基于视觉控制的钛表面等离子体处理技术的研究

摘要

自从液相等离子体金属表面处理技术出现以来，由于其制备的样品具有独特的力学、耐摩擦学等性能，已迅速成为世界科学研究的前沿和热点。液相微弧阳极氧化以及液相微弧阴极沉积在轻金属或其合金表面陶瓷化处理得到了很快的发展。另外，液相微弧阳极氧化以及液相微弧阴极沉积时，往往采用恒电压或恒电流的方式，但是在金属表面氧化物陶瓷生长的过程中样品的阻抗特性相当复杂，随时间变化不定，因此恒电压或恒电流的方式制备的样品存在很大的差异。因为电火花是表面陶瓷层成长的直接原因，所以保持电火花的数目在单位时间内恒定是表面陶瓷层稳定生长以及制备性能优良的金属表面氧化物陶瓷复合材料具有重要意义。
　　 本文以基于视觉控制下的等离子体金属表面处理技术的为研究目的，进行了以下几个方面的工作:（一）研制了本课题组使用的“液相等离子体金属表面处理实验高压脉冲电源的电压视频控制装置”（二）通过图像信号对金属表面液相等离子体金属表面处理过程中的电火花稳恒控制进行了TA2钛表面阴极沉积氧化铝与石墨共沉积制备实验（三）利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散分析谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、CCD硬度检测仪、三维轮廓仪以及摩擦磨损实验机对样品进行表征，检测了摩擦磨损量等性能参数。测试结果表明，Al(NO3)3的浓度为0.25mol/L的乙醇溶液中，添加石墨(平均粒径为0.7μm)的浓度为15g/L，在TA2钛表面氧化铝与石墨可以被共同被沉积的，物质连续，且结合性能优良。得到了在电火花稳定状况下的液相阴极等离子体金属表面沉积制备高质量样品，计算得到TA2钛的磨损率为7.0×10-4mm3/N·m，Al2O3沉积层的磨损率为4.8×10-4mm3/N·m，Al2O3/石墨复合沉积层的磨损率2.0×10-4mm3/N·m。对比发现，Al2O3沉积层的磨损率约为钛的2/3，Al2O3/石墨复合沉积层的磨损率约为钛的1/3。Al2O3/石墨复合沉积层中固体润滑剂石墨相的出现，在摩擦过程中摩擦副表面能够形成一层润滑性能良好的转移膜，因此磨痕表面仅呈现出轻微的黏着磨损，明显提高了沉积层的抗磨损性能。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 轻金属表面处理技术的基本概念

1．2 液相等离子体金属表面处理技术的基本概念与性质

1．3 液相等离子体金属表面处理技术的波形参数及控制方法

1．3．1 主要应用的波形分类

1．3．2 正弦波(SIN)及其特点

1．3．3 锯齿波(SAW)及其特点

1．3．4 脉宽波(PWM)及其特点

1．4 研究电火花恒定法的意义

1．5 基于视觉控制的电火花恒定法的意义

第二章 固态图像传感器技术

2．1 CCD固态图像传感器的发展及其特点

2．2 CCD固态图像传感器的成像原理

2．2．1 光电荷的产生

2．2．2 光电荷的转移

2．2．3 光电荷的读出

2．2．4 MOS与CCD的含义

2．2．5 CCD排列与分类

2．2．6 彩色CCD的成像原理

2．3 本章小结

第三章 视频信号控制下的电火花恒定装置

3．1 电火花恒定装置的视频采集系统概述

3．2 ICX673AK图像传感器的特性

3．3 图像传感器外围系统的组成

3．3．1 各部分的电压的产生及用途

3．3．2 电荷泵及其应用

3．3．3 CCD的垂直V驱动与水平H驱动原理

3．3．4 视频信号处理器

3．3．5 基于视频信号的电火花稳恒装置

3．4 电火花的数目统计

3．4．1 电火花数字图像的读取储存与压缩

3．4．2 电火花数字图像的扫瞄

3．4．3 DRAM中的图像数据的分配

3．4．4 二值化后的电火花目标分析

3．5 本章小节

第四章 金属表面液相等离子体沉积制备实验

4．1 恒定电火花条件下样品的制备

4．2 结果与讨论

4．2．1 沉积层的物相组成

4．2．2 沉积层的成分分析

4．2．3 沉积层的表面和截面形貌

4．2．4 沉积层的摩擦磨损性能

4．3 本章小节

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录