УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ ИЛИ СПЛАВОВ

Полезная модель используется для формирования на поверхности металлов коррозионно-, тепло- и износостойких покрытий и придания им защитных диэлектрических и декоративных свойств и может быть использована, например, в машиностроении, радиоэлектронике, медицине, авиации и т.п.
Известно устройство, в котором микродуговое оксидирование вентильных металлов и сплавов осуществляется в электролите под воздействием импульсов напряжения переменного тока. Эти импульсы формируются в электрическом контуре, состоящим из источника переменного тока, батареи электрических конденсаторов, электролитической ванны, токоподвода с закрепленной деталью, погруженной в электролит (И.В.Суминов, А.В.Эпельфельд, В.Б.Людин, Б.Л.Крит, A.M.Борисов. Микродуговое оксидирование. - М.: ЭКОМЕТ, 2005, с.156, 157).
Недостатком известного устройства является то, что формируемые периодические синусоидальные или трапецеидальные импульсы напряжения имеют низкую крутизну фронта, а это не позволяет на ряде вентильных металлов и сплавов зажечь и поддерживать горение микродуговых разрядов, что приводит к расстравливанию обрабатываемой поверхности.
Прототипом заявленной полезной модели является устройство, содержащее две входные клеммы для подсоединения внешнего источника электропитания, два электрических конденсатора, два тиристора, два диода, электролитическую ванну, в которую помещена на токоподводе обрабатываемая деталь, причем, первая обкладка каждого из конденсаторов подключена к первой входной клемме, вторая обкладка первого конденсатора соединена с анодом первого тиристора, вторая обкладка второго конденсатора подключена к катоду второго тиристора, катод первого тиристора соединен с анодом второго тиристора и токоподводом обрабатываемой детали, между второй входной клеммой и анодом первого тиристора подключен анодом к клемме первый диод, между этой клеммой и катодом второго тиристора подключен катодом к клемме второй диод, и к этой же клемме подключена электролитическая ванна (Патент RU №1759041, кл. C25D 11/02, 1994).
Недостатком известного устройства является то, что под воздействием периодических импульсов пилообразного напряжения с крутыми фронтами формируются покрытия с низкой твердостью и повышенной пористостью.
Полезная модель направлена на повышение качества оксидных покрытий.
Указанный результат достигается за счет реализации в устройстве способа электролитического оксидирования металла, обеспечивающего обработку поверхности этого металла накладывающимися инициирующими (пилообразными) и базовыми (синусоидальными или трапецеидальными) периодическими импульсами напряжения (Патент RU №2112086, кл. C25D 11/00, 1998). Инициирующие импульсы напряжения обеспечивают устойчивое зажигание микродугового разряда на большинстве вентильных металлов и сплавов, а под воздействием базовых импульсов формируются покрытия с повышенной износо- и коррозионной стойкостью. Наложение инициирующих и базовых импульсов напряжения позволяет получать многофункциональные покрытия на большинстве вентильных металлов и сплавов, с наилучшими технологическими параметрами.
На чертеже изображена схема устройства для нанесения электролитических покрытий на поверхности металлов или сплавов
Устройство состоит из входных клемм 1 и 2, узлов гальванической развязки цепей управления 3, 8, 13, 16, электрических конденсаторов 4, 9, 17, тиристоров 5, 7, 12, 18, формирователя импульсов синхронизации 6, электролитической ванны 10, токоподвода с оксидируемой деталью 11, систем импульсно-фазового управления 14 и 15.
В предлагаем устройстве первый и второй диоды замещены, соответственно, третьим и четвертым тиристорами, и устройство снабжено третьим электрическим конденсатором, четырьмя узлами гальванической развязки цепей управления тиристорами, формирователем импульсов синхронизации и двумя системами импульсно-фазового управления тиристорами, причем, третий конденсатор включен между первой входной клеммой и токоподводом обрабатываемой детали, выходные цепи каждого узла гальванической развязки подключены к переходу управляющий электрод-катод соответствующего тиристора, вход узла гальванической развязки первого тиристора подключен к выходу первой системы импульсно-фазового управления, а входы этой системы и узла гальванической развязки четвертого тиристора подключены к прямому выходу формирователя импульсов синхронизации, вход узла гальванической развязки второго тиристора подключен к выходу второй системы импульсно-фазового управления, а входы этой системы и узла гальванической развязки третьего тиристора подключены к инверсному выходу формирователя импульсов синхронизации, входные цепи формирователя импульсов синхронизации подключены к входным клеммам устройства.
