УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И ПОКРЫТИЙ

Полезная модель используется для получения методом микродугового оксидирования на алюминиевых сплавах и покрытиях керамикоподобных слоев с высокой устойчивостью к коррозии и абразивному износу, применяемых в машино- и приборостроении, авиационной, радиоэлектронной и других отраслях промышленности.
Известно устройство, в котором микродуговое оксидирование алюминиевых сплавов осуществляется в электролите под воздействием асимметричного тока, который формируется в электрическом контуре, состоящем из источника питания с двумя клеммами, электролитной ванны и батареи электрических конденсаторов, первая обкладка которой соединена с токоподводом для оксидируемой детали (И.В.Суминов, А.В.Эпельфельд, В.Б.Людин, Б.Л.Крит, A.M.Борисов. Микродуговое оксидирование. - М.: ЭКОМЕТ, 2005, с.156, 157).
Недостатком данного устройства является то, что скорость роста и максимальная толщина сформированных покрытий ограничиваются из-за неизменной в течение всего процесса оксидирования длительности интервалов разогрева-охлаждения реакционной зоны микродугового разряда, связанной с постоянством частоты асимметричного тока, совпадающей с частотой источника питания известного устройства (50 Гц). В ходе процесса обработки это сопровождается переходом микродугового разряда в дуговой, что приводит к прожогам покрытия и образованию дефектов в нем.
Ближайшим техническим решением является способ электролитического окисления для получения керамического покрытия на поверхности металла и устройство (генератор) для его осуществления, состоящее из источника питания с двумя клеммами, преобразователя переменного тока в треугольный или трапециидальный, модуля управления коэффициентом формы и наклоном импульсов тока, модуля управления частотой импульсов тока в диапазоне от 100 до 400 Гц, электролитной ванны и токоподвода для оксидируемой детали (WO №01/81658 A1, C25D 11/02, 2001).
Недостатком известного устройства является то, что из-за узкого (100-400 Гц), по сравнению с оптимальным, диапазона изменения частоты тока в ходе процесса оксидирования или отличающегося от линейно-убывающего закона изменения этой частоты, не удается повысить скорость обработки и максимальную толщину покрытия более 300 мкм.
Оптимальными для микродугового оксидирования являются пределы изменения частоты тока в ходе процесса от 1000 до 1 Гц. При частоте выше 1000 Гц реакционная зона не успевает остыть в течение пауз между разрядами, которые уменьшаются с увеличением частоты, и микродуговые разряды переходят в дуговые, что приводит к прожогу покрытия. При частоте ниже 1 Гц длительность горения разряда в одном полупериоде увеличивается настолько, что в результате разогрева реакционной зоны микродуговые разряды также переходят в дуговые, разрушающие покрытие.
Полезная модель направлена на увеличение скорости обработки и максимальной толщины сформированного оксидного слоя на алюминиевых сплавах и покрытиях за счет обеспечения режима микродугового оксидирования током с линейно-убывающей в ходе процесса частотой в диапазоне от 1000 до 1 Гц.
Указанный результат достигается тем, что устройство для микродугового оксидирования алюминиевых сплавов и покрытий, содержащее источник питания с двумя клеммами, электролитную ванну, батарею электрических конденсаторов, первая обкладка которой соединена с токоподводом для оксидируемой детали, снабжено выпрямителем тока, автономным инвертором тока, датчиком тока и системой управления, которая модулирует импульсы на выходе автономного инвертора тока сигналом с линейно-убывающей в ходе процесса частотой в диапазоне от 1000 до 1 Гц, причем входные цепи выпрямителя тока подключены к клеммам источника питания, а его выходные цепи - к входным цепям автономного инвертора тока, выходные цепи которого подключены к обкладкам батареи электрических конденсаторов, причем ее вторая обкладка соединена с первым выводом силовой цепи датчика тока, второй вывод которой подключен к корпусу электролитной ванны, а выход измеренного датчиком тока сигнала соединен с входом системы управления, выходы которой подключены к управляющим входам автономного инвертора тока.
На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства для микродугового оксидирования алюминиевых сплавов и покрытий.
Устройство состоит из клемм 1 и 2 источника питания, выпрямителя 3 тока, автономного инвертора 4 тока, системы 5 управления, батареи 6 электрических конденсаторов, датчика 7 тока, токоподвода для оксидируемой детали 8 и электролитной ванны 9.
Устройство работает следующим образом.
п
После подачи на клеммы 1 и 2 источника питания синусоидального напряжения U на выходе выпрямителя 3 тока появляется напряжение, которое поступает на вход автономного инвертора 4 тока.
Перед стартом процесса оксидирования в соответствии с требуемым режимом обработки в системе 5 управления задаются требуемые среднее значение тока оксидирования, соотношение катодного и анодного токов, частота тока на начало и конец процесса оксидирования, продолжительность процесса. В соответствии с требуемым значением тока оксидирования задается емкость батареи 6 электрических конденсаторов. Затем в системе 5 управления выполняется расчет масштаба изменения частоты тока оксидирования в ходе процесса обработки.
После старта процесса обработки система 5 управления обеспечивает работу автономного инвертора 4 тока. В результате на выходе автономного инвертора 4 тока формируются импульсы тока с фиксированной частотой следования, превышающей, как минимум, на 2 порядка максимальную частоту тока оксидирования.
Система 5 управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию формируемых инвертором 4 тока импульсов специальным сигналом с требуемой для процесса микродугового оксидирования формой тока и частотой. Сглаживание модулированных импульсов на выходе автономного инвертора 4 тока осуществляется с помощью батареи 6 электрических конденсаторов. Таким образом, изменение частоты модулирующего сигнала обеспечивает изменение частоты тока в цепи деталь 8-электролитная ванна 9, подключенной через датчик 7 тока параллельно батарее 6 электрических конденсаторов.
Обратная связь по току, введенная в систему 5 управления с помощью датчика 7 тока, обеспечивает стабильность требуемых для режима микродугового оксидирования параметров тока.
Система 5 управления в процессе обработки модулирует импульсы тока на выходе автономного инвертора 4 тока сигналом изменяемой частоты, масштаб изменения которой был рассчитан перед стартом процесса. Тем самым обеспечивается требуемое изменение частоты тока в ходе процесса микродугового оксидирования.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает режим микродугового оксидирования током с линейно-убывающей в ходе процесса частотой в диапазоне от 1000 до 1 Гц, что позволяет по сравнению с известными устройствами увеличить скорость обработки на 50-70% и повысить максимальную толщину сформированного оксидного слоя на алюминиевых сплавах и покрытиях в 2,0-2,4 раза.