具有放電回路的鎂合金微弧氧化脈沖電源研制.pdf

1、微弧氧化是在陽(yáng)極氧化工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一種表面改性新技術(shù)，它利用微區(qū)電弧放電在金屬表面生成陶瓷狀氧化膜。本文根據(jù)微弧氧化處理過(guò)程中的工藝要求和現(xiàn)象，以自行研制的多功能脈沖微弧氧化電源為試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)膜層生長(zhǎng)過(guò)程的探討了鎂合金微弧氧化膜層形成機(jī)理，提出微區(qū)電弧放電模型；根據(jù)對(duì)系統(tǒng)負(fù)載特性的分析提出微弧氧化對(duì)電源的要求，并據(jù)此設(shè)計(jì)了一種新型的帶放電回路的微弧氧化脈沖電源。 研究表明，微弧氧化過(guò)程主要分為陽(yáng)極氧化、微弧放電、大弧放

2、電三個(gè)階段。微弧氧化膜層是由一系列離散的微區(qū)電弧放電產(chǎn)生的金屬氧化物累積形成，瞬間完成的微小區(qū)域內(nèi)的電弧放電，使生成的氧化物經(jīng)歷驟熱驟冷過(guò)程，從而可獲得非平衡組織結(jié)構(gòu)的金屬氧化物膜層。微區(qū)電弧放電主要分為電解、放電、氧化、冷卻等四個(gè)過(guò)程。其產(chǎn)生電弧放電的必要條件是：試樣表面存在氧氣氣泡并承受強(qiáng)電場(chǎng)。微弧氧化成膜主要包括電解液、初始膜層、導(dǎo)電通道、高壓電場(chǎng)及水的電解產(chǎn)生氧氣等五個(gè)條件。 通過(guò)對(duì)微弧氧化系統(tǒng)電壓、電流信號(hào)的采集和分析

3、發(fā)現(xiàn)負(fù)載阻抗隨時(shí)間的增加是逐漸增加的，并用MATLAB擬合出在頻率700、占空比20％時(shí)的系統(tǒng)阻抗與處理時(shí)間的關(guān)系式。研究發(fā)現(xiàn)，微弧氧化過(guò)程中負(fù)載特性可以用RC電路來(lái)簡(jiǎn)單等效，并求出了膜層厚度與工藝參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)公式。分別采用直流電壓、單極性脈沖、雙極性脈沖、帶放電回路的電源形式分別進(jìn)行微弧氧化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電源形式對(duì)鎂合金微弧氧化過(guò)程起著關(guān)鍵性的作用。帶放電回路的脈沖形式能極大抑制微弧氧化的大弧傾向，因此具有較好的處理效果。研究了恒定電壓

4、、電流下微弧氧化陶瓷膜的生長(zhǎng)速率，發(fā)現(xiàn)在在恒流模式下膜層生長(zhǎng)效率較高。探求脈沖作用時(shí)間與冷卻時(shí)間之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在頻率700Hz時(shí)兩者的最佳配比是1：4。 根據(jù)負(fù)載特性研究表明，阻性和容性是微弧氧化負(fù)載的主要特點(diǎn)，放電回路的引入能解決其電容性在微弧氧化過(guò)程中造成電弧持續(xù)燃燒的問(wèn)題。據(jù)此設(shè)計(jì)了一種新型的帶放電回路的微弧氧化脈沖電源。電源使用IGBT串聯(lián)實(shí)現(xiàn)脈沖放電間隙放電回路、IGBT并聯(lián)實(shí)現(xiàn)電源的大功率輸出；控制系統(tǒng)以80C19