Устройство для микродугового оксидирования вентильных металлов и их сплавов

 

Изобретение относится к устройствам для получения толстослойных оксидных покрытий на вентильных металлах и их сплавах для защиты от коррозионно-механического разрушения. Цель изобретения - повышение качества толстослойных оксидных покрытий путем уменьшения крутизны фронта тока микродугового разряда. Устройство содержит ванну 1 с электролитом, соединенную через шунт 2 с второй ванной 3 и с одним выводом шунта 4, который вторым выводом соединен с одним выводом электронного ключа 5, вторым выводом соединенного с первой обкладкой конденсатора 6. Токоподвод оксидируемой детали 7 через последовательно соединенные электронный ключ 8 и конденсатор 9 соединен с второй обкладкой конденсатора 6, которая соединена с входной клеммой 10, а токоподвод оксидируемой детали 11 соединен с входной клеммой 12. Блок 13 синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к шунту 4 и одним входом к формирователю 14 импульсов, а блок 15 синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к шунту 2. Улучшение качества покрытия достигается введением в данное устройство второй ванны, второго шунта, второго конденсатора, двух ключей, двух блоков синхронизации и формирователя импульсов. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С 25 D ll/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f (?1) 4296518/31-02 (22) 17.08.87 (46) 30.08.89. Бюл. N 32 (71) Московский институт нефти и газа им. И.М.Губкина (72) А.П.Ефремов, Л. С.Саакиян, А.И.Капустник, А.В.Эпельфельд, Л.Я.Ропяк и И.Г.Мельников (53) 621.357.7 (080.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К 834267, кл. С 25 D 11/02, 1980.

Разработка микродуговых процессов с низкой энергоемкостью по нанесению теплостойких покрытий на алюминиевые сплавы. Отчет по НИР. Р гос. регистрации 01819012140, Новосибирск: Институт неор ганиче ской химии СО АН

СССР, 1984, с. 47.

„„Я0„„1 &д4292 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО

ОКСИДИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНИХ МЕТАЛЛОВ И

ИХ СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к устройс TBGM для получения толстослойннх оксидньгх покрытий на вентипьных металлах и их сплавах для защиты от коррозионно-механического разрушения . Цель изобретения — повышение качества тс лстослойных оксидных покрытий путем уменьшения крутизны фронта тока микроду гово го разряда . Устройство содержит ванну l с электролитом, соединенную через шунт 2 с второй ванной 3 и с одним выводом шунта 4, который вторым выводом соединен с одним вы водо м элек rpo нно го ключа 5, 15

3 1504292 вторым выводом соединенно го с первой обкладкой конденсатора 6. Токоподвод оксидируемой детали 7 через последовательно соединенные электронный ключ

8 и конденсатор 9 соединен с второй обкладкой конденсатора 6, которая соединена с входной клеммой IO, а токоподвод оксидируемой детали 11 соединен с входной клеммой 12. Блок 13 синхронизации двумя входами паралИзобретение относится к устройствам для получе ния толсто слойных ок-, сидных покрытий на вентильных металлах и их сплавах для защиты от кор- 20 розионно-механического разрушения и может быть использовано в машиностроении для нефтяной и химической промышленности.

Цель изобретения — повышение ка- 25 чества толстослойных оксидных покрытий путем уменьшения крутизны фронта тока микродугового разряда.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для микродугового оксиди- 30 рования; на фиг. 2 — блок-схема блока синхронизации (пример выполнения); на фиг. 3 — диаграммы импульсов, поясняющие работу устройства для единичного периода входного сигнала; на фиг. 4 — эквивалентная электрическая схема устройства.

Устройство для микродугового оксидирования (фиг. 1) содержит ванну

I с электролитом,,соединенную через 40 шунт 2 с второй ванной 3 и с одним выводом шунта 4, который вторым выводом соединен с одним выводом электронного ключа 5, вторым выводом соединенного с первой обкладкой конденсатора 6. Токоподвод оксидируемой детали 7 через последовательно соединенные электронный ключ 8 и конденса тор 9 соединен с второй обкладкой конденсатора 6, которая соединена с входной клеммой 10, а токоподвод ок50 сидируемой детали 11 соединен с входной клеммой 12, причем блок 3 синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к шунту 4 и одним входом

55 к формирователю 14 импульсов, а управляющим входом к управляемому входу электронного ключа 5, блок 15 синхронизации двумя входами паралдельно подсоединен к шунту 4 и одним входом к формирователю 14 импульсов, а блок 15 синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к шунту 2.

Улучшение качества покрытия достигается введением в данное устройство второй ванны, второго шунта, второго конденсатора, двух ключей, двух блоков синхронизации и формирователя импульсов. 4 ил . лельно подсоединен к шунту 2 и одним входом к формирователю 14 импульсов, а управляющим входом к управляемому входу электронного ключа 8. бормирователь 14 импульсов одним входом подсоединен к клемме IO, а другим к клемме 12 устройства.

