Устройство для микродугового оксидирования



Устройство для микродугового оксидирования
Устройство для микродугового оксидирования

 


Владельцы патента RU 2515732:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении для упрочнения или ремонта поверхностей деталей путем нанесения оксидного покрытия. Устройство содержит источник питания и ванну для электролита, два неуправляемых вентиля и два управляемых вентиля, конденсатор и систему управления, датчик тока и два датчика напряжения, ключ и дроссель. Корпус ванны соединен с клеммой источника питания, а вторая клемма - с анодом первого неуправляемого вентиля, с первой обкладкой конденсатора и с первым выводом ключа. Второй вывод ключа соединен со второй обкладкой конденсатора, с анодом второго неуправляемого вентиля и с катодом второго управляемого вентиля. Катод второго неуправляемого вентиля соединен с катодом второго неуправляемого вентиля и с анодом первого управляемого вентиля. Один вывод датчика тока соединен с катодом первого и второго управляемых вентилей, а другой - с первым выводом дросселя. Второй вывод дросселя соединен с обрабатываемой деталью. Входы системы управления соединены с выходами датчиков тока и напряжения, а ее выходы - с управляющими электродами управляемых вентилей и с управляющим элементом ключа. Технический результат - повышение прочности оксидного покрытия за счет обеспечения возможности увеличения его толщины. 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении или ремонте поверхностей деталей путем нанесения оксидного покрытия.

Известно устройство для микродугового оксидирования по авторскому свидетельству СССР №1624060, МКИ 5 C25D 11/02 от 10.03.1989 г. Известное устройство содержит источник питания с двумя клеммами и ванну с электролитом. Корпус ванны соединен с первой клеммой источника питания. Устройство снабжено также двумя вентилями, двумя токоподводами для оксидируемых деталей, тремя блоками конденсаторов и блоком циклирования режимов, причем токоподвод для первой детали соединен с первыми обкладками первого блока конденсаторов и катодом первого вентиля, токоподвод для второй детали соединен с первыми обкладками второго блока конденсаторов и анодом второго вентиля, анод первого и катод второго вентилей соединены с первыми обкладками третьего блока конденсаторов, а вторые обкладки третьего блока конденсаторов соединены со второй клеммой источника питания через блок циклирования режимов.

Известное устройство расширяет технологические возможности процесса микродугового оксидирования путем одновременного его проведения в одной ванне в нескольких режимах. Однако известное устройство не может обеспечить возможность наращивания толстого слоя оксидов, поскольку для этого необходимо повышенное напряжение. Напряжение должно быть повышено в ходе процесса оксидирования после того, как уже создан тонкий слой оксидной пленки. Создание толстого слоя оксидного покрытия необходимо при микродуговом оксидировании ответственных деталей, работающих в условиях фрикционного износа, например, внутренних поверхностей цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Известно также устройство для микродугового оксидирования металлов и сплавов, защищенное патентом РФ №1759041, МКИ5 C25D 11/02 от 19.10.1990 г., которое принято за прототип. Устройство по прототипу содержит источник питания с двумя клеммами, ванну для электролита, корпус которой соединен с первой клеммой источника питания, токоподвод для оксидируемой детали, два вентиля, блок циклирования режимов и два блока конденсаторов, вторые обмотки которых соединены со второй клеммой источника питания. Кроме того, устройство по прототипу снабжено двумя тиристорами и системой управления, причем обкладки первого блока конденсаторов соединены с анодом первого вентиля и катодом первого тиристора, первые обкладки второго блока конденсаторов с катодом второго вентиля и с катодом первого тиристора, катод первого и анод второго вентилей соединены с первой клеммой источника питания, анод первого и катод второго тиристоров - с токоподводом для детали, управляющие электроды тиристоров с выходом системы управления, а блок циклирования режимов - с ее входом.

Совокупность признаков прототипа позволяет существенно увеличить технологические возможности процесса микродугового оксидирования, позволяя производить обработку не только вентильных, но и других металлов и сплавов. Однако устройство по прототипу не может обеспечить возможность наращивания толстого слоя оксидов, поскольку не обеспечивает возможность увеличивать напряжение в ходе процесса обработки деталей. Возможность повышения напряжения в начале процесса не обеспечит увеличение толщины слоя покрытия, поскольку при высоком напряжении возможен переход процесса в макродуговой, что может привести к повреждениям обрабатываемой поверхности. Для получения слоя большой толщины необходимо повышать напряжение после того, как будет создан начальный тонкий слой диэлектрического оксидного покрытия. Тогда при повышении напряжения будет продолжаться процесс микродугового оксидирования и будет увеличиваться толщина покрытия. Устройство по прототипу такой процесс обеспечить не может.

