善。  (4)以不锈钢为工件,紫铜为电极,进行较大低压电流下高压诱导低压放电的可行性研究。进行单点原位沉积实验,沉积点随着放电次数的增加而变高,沉积层没有出现坍塌的现象,证明了该方法的可行性。同时,实验结果表明,大电流电弧放电中电参数选择,沉积点尺寸与电参数对应关系等方面,还需做更深入的研究。
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