На фиг. 3 приняты следующие обо-, значения: а — полный период входного сигнала, подаваемый на входные клеммы

10 и 12 устройства (в первую полуволну входного сигнала клемма 12 отрицательна по отношению к клемме IO)

Ь вЂ” командные импульсы с формирователя 14 импульсов по напряжению; с — командные импульсы с формирователя 16 импульсов, входящего в состав блока 13 синхронизации, по току;

d — командные импульсы с логического блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, входящего в блок 13 синхронизации; е — командные импульсы с логического инвертора 18, входящего в блок 13 синхронизации; функциональные зависимости разряда и заряда конденсатора 6;

g — - функциональные зависимости разряда и заряда конденсатора 9;

h — командные импульсы с логического инвертора 18, входящего в состав блока 15 синхронизации1 ко мандные импульсы с ло гиче ского блока ИСКЛЮЧА1Х!ЕЕ ИЛИ 17, входящего в состав блока 15 синхронизации;

1504292

5 командные импульсы с формирователя !6 импульсов по току, входящего в блок 15 синхронизации; время переходного процесса.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения:

D 1,11 — ванна 1, деталь 1!

D 7,,3 — ванна 3, деталь 7; зарядами

i< — ток разряда.

Работа устройства основана на ис-пол ьзо вании вентильных свойс тв системы оксидная пленка — обрабатываемая деталь. Различная проводимость этой системы влияет на перераспределение напряжений в последовательной цепи конденсатор — ванна с оксидируемой деталью, т. е. в один полупериод напряжение на конденсаторе в несколько раз выше напряжения на ванне с оксидируемой деталью ввиду вы- сокой проводимости системы оксидная пленка — деталь, а в другой полупериод, при низкой проводимости этой системы, напряжение заряда на конденсаторе в результате его зарядки в предыдущий полупериод складывается с напряжением внешнего источника питания, которым может служить промышленная сеть переменного тока, вследствие чего между ванной и деталью возникает умножеНное напряжение внешнего источника питания, вызывающее электрический пробой оксидной пленки и горение микродуговых разрядов на ее поверхности. При включении ванны

1 и 3, как показано на фиг. 1, конденсаторы 6 и 9 разряжаются на них поочередно, т.е. когда один разряжается, то другой заряжается и наоборот. Блоки 13 и 15 синхронизации служат для органиэации с помощью электронных ключей 5 и 8 заряда и разряда конденсаторов. Такое подключение ванн позволяет осуществлять их работу в двухтактном режиме, т.е. когда происходит высоковольтный пробой оксидной пленки на оксидируемой детали 7, то на оксидируемой детали 11 — низковольтный, при этом ванна 1 с оксидируемой деталью 11 оказывает демпфирующее воздействие нл высоковольтный пробой оксидной пленки на оксидируемой детали 7, что приводит к снижению крутизны фронта тока микродугового разряда в первый полупериод напряжения внешнего источника питания переь е нс î IQка, а во . ооой полупериод . Нны 1 и 3 с оксидируемыми деталями 11 и 7 ванны меняют свои функции.

Блоки 13 и 15 синхронизации построены однотипно и содержат (фиг . 2) последовательно соединенные фор1;.рователь 16 импульсов, логический блок

> ИСКЛЮЧАЮТ ЕЕ ИЛИ 1?, логиче ский инвертор 18 и усилитель 19. Блок синхронизации обеспечивает включение электронного ключа при совпадении полярности напряжения, информация о котором поступает с формирователя 14 импульсов (фиг.I), на входных клеммах

I0 и 12 устройства и напряжения на шунте и отключение электронного ключа при несовпадающей полярности.

Вентильные свойства системы естественная окисная пленка — деталь

|роявляется с первых же секунд вклюl2ния устройства, во время которых затухают переходные процессы, поэто25 му не имеет существенного значения полярность напряжения на входных клеммах 10 и 12 устройства.

Рассмотрим работу устройства, когда на входные клеммы 10 и 12 подается отрицательная полуволна напряжения, т.е. клемма 12 отрицательна по отношению к клемме 10. В этом случае проводимость системы оксидная пленка — деталь 11 будет высокой, а на

35 оксидируемой детали 7 — низкой. Поэтому по цепи между точками А и В протекает большой ток з аряда, з аряжающий конденсатор 6 и опережающий по фазе входное напряжение, приложенное к клеммам 10 и 12. Как только ток заряда в этой цепи падает до нулевого значения, блок синхронизации

13 отключает электронный ключ 5 и держит его в выключенном состоянин

4 до тех пор, пока не сменится полярность входного напряжения, приложенного к клеммам 10 и 12. В параллельной цепи между точками С и D в это же время, в момент отрицательной полуволны на входе устройства, протекает малый ток на начальном этапе подъема отрицательной полуволны вследствие высокого сопротивления системы оксидная пленка — деталь 7, 55 при этом напряжение заряжаемого конденсатора 6 складывается с напряжением конденсатора 9, предыдущей положительной полуволной, поэтому напряжение между оксидируемой деталью