Технический эффект предлагаемого устройства - повышение прочности оксидного покрытия за счет обеспечения возможности повышения его толщины.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно содержит источник питания электрическим током с двумя клеммами и ванну для электролита, два неуправляемых вентиля и два управляемых вентиля, конденсатор и систему управления. Корпус ванны соединен с одной из клемм источника питания. В отличие от прототипа устройство дополнительно содержит датчик тока и два датчика напряжения, ключ и дроссель. Вторая клемма источника питания соединена с анодом первого неуправляемого вентиля, с первой обкладкой конденсатора и с первым выводом ключа. Второй вывод ключа соединен со второй обкладкой конденсатора, с анодом второго неуправляемого вентиля и с катодом второго управляемого вентиля. Катод второго неуправляемого вентиля соединен с катодом второго неуправляемого вентиля и с анодом первого управляемого вентиля. Один из выводов датчика тока соединен с катодом первого и второго управляемых вентилей, а другой - с первым выводом дросселя. Второй вывод дросселя соединен с обрабатываемой деталью. Входы системы управления соединены с выходами датчиков тока и напряжения, а ее выходы - с управляющими электродами управляемых вентилей и с управляющим элементом ключа.

Совокупность признаков предлагаемого устройства обеспечивает достижение технического эффекта вследствие того, что при включении системой управления с помощью управляемых вентилей конденсатора на разряд через обрабатываемую деталь происходит повышение напряжения, что делает возможным протекание процесса микродугового оксидирования при наличии на обрабатываемой поверхности оксидной пленки. Это создает возможность увеличения толщины оксидного покрытия, что увеличивает его прочность.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана электрическая схема устройства, а на фиг.2 - диаграмма токов и напряжений в процессе МДО с использованием предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство для микродугового оксидирования включает в себя источник питания 1 с двумя клеммами 2 и 3 и ванну для электролита 4. Корпус ванны 4 соединен с клеммой 2 источника питания 1. Устройство снабжено двумя неуправляемыми вентилями 5 и 6, двумя управляемыми вентилями 7 и 8, ключом 9, конденсатором 10, дросселем 11, датчиком тока 12, и двумя датчиками напряжения 13 и 14, а также системой управления 15. Вторая клемма 3 источника питания 1 соединена с анодом первого неуправляемого вентиля 6, с первой обкладкой конденсатора 10 и с первым выводом ключа 9. Второй вывод ключа 9 соединен со второй обкладкой конденсатора 10, с анодом второго неуправляемого вентиля 5 и с катодом второго управляемого вентиля 7. Катод первого неуправляемого вентиля 6 соединен с катодом второго неуправляемого вентиля 5 и с анодом первого управляемого вентиля 8. Один из выводов датчика тока 12 соединен с катодом первого 6 и с анодом второго 7 управляемых вентилей. Второй вывод датчика тока 12 соединен с первым выводом дросселя 11, второй вывод которого соединен с обрабатываемой деталью 16, погруженной в электролит 17, залитый в ванну 4 перед началом работы устройства. Входы системы управления 15 соединены с датчиком тока 12 и с датчиками напряжения 13 и 14, причем датчик напряжения 13 подключен между клеммами 2 и 3 источника питания 1, а датчик напряжения 14 подключен между первым выводом датчика тока 12 и ванной 4. Выходы системы управления 15 подключены к управляющим электродам управляемых вентилей 7 и 8 и к управляющему элементу ключа.

Устройство работает следующим образом.

В ванну 4 заливают электролит 17, помещают в него обрабатываемую деталь 16 и соединяют ее со вторым выводом дросселя 11. Затем подключают источник питания 1 к сети переменного тока напряжением 380 В. При первичной обработке детали 16, не имеющей на поверхности нанесенного оксидного слоя, системой управления 15 задают режим работы устройства без конденсатора 10. Система управления 15 при ее включении подает управляющий сигнал на ключ 9, и он замыкается, шунтируя конденсатор 10 и неуправляемый вентиль 6.

Система управления 15 представляет собой, например, микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, который отслеживает с помощью датчиков напряжения 13 и 14 напряжение на выходных клеммах источника питания 1 (Uвх на фиг.2) и напряжение между корпусом ванны 4 и деталью 16 Uвых, а также с помощью датчика тока 12 величину тока I, проходящего через деталь 16. Кроме того, система управления осуществляет импульсно-фазовое управление вентилями 7 и 8, в качестве которых могут быть использованы тиристоры. Так как электрическая нагрузка для источника питания 1 является активно-емкостной, то в схему введен дроссель 11, который осуществляет сглаживание тока, проходящего через деталь, что исключает резкий всплеск тока. Этим предупреждается возникновение дефектов покрытия типа поджогов поверхности детали 16.

