УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОЛСТОСЛОЙНОГО МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полезная модель используется для получения толстослойных оксидных покрытий на вентильных металлах и сплавах для защиты от коррозионно-механического разрушения, в частности, алюминиевых, магниевых и титановых сплавах, широко применяемых в машиностроении для аэрокосмической, нефтяной и химической промышленности.
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 положительные импульсы напряжения приводят в процессе микродугового оксидирования детали к высокой скорости нарастания тока микродугового разряда, и как результат, к снижению качества толстослойного оксидного покрытия, из-за повышенной сквозной и объемной пористости.
Ближайшим техническим решением является устройство, состоящее из последовательно соединенных батареи электрических конденсаторов симметричного тиристорного ключа, состоящего из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, и электролитической ванны с размещенной в ней обрабатываемой деталью, закрепленной на токоподводе (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, что для обработки "трудно зажигаемых" вентильных сплавов на его выходе формируются импульсы напряжения с крутым фронтом, что приводит к высокой скорости нарастания тока микродугового разряда, и как результат, к снижению качества толстослойного оксидного покрытия, из-за повышенной сквозной и объемной пористости.
Полезная модель направлена на повышение качества толстослойных оксидных покрытий, наносимых с помощью устройства, за счет снижения их сквозной и объемной пористости, и тем самым улучшения их коррозионно-защитных свойств и износостойкости, и, как результат, увеличение срока службы оксидированной детали при работе в агрессивных средах.
Указанный результат достигается путем уменьшения крутизны фронта тока микродугового разряда через оксидируемую деталь, за счет того, что в устройстве использованы две встречно-последовательно включенные электролитические ванны. Если на поверхности детали, расположенной в первой ванне, горит микродуговой разряд, то электрическое сопротивление последовательной цепи вторая ванна-деталь, служит демпфером для первой, и, наоборот.
На чертеже изображена схема устройства для толстослойного микродугового оксидирования вентильных металлов и сплавов.
Устройство состоит из входных клемм 1 и 2, узла синхронизации 3, узлов гальванической развязки цепей управления 4, 5, 13, 14, токоподводов оксидируемых деталей 6 и 11, ванн 7 и 12 с электролитом, тиристоров 8, 10, 15, 17, электрических конденсаторов 9 и 16.
Устройство работает следующим образом.
В электролитические ванны 7 и 12 помещаются обрабатываемые и закрепленные на токоподводах детали 6 и 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.
Различная проводимость анодной оксидной пленки влияет на распределение падений напряжения в последовательной цепи конденсатор - ванна с оксидируемой деталью. При высокой проводимости анодной оксидной пленки ток, протекающий через эту последовательную цепь, приводит к относительно быстрому заряду конденсатора. При низкой проводимости анодной оксидной пленки напряжение на конденсаторе, накопленное в результате предшествующего заряда, складывается с напряжением, прикладываемым к последовательной цепи, тем самым повышая напряжение между деталью ванной. При нормальном протекании процесса оксидирования, это напряжение вызывает электрический пробой анодной оксидной пленки и горение микродуговых разрядов на ее поверхности.
Встречно-последовательное подключение электролитических ванн 7 и 12 позволяет осуществлять их работу в двухтактном режиме. Так, в течение отрицательных, по отношению потенциала клеммы 2, полуволн напряжения питания, к оксидируемой детали 11 и электролитической ванне 12 прикладывается относительно высокое положительное напряжение, достаточное для пробоя оксидной пленки, а к оксидируемой детали 6 и электролитической ванне 7 - относительно низкое отрицательное напряжение. При этом происходит заряд конденсатора 9 и разряд конденсатора 16, а электрическое сопротивление цепи, состоящей из детали 6, оксидной пленки на ее поверхности, электролита и ванны 7, оказывает демпфирующее воздействие на электроразрядные процессы в оксидной пленки на поверхности детали 11, что приводит к снижению крутизны фронта тока, протекающего через поверхность детали 11. В течение же положительных полуволн напряжения питания установки процессы протекающие в электролитических ваннах 7 и 12, и, также электрических конденсаторах 9 и 16, меняются местами.
Управление процессами заряда и разряда конденсаторов 9 и 16 осуществляется с помощью полууправляемых однонаправленных силовых ключей - тиристоров 8, 10, 15, 17. В положительных полуволнах напряжения питания открыты тиристоры 8 и 15, что обеспечивает разряд конденсатора 9 через цепь 8, 7, 6 и заряд конденсатора 16 через цепь 6, 7, 12, 11, 15. В отрицательных полуволнах напряжения питания открыты тиристоры 10 и 17, тем самым обеспечивается заряд конденсатора 9 через цепь 6, 7, 10 и разряд конденсатора 16 через цепь 17, 11, 12, 7, 6.
В течение положительной полуволны напряжения питания узел синхронизации 3 формирует на неинвертирующем выходе сигнал высокого логического уровня напряжения, а на инвертирующем - низкий. С неинвертирующего выхода этот сигнал поступает через узлы гальванической развязки 16 и 17, на управляющие переходы тиристоров, соответственно, 8 и 15, что приводит к их отпиранию. Тиристоры 10 и 17 заперты, так как на входы их узлов 4 и 13 гальванической развязки с инвертирующего выхода узла синхронизации поступает сигнал с низким логическим уровнем напряжения. Запираются тиристоры 8 и 15 после прекращения протекания тока через них, из-за завершения процессов заряда-разряда конденсаторов.
В течение отрицательной полуволны напряжения питания на инвертирующем выходе узла синхронизации устанавливается высокий, а на неинвертирующем - низкий логические уровни напряжения, что позволяет отпереть тиристоры 10 и 17 и оставить запертыми тиристоры 8 и 15. После завершения процессов заряда-разряда конденсаторов у тиристоров 10 и 17 произойдет самозапирание.
Устройство для толстослойного микродугового оксидирования поверхности вентильных металлов и сплавов, позволяет получить покрытия с меньшими сквозной и объемной (в среднем на 15%) пористостями и за счет этого повысить коррозионно-защитные свойства и износостойкость оксидного покрытия, что приводит к увеличению срока службы оксидированной детали при работе в агрессивных средах и тем самым к увеличению межремонтного периода технологического оборудования.