УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полезная модель используется для формирования защитных оксидных покрытий с повышенной теплостойкостью, коррозионной и износостойкостью, применяемых в машино- и приборостроении, авиационной, радиоэлектронной и других отраслях промышленности.
Известно устройство, состоящее из источника питания с двумя клеммами, электролитной ванны и батареи электрических конденсаторов, вторая обкладка которой соединена с токоподводом для оксидируемой детали, в котором микродуговое оксидирование вентильных металлов и сплавов осуществляется в электролите под воздействием асимметричных импульсов напряжения переменного тока (Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование). - М.: ЭКОМЕТ, 2005, с.156-157).
k
a
Недостатком данного устройства является то, что микродуговое оксидирование может проводиться в анодно-катодном режиме только при равных плотностях катодного и анодного токов (I/I=1). Это существенно ограничивает технологические возможности устройства, сужая круг обрабатываемых вентильных металлов и сплавов.
Ближайшим техническим решением является устройство для преобразования переменного напряжения в асимметричное переменное, содержащее источник питания с двумя клеммами, электролитную ванну, токоподвод для оксидируемой детали, две батареи электрических конденсаторов, разрядный и токоограничивающий резисторы, два тиристора и систему управления, с помощью которого микродуговое оксидирование вентильных металлов и сплавов осуществляется в анодно-катодном режиме при соотношении катодного и анодного токов от единицы и выше (Авторское свидетельство СССР №1339818, кл. Н02М 5/257, 1987).
k
a
Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон изменения соотношений катодного и анодного токов (I/I≥1) и значительные потери электрической энергии на разрядном и токоограничивающем резисторах. Данные недостатки существенно сужают технологические возможности и снижают КПД известного устройства.
Полезная модель направлена на расширение технологических возможностей и повышение КПД микродугового оксидирования за счет обработки вентильных металлов и сплавов при соотношениях катодного и анодного токов как больше, так и меньше единицы без потерь электрической энергии на разрядном и токоограничивающем резисторах.
Указанный результат достигается тем, что устройство для микродугового оксидирования вентильных металлов и сплавов, содержащее источник питания с двумя клеммами, электролитную ванну, токоподвод для оксидируемой детали и батарею электрических конденсаторов, снабжено буферным усилителем, двумя задатчиками напряжения, двумя разностными элементами, двумя одновибраторами, двумя блоками гальванической развязки и двумя тиристорами, причем к первой клемме источника питания подключена первая обкладка батареи электрических конденсаторов, ко второй клемме - корпус электролитной ванны, а вторая обкладка батареи электрических конденсаторов соединена с токоподводом для оксидируемой детали, анод первого тиристора соединен с катодом второго и токоподводом для оксидируемой детали, а катод первого тиристора - с анодом второго и корпусом электролитной ванны, электрические цепи токоподвода для оксидируемой детали и электролитной ванны подключены к выводам входа буферного усилителя, неинвертирующий выход которого соединен с суммирующим входом первого разностного элемента, а инвертирующий выход - с суммирующим входом второго разностного элемента, выход первого задатчика напряжения подключен к вычитающему входу первого разностного элемента, выход которого соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с входом первого блока гальванической развязки, выходные цепи которого подключены к переходу управляющий электрод-катод первого тиристора, выход второго задатчика напряжения соединен с вычитающим входом второго разностного элемента, выход которого подключен к входу второго одновибратора, к выходу которого подсоединен вход второго блока гальванической развязки, выходные цепи которого подключены к переходу управляющий электрод-катод второго тиристора.
На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства для микродугового оксидирования вентильных металлов и сплавов.
Устройство состоит из клемм 1 и 2 источника питания, батареи 3 электрических конденсаторов, токоподвода для оксидируемой детали 4, электролитной ванны 5, задатчиков 6 и 8 напряжения, буферного усилителя 7, разностных элементов 9 и 10, одновибраторов 11 и 12, блоков 13 и 14 гальванической развязки и тиристоров 15 и 16.