1504292

40 сплавов, содержащее источник питания, ванну для электролита, корпус которой через шунт электрического сопротивления соединен с первой клеммой источника питания, и токоподвод для детали, соединенный с второй клеммой источника питания, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения качества толстослойных оксидных покрытий путем уменьшения крутизны

50 фронта тока микродугового разряда, оно сн абжено второй ванной для электролита, вторым шунтом электрического сопротивления и вторым конденса55 тором, двумя электронными ключами, двумя блоками синхронизации, формирователем импульсов и токоподводом для второй ок сидируемой детали, причем корпус ванны через второй шунт

7 и ванной 3 будет со временем расти. В зависимости от свойств оксидной пленки (толщины и пористости) на оксидируемой детали 7 происходит электропробой оксидной пленки, выз— ванный достигнутой разностью потенциалов между то ками А и В вследствие заряжения конденсатора 6 или, в случае отключенного электронного клю<а 5, входным напряжением, которое по полярности будет складываться с заряженным конденсатором 9, в результате чего поверхность оксидируемой детали 7 покрывается микродуговыми разрядами. В момент электропробоя оксидной пленки на оксидируемой детали

7 блок 13 синхронизации отключает электронный ключ 5, так как конденсатор 6 стремится разрядиться по цепи ADCB, поэтому ток разряда конденсатора 9 протекает от клеммы 10 через цепь DC, ванну I оксидируемую деталь 11 к клемме 12. Вследствие того, что ванна 1 с электролитом и помещенной в нее оксидируемой деталью

11 обладает нелинейным, возрастающим по времени, сопротивлением в результате образования парогазовой оболочки вокруг оксидируемой детали 11, крутизна фронта микродугового разря-. да и, соответственно, мощность микродуговых разрядов на поверхности оксидируе мой детали 7 суще ственно меньше, чем в известном устройстве.

При подаче положительной полуволны напряжения на вход устройства кле мма 1 2 положительна по о тноше нию к клемме 10. В этом случае проводимасть системы оксидная пленка — деталь 11 будет низкой, а системы оксидная пленка — деталь 7 — высокой, т.е. ванны с деталями поменяли свои функции, при этом конденсатор 6 разряжается, а конденсатор 9 заряжается. Блок 15 синхронизации не допускает разряда конденсатора 6 на цепочку DC, выполняющую функцию шунтирования по отношению к цепочке ВА и сглаживания фронта тока микрадугового разряда в цепи — оксидируемая деталь 1) — ванна 1.

Связь входного сигнала на устройстве,функциональных зависимостей заряда и разряда конденсаторов показана на фиг. 3 (диаграмма для единого периода входного сигнала) . Вследствие статистичности характера начдла и разряда конден сатиров каждому конкретному периоду

35 входного сигнала соответствует определенная диаграмма командных импульсов и функциональные зависимости разряда и заряда конденсаторов, т. е. сколько входных периодов сигнала за все время процесса, столько различных диаграмм. Адаптивная система, построенная на использовании обратной отрицательной связи (блоки синхронизации), позволяет оперативно реагировать на меняющуюся ситуацию, поэтому статистический характер моментов заряда и разряда конденсаторов не является препятствием для работы устройства, Применение предлагаемого устройства обеспечивает получение толстослойных покрытий с более низкой пористостью и позволяет за счет этОго повысить корроэионно-защитные свойства оксидного покрытия. Это приводит к увеличению срока службы оксидированной детали при работе в агрессивных средах и тем самым к увеличению межремонтного периода техноло— гического оборудования.

1<роме того, объемная пористость г сформированного оксидного покрытия составляет 207.(объемная пористость оксицного покрытия, сформированного при помощи известного устройСтва, равна 35K), причем время формирования оксидного покрытия и его толщина при использовании предлагаемого и известноro устройств одинаковы.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я устройство для микродугового оксидирования вентильных металлов и их

15042 соединен с корпусом второй ванны, второй вывод шунта соединен с одним выводом первого электронного ключа, второй вывод которого соединен с первой обкладкой конденсатора, а токоподвод второй оксидируемой детали через последовательно соединенные второй электронный ключ и второй конденсатор соединен с второй обклад — >0 кой конденсатора, которая соединена с первой клеммой источника питания, причем первый блок синхронизации

92 о подсоединен параллельно к шунту, управляющий выхо,. блэка синхронизации подключен к упрю ляемому входу первого электронного ключа, второй б;.ок синхронизации подсоединен параллельно к дополнительному шунту, а его управляющий выход подключен к управляемому входу второго электроннс го ключа, при этом оба блока синхронизации соединены с формирователем импульсов, подключенным к клеммам ис" точника питания.

Фис, Э

1504292

Д7;3

ЗКЛ 8

Фиг. 9

Составитель С. Пономарев

Редактор Л.Веселовская Техред M.Õoäàíè÷ Корректор С.Шекмар

Заказ 5219/31 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101