Одновременно с подачей сигнала на ключ 9 система управления 15 считывает с датчика 13 значение входного напряжения Uвх между клеммами 2 и 3 источника питания 1 и определяет момент перехода этого напряжения через ноль, от которого ведется отсчет угла управления вентилями 7 и 8. Устанавливаются разные углы управления в отрицательной и положительной полуволнах напряжения Uвых.

При положительной полуволне напряжения Uвых ток I протекает по цепи: источник питания 1 - ключ 9 - неуправляемый вентиль 5 - управляемый вентиль 8 - датчик тока 12 - дроссель 14 - обрабатываемая деталь 16 - электролит 17 - ванна 4 - источник питания 1. Происходит анодный процесс микродугового оксидирования. При отрицательной полуволне напряжения ток I протекает в обратную сторону по цепи: источник питания 1 - ванна 4 - электролит 17 - обрабатываемая деталь 16 - дроссель 11 - датчик тока 12 - управляемый вентиль 7 - ключ 9 - источник питания 1. Происходит катодный процесс МДО.

В ходе процесса МДО система управления 15 через датчик 12 следит за величиной тока I, протекающего через деталь 16, и сравнивает ее с заданной величиной. Если ток в процессе МДО I изменяется, система управления производит корректировку угла управления вентилями 7 и 8, что увеличивает или уменьшает действующее значение тока в пределах полуволны.

При МДО вследствие микродуговых разрядов на поверхности детали 16 возникает оксидный слой. Электрическое сопротивление поверхности детали 16 увеличивается, сила тока, проходящего через эту поверхность, соответственно уменьшается. Процесс МДО может самопроизвольно прекратиться при относительно небольшой толщине покрытия, поскольку возможности увеличения силы тока регулированием угла управления вентилями 7 и 8 ограничены пределами полуволны напряжения. В момент, когда плотность тока, проходящего через деталь 16, уменьшится до 40% от заданного начального значения, система управления, получив об этом сигнал с датчика тока 12, переключит устройство на режим работы с конденсатором 10. В этом случае система управления 15 подаст сигнал на ключ 9, который разомкнется.

Система управления 15 при этом производит импульсно-фазовое управление только управляемым вентилем 8, регулируя угол его запуска при анодном процессе для поддержания постоянного отношения анодного тока к катодному. При этом с датчика напряжения 14 система 15 считывает значение выходного напряжения Uвых (фиг.2), осуществляя по нему контроль.

В режиме с конденсатором 10 ток I при отрицательной полуволне напряжения протекает по цепи: источник питания 1 - ванна 4 - электролит 17 - обрабатываемая деталь 16 - дроссель 11 - датчик тока 12 - управляемый вентиль 7 - конденсатор 10 - источник питания 1. Вентиль 7 в этом случае используется как неуправляемый, угол управления им равен нулю. При таком включении ток протекает через конденсатор 10 и через нагрузку одновременно, конденсатор 10 при этом заряжается, ограничивая ток в нагрузке.

При положительной полуволне, когда напряжение на конденсаторе Uc становится больше входного напряжения Uвх, ток I протекает по цепи: источник питания 1 - конденсатор 10 - неуправляемый вентиль 5 - управляемый ветиль 8 - датчик тока 12 - дроссель 11 - обрабатываемая деталь 16 - электролит 17 - ванна 4 - источник питания 1. При этом напряжение на конденсаторе 10 (Uc) складывается с выходным напряжением Uвых, которое в этом случае практически удваивается. Это обеспечивает возможность продолжения процесса МДО при наличии на поверхности детали 16 тонкой оксидной пленки, обладающей большим электрическим сопротивлением. В результате обеспечивается увеличение толщины оксидного покрытия на детали 16, что повышает прочность покрытия, особенно в условиях фрикционного износа - достигается технический эффект предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено и осуществлено с помощью известных в технике средств. В качестве источника питания 1 может быть использован любой известный источник, применяемый обычно в установках для МДО (например, из числа описанных в книге И.В. Суминова и др. Микродуговое оксидирование. - М.: «Экомед», 2005. - С.153, глава 3). В качестве неуправляемых и управляемых вентилей 5 и 6, 7 и 8 могут использоваться соответственно полупроводниковые диоды и тиристоры. Датчиками напряжения 13 и 14 могут служить известные электронные вольтметры, датчиком тока 12 - применяемые обычно для этой цели трансформаторы тока. Система управления 15 может быть выполнена, например, в виде известного микроконтроллера со встроенным аналого-цифровым преобразователем. Ключ 9 может представлять собой любое электронное или электромеханическое пусковое устройство соответствующих параметров, применяемое в промышленности.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает получение технического результата, заключающегося в повышении прочности оксидного покрытия путем увеличения его толщины. Устройство может быть выполнено с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.