Устройство работает следующим образом.
В электролитную ванну 5 помещается закрепленная на токоподводе оксидируемая деталь 4. К входным клеммам 1 и 2 подключается источник питания переменного тока промышленной частоты. В течение первых секунд процесса на поверхности обрабатываемого вентильного металла или сплава формируется барьерная анодная оксидная пленка, обладающая униполярной проводимостью в системе металл-оксид-электролит, то есть при приложении положительного потенциала к электролиту, а значит - к анодной оксидной пленке, и отрицательного к металлу подложки - проводимость в системе высокая и наоборот.
Различная проводимость в системе влияет на распределение падений напряжения в последовательной цепи батарея 3 электрических конденсаторов-электролитная ванна 5 с оксидируемой деталью 4. При высокой проводимости ток, протекающий через эту последовательную цепь, приводит к относительно быстрому заряду батареи 3 электрических конденсаторов. При низкой проводимости в системе напряжение на батарее 3 электрических конденсаторов, накопленное в результате предшествующего заряда, складывается с напряжением источника питания, тем самым, повышая напряжение между оксидируемой деталью 4 и электролитной ванной 5. Это напряжение вызывает электрический пробой анодной оксидной пленки и зажигание разряда в местах пробоя.
Открытые тиристоры 15 и 16 шунтируют цепь токоподвод для оксидируемой детали 4-электролитная ванна 5 соответственно в анодный и катодный полупериоды (по отношению к оксидируемой детали 4) напряжения в этой цепи. В анодный полупериод при открытом тиристоре 15 электрический ток будет протекать через него, минуя цепь оксидируемой детали 4, что в целом снижает анодный ток, протекающий через нее. В этом случае, соотношение катодного и анодного токов будет больше единицы. Аналогично, при открытом тиристоре 16 это соотношение будет меньше единицы.
При микродуговом оксидировании вентильных металлов и сплавов для получения защитных оксидных покрытий с повышенной теплостойкостью, коррозионной и износостойкостью необходимо между токоподводом для оксидируемой детали 4 и электролитной ванной 5 формировать импульсы напряжения с пологим фронтом. Для этого открытие тиристоров 15 и 16 производится соответственно на спадах анодных и катодных импульсов напряжения.
Управление моментами открытия тиристора 15 осуществляется в анодном канале системы управления, состоящем из задатчика 6 напряжения, разностного элемента 9, одновибратора 11 и блока 13 гальванической развязки. На суммирующий вход разностного элемента 9 от неинвертирующего выхода буферного усилителя 7 поступает сигнал, пропорциональный падению напряжения между токоподводом для оксидируемой детали 4 и электролитной ванной 5. Из данного сигнала в разностном элементе 9 вычитается напряжение задатчика 6. При переходе от положительного напряжения к отрицательному на выходе разностного элемента 9 одновибратор 11 генерирует на своем выходе импульс напряжения, поступающий на блок 13 гальванической развязки, от которого к переходу управляющий электрод-катод тиристора 15 прикладывается отпирающее напряжение.
Катодный канал системы управления моментами открытия тиристора 16 состоит из задатчика 8 напряжения, разностного элемента 10, одновибратора 12 и блока 14 гальванической развязки. На суммирующий вход разностного элемента 10 от инвертирующего выхода буферного усилителя 7 поступает инверсия сигнала, пропорционального падению напряжения между токоподводом для оксидируемой детали 4 и электролитной ванной 5. Нагрузкой катодного канала является переход управляющий электрод-катод тиристора 16. Функционирует этот канал аналогично анодному.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет существенно расширить технологические возможности и повысить КПД микродугового оксидирования за счет обработки вентильных металлов и сплавов при соотношениях катодного и анодного токов как больше, так и меньше единицы без потерь электрической энергии на разрядном и токоограничивающем резисторах.