Устройство для микродугового оксидирования вентильных металлов и их сплавов

(51)4 С 25 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ окрытии на вентип сплавах для заьных ме таллах и их коррозионно-м ния. Цель изо чества толсто тий путем уме еханического азрушеышение ка ных покрыны фронтаУстрой- ктролитом ретени лойных по оксид шения крути ого разряда анну 1 с зл о ка ми к роду го ство содержит соединенную черезванной 3 и с однимкоторый вторым выв т второи водом шунт ом сое кого к инеи с одюча 5,ним выводом электр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский институт нефти и газа им. И.М.Губкина(56) Авторское свидетельство СССРКф 834267, кл. С 25 П 11/02, 1980,Разработка микродуговых процессовс низкой энергоемкостью по нанесениютеплостойких покрытий на алюминиевыесплавы. Отчет по НИР, Р гос. регистрации 01819012140, Новосибирск: Институт неорганической химии СО АНСССР, 1984, с. 47ЯО 15 д 429(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОДУГОВОГООКСИДИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНИХ МЕТАЛЛОВ ИИХ СПЛАВОВ 57, Изобретение относится к устротвам для получения толстослойннх3 1504292 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 токоподнод оксидируемой детали 11 соединен с входной клеммой 12. Блок 13 синхронизации днумя 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, нторого конденсатора, двух ключей, двух блоков синхронизации и формирователя импульсов. 4 ил .Изобретение относится к устройствам для получе ния толсто слойных ок-, сидных покрытий на вентильных металлах и их сплавах для защиты от коррозионно-механического разрушения и может быть использовано в машиностроении для нефтяной и химической промышленности.Цель изобретения - повышение ка честна толстослойных оксидных покрытий путем уменьшения крутизны фронта тока микродугового разряда.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для микродугового оксиди 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 ваннус 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 1 О, а токоподвод ок 50 сидируемой детали 11 соединен с входной клеммой 12, причем блок3 синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к шунту 4 и одним входом55к формирователю 14 импульсов, а управляющим входом к управляемому входу электронного ключа 5, блок 15 синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к шунту 2 и однимнходом к формирователю 4 импульсов, а управляющим входом к управляемому входу электронного ключа 8. бормирователь 14 импульсов одним входом подсоединен к клемме О, а другим к клемме 12 устройства.На фиг, 3 приняты следующие обо-, значения:а - полный период входного сигнала,подаваемый на входные клеммы1 О и 12 устройства (в первуюполуволну нходного сигналаклемма 2 отрицательна по отношению к клемме О);Ь - командные импульсы с формирователя 14 импульсов по напряжению;с - командные импульсы с формирователя 6 импульсов, входящегон состав блока 13 синхронизации, по токус 1 - командные импульсы с логического блока ИСКЛЮЧАЮТЕЕ ИЛИ 17,входящего н блок 13 синхронизации;е - командные импульсы с логического инвертора 18, входящегов блок 13 синхронизации;функциональные зависимостиразряда и заряда конденсатора 6;8 - функциональные зависимостиразряда и заряда конденсатора 9;Ь - командные импульсы с логического иннертора 18, входящегов состан блока 15 синхронизации 1ко мандные импульсы с ло гиче ского блока ИСКЛЮЧАХЕЕ ИЛИ 17,входящего в состав блока 15синхронизации;504292 5командные импульсы с формирователя 16 импульсов по току,входящего в блок 15 синхронизации;время переходного процесса.На фиг. 4 приняты следующие обозначения:П 1,11 - ванна 1, деталь 11;Б 7, 3 - ванна 3, деталь 7;1 - ток заряда1 - ток разряда,Работа устройства основана на использовании вентильных свойств системы оксидная пленка - обрабатываемая деталь. Различная проводимостьэтой системы влияет на перераспределение напряжений в последовательнойцепи конденсатор - ванна с оксидируемой деталью, т.е. в один полупериод напряжение на конденсаторе внесколько раз выше напряжения на ванне с оксидируемой деталью ввиду высокой проводимости системы оксиднаяпленка - деталь, а в другой полупериод, при низкой проводимости этойсистемы, напряжение заряда на конденсаторе в результате его зарядкив предыдущий полупериод складываетсяс напряжением внешнего источника питания, которым может служить промышленная сеть переменного тока, вследствие чего между ванной и детальювозникает умножеНное напряжение внешнего источника питания, вызывающееэлектрический пробой оксидной пленкии горение микродуговых разрядов наее поверхности, При включении ванны1 и 3, как показано на фиг. 1, конденсаторы 6 и 9 разряжаются на нихпоочередно, т.е. когда один разряжается, то другой заряжается и наоборот. Блоки 13 и 15 синхронизациислужат для органиэации с помощьюэлектронных ключей 5 и 8 заряда иразряда конденсаторов. Такое подключение ванн позволяет осуществлять ихработу в двухтактном режиме, т,е.когда происходит высоковольтный пробой оксидной пленки на оксидируемойдетали 7, то на оксидируемой детали 11 - низковольтный, при этом ванна 1 с оксидируемой деталью 11 оказывает демпфирующее воздействие н высоковольтный пробой оксидной пленкина оксидируемой детали 7, что приводит к снижению крутизны фронта токамикродугового разряда в первый полупериод напряжения внешнего источника питания переье нс о ока, а во .