Устройство для микродугового оксидирования, содержащее источник питания электрическим током с двумя клеммами, ванну для электролита, корпус которой соединен с одной из клемм источника питания, два неуправляемых вентиля и два управляемых вентиля, конденсатор и систему управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик тока и два датчика напряжения, ключ и дроссель, вторая клемма источника питания соединена с анодом первого неуправляемого вентиля, с первой обкладкой конденсатора и с первым выводом ключа, причем второй вывод ключа соединен со второй обкладкой конденсатора, с анодом второго неуправляемого вентиля и с катодом второго управляемого вентиля, а катод первого неуправляемого вентиля соединен с катодом второго неуправляемого вентиля и с анодом первого управляемого вентиля, причем один из выводов датчика тока соединен с катодом первого и с анодом второго управляемых вентилей, второй вывод датчика тока соединен с первым выводом дросселя, а второй вывод дросселя предназначен для соединения с обрабатываемой деталью, причем один из датчиков напряжения подключен между клеммами источника питания, а второй датчик напряжения подключен между первым выводом датчика тока и ванной, при этом входы системы управления соединены с датчиками тока и напряжения, а ее выходы - с управляющими электродами управляемых вентилей и с управляющим элементом ключа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на электропроводящие изделия, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали и изделия из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, используемых в авиационной, машиностроительной, химической и строительной промышленности.

Изобретение относится к области электрохимической обработки поверхности изделий из вентильных металлов и их сплавов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для получения гидрофобных покрытий, обладающих высокой износостойкостью, а также антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Изобретение относится к области получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников и изучения наноструктурированных материалов в in-situ экспериментах. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обработки поверхности металлов и их сплавов. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может найти применение в машиностроении и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для оксидирования поверхностей деталей, выполненных из вентильных металлов, в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к электролитическим способам нанесения защитных покрытий и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, прецизионном машиностроении, приборостроении и медицинской технике.
Изобретение относится к нанесению защитных покрытий на изделия из стали, эксплуатируемые в коррозионно-активных средах, в частности в морской воде. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении. Устройство содержит источник питания, бак для электролита, насос для перекачки электролита, электрохимическую ячейку, при этом оно содержит шунт для измерения силы тока, измеритель электрической мощности, вычислительный блок с преобразователем частоты, соединенный с насосом для перекачки электролита, который выполнен регулируемым. Электрохимическая ячейка образована анодом-деталью, верхней и нижней крышками, причем в верхней крышке выполнено отверстие для отвода электролита и отверстие для катода, и цилиндрическим полым катодом, в котором выполнены отверстия, направленные в межэлектродный промежуток, а также отверстие для подачи электролита. Технический результат: увеличение мощности, подаваемой в межэлектродный промежуток, снижение времени обработки детали при оптимальном соотношении мощности потребления, времени обработки детали и качества поверхности заготовки. 1 ил.
Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимической обработке поверхностей металлов и сплавов методом микродугового оксидирования (МДО), для создания толстослойных износостойких покрытий и может быть использовано для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов объектов машиностроения, например двигателей внутреннего сгорания. Способ получения толстослойных защитных покрытий в режиме микродугового оксидирования включает установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. В качестве электролита используют водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 2,5 г/л, процесс микродугового оксидирования ведут в течение 2,5-3,5 часов при силе тока I=4,5÷12 A, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=200÷415 B. Предложенное изобретение позволяет получить толстослойное износостойкое покрытие методом МДО с повышенными значениями микротвердости, а также снизить трудоемкость и энергоемкость за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов для получения коррозионно-стойких покрытий и может быть использовано для осуществления локальной обработки поверхности конструкций, например, из титановых сплавов в машиностроении, медицине, авиации. Способ получения защитного беспористого покрытия микродуговым оксидированием на поверхности листа из титанового сплава включает очистку и обезжиривание поверхности листа, установку на локальном участке листа устройства в виде корпуса из винипласта с уплотнительным кольцом и катодом в виде металлической сетки из нержавеющей стали в конической трубе и непрерывную подачу электролита на основе гидрофосфата натрия в упомянутый корпус по замкнутому контуру на обрабатываемый лист - анод под принудительным давлением 0,4-0,5 атм, а затем на катод при максимальном напряжении 190 В и плотности тока 0,5 А/дм2 в течение 10 мин. Технический результат: повышение коррозионной стойкости оксидных покрытий путем снижения пористости и увеличения эффективной толщины покрытия. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для использования при изготовлении металлокерамических зубных протезов. Изготавливают металлическую основу из металлов вентильной группы. Осуществляют ее очистку и обработку. На металлической основе микродуговым оксидированием формируют керамический слой, толщиной не менее 50 мкм, в водном растворе электролита на основе сульфата алюминия, с последующим нанесением глазури и термической обработкой протеза в вакууме при температурах, не превышающих температур аллотропических превращений в материале металлической основы, но не менее 830°С, времени выдержки не менее 15 минут. При этом скорость подъема температуры должна быть не более 15°C/мин, скорость охлаждения - не более 7°C/мин, а отношение толщины керамического слоя к общей толщине покрытия должно составлять 0,6 - 0,8. Способ, за счет получения металлокерамических конструкций, обладающих требуемыми физическими свойствами и высокими прочностными характеристиками, позволяет изготавливать протезы с меньшей трудоемкостью, высоких качества, надежности и эстетических характеристик. 20 ил., 10 табл., 1 пр.