Устройство работает следующим образом.
В электролитическую ванну 10 помещается обрабатываемая и закрепленная на токоподводе деталь 11. К входным клеммам 1 и 2 подключается источник электропитания переменного тока промышленной частоты. В течение первых секунд процесса на поверхности обрабатываемого сплава образуется анодная оксидная пленка, обладающая униполярной проводимостью, то есть при приложении положительного потенциала к пленке, отрицательного к металлу подложки - проводимость пленки высокая, а если наоборот - низкая.
Период следования базовых и инициирующих импульсов напряжения, прикладываемых между деталью 11 и ванной 10, совпадает с периодом переменного тока в промышленной цепи.
Базовые импульсы напряжения формируются в цепи 1, 9, 11, 10, 2. Униполярная проводимость анодной оксидной пленки влияет на распределение падений напряжения в последовательной цепи, состоящей из конденсатора 9, ванны 10 с оксидируемой деталью 11. При высокой проводимости анодной оксидной пленки ток, протекающий через эту последовательную цепь, приводит к относительно быстрому заряду конденсатора 9. При низкой проводимости анодной оксидной пленки напряжение на конденсаторе 9, накопленное в результате предшествующего заряда, складывается с напряжением, прикладываемым между клеммам 1 и 2, тем самым, повышая напряжение между деталью ванной. Форма импульсов этого напряжения зависит от параметров последовательной цепи 9-11 и близка к синусоидальной или трапециидальной.
Инициирующие положительные, относительно потенциала ванны 10, импульсы пилообразной формы формируются в цепи 4, 5, 7, а отрицательные - в цепи 12, 17, 18. Формирование этих импульсов за период напряжения питания устройства осуществляется за два такта, в течение первого такта происходит заряд конденсатора до амплитуды напряжения питания, а в течение второго такта осуществляется разряд этого конденсатора в цепь 9-11.
Если между деталью 10 и ванной 11 приложен положительный базовый импульс напряжения, то на прямом выходе формирователя импульсов синхронизации 6 действует высокий логический уровень напряжения сигнала синхронизации, поступающий на входы узла гальванической развязки 16 и системы импульсно-фазового управления 14, которая по истечению задаваемого интервала времени формирует на своем выходе высокий логический уровень напряжения, поступающий на вход узла гальванической развязки 8. В результате, на выходах узлов гальванической развязки 8 и 16 формируются импульсы управления, позволяющие открыть тиристоры 7 и 18. Через открытый тиристор 7 осуществляется разряд конденсатора 4 на конденсатор 9 и систему деталь-ванна 11, 10, а через тиристор 18 осуществляется заряд конденсатора 17. Тиристоры 5 и 12 в течение положительного базового импульса закрыты, так как на инверсном выходе узла синхронизации 6 в этом случае установлен низкий логический уровень сигнала.
При приложении между деталью ванной отрицательных базовых импульсов напряжения, логические уровни сигналов на выходах формирователя импульсов синхронизации 6 меняются на противоположные, вследствие этого, на выходах узлов гальванической развязки 8 и 16 отсутствуют отпирающие тиристоры 7 и 18 импульсы, а на выходах узлов 3 и 13 такие импульсы имеются. Следовательно, происходит заряд конденсатора 4 через открытый тиристор 5 и разряд через открытый тиристор 12 конденсатора 17 на конденсатор 9 и систему деталь-ванна 11, 10.
Таким образом, осуществляется наложение инициирующих пилообразных импульсов напряжения, вызванных для положительных импульсов разрядом конденсатора 4, а для отрицательных - разрядом конденсатора 17, на базовые синусоидальные или трапециидальные импульсы напряжения, вызванных процессами в последовательной цепи, состоящей из конденсатора 9 и системы деталь-ванна 11, 10.
Устройство для нанесения электролитических покрытий на поверхности металлов или сплавов позволяет получать многофункциональные покрытия на большинстве вентильных металлов и сплавов, с наилучшими технологическими параметрами. Например, с использованием этого устройства были сформированы износо- и коррозионно-стойкие покрытия на «трудно зажигаемом» сплаве АК21, получены коррозионно стойкие покрытия на магниевом сплаве МА2-1 и титановом сплаве ВТ6Л.