ооой полупериод . Нны 1 и 3 с оксидируемыми деталями 11 и 7 ванны меняют свои функции.5Блоки 13 и 15 синхронизации построены однотипно и содержат (фиг,2) последовательно соединенные форк.рователь 16 импульсов, логический блок ИСКЛЮЧАЮ 13 ЕЕ ИЛИ 1, логический инвертор 18 и усилитель 19. Блок синхронизации обеспечивает включение электронного ключа при совпадении полярности напряжения, информация о котором поступает с формирователя 14 импульсов (фиг.1), на входных клеммах1 О и 12 устройства и напряжения нашунте и отключение электронного ключа при несовпадающей полярности.Вентильные свойства системы естественная окисная пленка - детальпроявляется с первых же секунд включения устройства, во время которыхзатухают переходные процессы, поэто му не имеет существенного значенияполярность напряжения на входныхклеммах 10 и 12 устройства.Рассмотрим работу устройства, когда на входные клеммы 10 и 12 подается отрицательная полуволна напряжения, т.е, клемма 12 отрицательна поотношению к клемме 10. В этом случаепроводимость системы оксидная пленка - деталь 11 будет высокой, а на 35оксидируемой детали 7 - низкой . Поэтому по цепи между точками А и Впротекает большой ток заряда, заряжающий конденсатор 6 и опережающийпо фазе входное напряжение, приложенное к клеммам 10 и 12. Как толькоток заряда в этой цепи падает до нулевого значения, блок синхронизации13 отключает электронный ключ 5 идержит 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 П в этоже время, в момент отрицательной полуволны на входе устройства, протекает малый ток на начальном этапеподъема отрицательной полуволнывследствие высокого сопротивлениясистемы оксидная пленка - деталь 7, 55при этом напряжение заряжаемого конденсатора 6 складывается с напряжением конденсатора 9, предыдущей положительной полуволной, поэтому напряжение между оксидируемой деталью7 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 ключа 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 АЭСВ, поэтому ток разряда конденсатора 9 протекает от клеммы 10 через цепь РС, ванну 1, 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 разряда и, соответственно, мощность микродуговых разрядов на поверхности оксидируемой детали 7 существенно меньше, чем в известном устройстве,При подаче положительной полуволны напряжения на вход устройства клемма 12 положительна по отношению 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 РС, выполняющую функцию шунтирования по отношению к цепочке ВА и сглаживания фронта тока микрадугового разряда в цепи - оксидируемая деталь 11 - 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 периоду10 устройство для микродугового оксидирования вентильных металлов и их40сплавов, содержащее источник питания,ванну для электролита, корпус которой через шунт электрического сопротивления соединен с первой клеммойисточника питания, и токоподвод длядетали, соединенный с второй клеммойисточника питания, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения качества толстослойных оксидныхпокрытий путем уменьшения крутизны 50фронта тока микродугового разряда,оно снабжено второй ванной для электролита, вторым шунтом электрического сопротивления и вторым конденсатором, двумя электронными ключами,двумя блоками синхронизации, формирователем импульсов и токоподводомцля второй оксидируемой детали, причем корпус ванны через второй шунт 15 20 25 30 35 входного сигнала соответствует определенная диаграмма командных импульсон и функциональные зависимости разряда и заряда конденсаторов, т,е, сколько входных периодов сигнала завсе 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 получениетолстослойных покрытий с более низ-кой пористостью и позволяет за счетэтОго повысить корроэионно-защитныесвойства оксидного покрытия. Это приводит к увеличению срока службы оксидированной детали при работе в агрессивных средах и тем самым к увеличению межремонтного периода технологического оборудования.1 роме того, объемная пористостьгсформированного оксидного покрытия составляет 207,(объемная пористость оксицного покрытия, сформированногопри помощи известного устройСтва,равна 357), причем время формирования оксидного покрытия и его толщина при использовании предлагаемого иизвестного устройств одинаковы.Формул а и з о б р е т е н и я15042соединен 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 кой конденсатора, которая соединена с первой клеммой источника питания, причем первый блок синхронизации 92 10подсоединен параллельно к шунту, управляющий выхо,. блока синхронизацииподключен к управляемому входу первого электронного ключа, второй б;оксинхронизации подсоединен параллельно к дополнительному шунту, а егоуправляющий выход подключен к управляемому входу второго электроннс гоключа, при этом оба блока синхронизации соединены с формирователем импульсов, подключенным к клеммам ис"точника питания .1504292 Составитель С.ПономаревВеселовская Техред Я,ХоданичКорректор С.Шекм Редакт 9/31 Тираж 605 Подписное сударствеиного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 Зака ВНИИПИ зводственно-издательский комбинатПатент Ужго ул. Гагарина