УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
DEVICE FOR MICRO-ARC OXIDATION OF METALS AND ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к оборудованию для электрохимической обработки поверхностей вентильных металлов и их сплавов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях для повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий.
Известно устройство, состоящее из конденсатора, включаемого последовательно между однофазной сетью переменного тока и выводами гальванической ванны с деталью. [Суминов И.В. Микродуговое оксидирование (Теория, технология, оборудование) / И.В. Суминов, А.В. Эпельфельд, В.Б. Людин, Б.Л. Крит, A.M. Борисов. - М.: ЭКОМЕТ, 2005. - С. 157, рис. 3.5-а]. Устройство работает в анодно-катодном режиме с плавным нарастанием и спаданием импульса формовочного напряжения. Регулировка действующего тока в схеме осуществляется изменением емкости конденсатора. Это устройство имеет недостатки, заключающиеся в невозможности независимого регулирования значения токов анодной и катодной составляющей, а также в нерегулируемой частоте процесса обработки. Это сужает возможности использования технологии для различных металлов и сплавов, так как соотношение токов в анодной и катодной части процесса, частота и скважность импульсов формовочного напряжения, а также скорость нарастания и спадания фронта тока через деталь являются значимыми технологическими параметрами для свойств формируемых покрытий [Суминов И.В. Микродуговое оксидирование (Теория, технология, оборудование) / И.В. Суминов, А.В. Эпельфельд, В.Б. Людин, Б.Л. Крит, A.M. Борисов. - М.: ЭКОМЕТ, 2005. - С.157, рис. 3.5-а].
Известно также устройство - технологический источник тока, принятое за прототип. Оно содержит выпрямитель с подключенным на его выходе корректором коэффициента мощности (ККМ) с независимым регулированием анодного и катодного напряжений, к которому подключен автономный инвертор тока. К выходу инвертора подключены клеммы гальванической ванны, а управление системой осуществляет система управления. [Патент №110090 Российская Федерация, МПК C25D 11/02 В02С, C25D 19/00 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА ДЛЯ МИКРОПЛАЗМЕННОГО ОКСИДИРОВАНИЯ: №2011117912/02, заявл. 2011.05.04: опубл. 2011.11.10 / Болыненко Андрей Викторович; заявитель ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный технический университет"]. Это устройство по сравнению с аналогом может независимо регулировать значение тока нагрузки и соотношение анодной и катодной составляющих тока. Устройство способно также регулировать частоту импульсов тока. Однако это устройство не способно регулировать скорость нарастания и спада фронта импульса тока. Это ограничивает технологические возможности источника питания при работе с разными металлами и их сплавами.
Предлагаемое изобретение направлено на расширение технологических возможностей устройств микродугового оксидирования: получение режимов обработки с различными скоростями нарастания и спада импульса тока в одном устройстве.
Технический результат достигается тем, что устройство содержит источник напряжения, подключенный к выпрямителю, а к выходу выпрямителя подключен ККМ с независимым регулированием анодного и катодного напряжений. Выход ККМ соединен со входом автономного инвертора, а в выходной цепи инвертора располагается гальваническая ванна с деталью. При этом устройство также содержит датчик тока, подключенный в цепь ванны, и датчик напряжения, включенный параллельно ванне с деталью. Оба датчика подключаются к системе управления, которая в свою очередь подключена к инвертору и ККМ, при этом в отличие от прототипа в электрическую цепь последовательно с обрабатываемой деталью введен дроссель, а параллельно ему - электрический ключ.
Изобретение иллюстрировано структурной схемой предлагаемого устройства (фиг.1).
В состав устройства входят: выпрямитель 1, источник напряжения 2, ККМ 3, автономный инвертор 4, система управления 5, деталь 6, гальваническая ванна 7, дроссель 8, датчик тока 9 детали 6, датчик напряжения 10 между деталью 6 и ванной 7, электрический ключ 11.
Устройство работает следующим образом. Выпрямитель 1 (фиг.1) выпрямляет входное сетевое напряжение от источника 2, при этом ККМ 3, подключаемый последовательно с выпрямителем 1, осуществляет электропотребление из сети с высоким коэффициентом мощности. Также ККМ 3 на своем выходе формирует два канала постоянного стабилизированного регулируемого напряжения (для питания анодной и катодной составляющих напряжения на инверторе 4). Указанные каналы подключаются на входы инвертора 4, который управляется от системы управления 5. Система управления 5 управляет также ККМ 3. Инвертор 4 формирует напряжение в цепи нагрузки из элементов: деталь 6, ванна 7, дроссель 8, датчик тока 9. Дроссель 8 ограничивает скорость нарастания тока в цепи ванны 7 и детали 6. Система управления 5 формирует импульсы управления на основе сигналов тока и напряжения, полученных от нагрузки через датчики тока 9 и напряжения 10. Датчик напряжения устанавливается параллельно соединению "деталь 6 - ванна 7". Параллельно дросселю 8 установлен ключ 11, который замыкается системой управления 5 для осуществления резкого нарастания тока в цепи "деталь 6 - ванна 7".
Если формировать напряжение в инверторе по заданному закону, например методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то можно добиться получения сглаженного тока в цепи "деталь 6 - ванна 7". Таким образом, дроссель выступает в роли динамического токоограничивающего элемента и позволяет формировать заданный закон изменения тока на нагрузке. Используя алгоритмы управления, можно также получить заданную по форме кривую напряжения на нагрузке, что расширяет функциональность источника.
По данной схеме изготовлен опытный образец устройства, на котором проведены практические исследования. Результаты представлены в виде осциллограмм напряжения и тока на ванне с деталью в разных режимах (на фиг.2, 3).
Для исследования схемы использовалось измерительное оборудование: для измерения напряжения на нагрузке - дифференциальный пробник DP-150 Pro производителя Pintek, для измерения тока нагрузки - токовый пробник ТРА-622 для осциллографов и мультиметров того же производителя, для регистрации процессов в файлы данных - плата ввода/вывода PCI-1714UL-ВЕ производителя Advantech.
Технический результат проиллюстрирован графиками (фиг.2, 3): при подключении дросселя и управлении инвертором с помощью ШИМ скорость нарастания тока изменилась с 500 кА/с до 0,67 кА/с, что для эвтектического алюминиево-кремниевого сплава дало рост оксидного слоя с 0,7-0,8 мкм/мин, до 1,7-1,8 мкм/мин.