Группа изобретений относится области медицины и может быть использовано для получения антибактериального покрытия на медицинских изделиях. Способ обработки поверхности медицинского изделия включает стадии, на которых: получают коллоидно-диспергированную систему, подвергают медицинское изделие обработке коллоидно-диспергированной системой путем погружения, создают разность потенциалов цепи переменного тока между медицинским изделием в качестве первого электрода и/или вторым электродом, помещенным в коллоидно-диспергированную систему, для превращения погруженной поверхности в оксидную пленку посредством плазменного электролитического оксидирования, при этом превращенная поверхность частично покрывается островками, образованными коллоидно-диспергированными частицами коллоидно-диспергированной системы. Напряжение переменного тока подают как асимметричное и/или синусоидальное напряжение переменного тока, причем отношение, полученное делением положительной амплитуды на отрицательную амплитуду, настраивают на абсолютную величину в диапазоне от значения >1 до 4. Группа изобретений относится также к медицинским изделиям, полученным указанным способом, и устройству для осуществления указанного способа. Группа изобретений обеспечивает возможность регулирования степени однородности покрытия на любом типе формы медицинского изделия. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области формирования функциональных покрытий, в частности оксида алюминия, на поверхности изделий из титана и его сплавов методами плазменного напыления и микродугового оксидирования. Способ включает электроплазменное напыление на поверхность изделия порошка оксида алюминия дисперсностью 50-100 мкм с дистанцией напыления от 100 до 120 мм при токе дуги от 300 до 350 А и микродуговое оксидирование в анодном режиме при плотности тока (1-2)×103 А/м2, продолжительностью от 10 до 30 минут в щелочном электролите на основе гидрооксида натрия 1-3 г/л. Задачей изобретения является повышение механических свойств плазмонапыленных покрытий на титане и его сплавах, в частности микротвердости, при сокращении времени нанесения. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для изготовления катушек индуктивности для высоковольтного электрооборудования, силовых низковольтных трансформаторов, трансформаторов распределительных сетей. Способ включает формирование изоляционного покрытия на проводнике микродуговым оксидированием (МДО). Проводник пропускают через электролит с размещенным в нем электродом, на который подают переменное электрическое напряжение, при этом используют две ванны, объем которых заполняют электролитом, в каждой из которых размещают по электроду, которые соединяют с источником переменного напряжения. Проводник пропускают последовательно через электролит обеих ванн, при этом напряжение и время пропускания проводника через электролит выбирают согласованными с требуемой толщиной формируемого покрытия в отсутствие его деградации, причем согласование проводят в отношении порции проводника, находящейся в электролите, а для остального проводника оксидирующее воздействие не осуществляют. Технический результат: повышение сопротивляемости электрическому пробою получаемого покрытия, достижение возможности пропускания проводника через электролит, игнорирования необходимости анодного контакта проводника при МДО, достижение эластичности формируемого покрытия, его устойчивости к воздействиям на изгиб и растяжение изделия, на котором сформировано покрытие, достижение однородности покрытия по толщине всей поверхности проводника, достижение структурной однородности покрытия по всей поверхности проводника. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.
Наверх