一种多阴极错时导通微弧氧化控制方法与流程

本发明属于微弧氧化控制技术领域，具体涉及一种多阴极错时导通微弧氧化控制方法。

背景技术：

微弧氧化或等离子体表面陶瓷化技术是一种新型等离子体加工技术。微弧氧化是以铝、镁、钛金属及其合金为阳极，不锈钢或石墨等材料作为阴极，在合适的电解液中，阳极和阴极之间施加电场使金属表面发生微弧等离子体放电反应，利用等离子体放电瞬间高温熔融和电解液的淬冷作用，可在阳极表面原位生长出以金属氧化物为主的陶瓷层，该陶瓷层具有耐蚀、耐磨、耐热和绝缘等优良性能，可以显著提高金属表面防护性能。

现有的专利和文献对于为了降低能耗，抑制电流过冲，提升单位电流的处理面积，实现对大面积的轻金属工件的微弧氧化加工方式，主要集中在通过调整电解液配方或通过增加机械设备使阳极或阴极进行机械性运动，来改变金属工件微弧氧化处理的进程。通过为选择适当的添加剂，文献《低能耗镁合金微弧氧化电解液设计及添加剂作用机制研究》提出了一种基于阳极极化曲线判断微弧氧化起弧电压的方法，以指导选择具有低起弧电压的成膜促进剂，该方法通过降低溶液阻抗来减小能耗的效果非常有限，仅能降低部分的起弧能量消耗；而且添加剂会导致陶瓷层生长缓慢。申请号为(cn201010187768.6，公开号：cn101845655，公开日：2010.09.29)、名称为一种低耗能阳极渐入式微弧氧化处理方法及装置的专利申请，提出了一种低耗能阳极渐入式微弧氧化处理方法，通过检测阳极工件所耗电流大小，调节工件浸入电解液的速度，实现金属表面快速微弧氧化，该种方式解决了进行大面积工件微弧氧化加工时电流过冲、开关器件应力大等问题。该方法需要增加额外机械设备，而且该方法主要解决了起弧前的能量消耗过大的问题，对于起弧后的能量消耗并无法降低。申请号为(cn201020592721.3，公开号：cn201809466u，公开日：2011.04.27)名称为一种电极扫描式微弧氧化的装置实用新型专利，提出了一种电极扫描式微弧氧化装置，在加工槽上口安装固定导轨、滚轮、电机及皮带等装置，电机通过皮带使管状阴极沿着工件表面均匀运动，完成大面积金属表面微弧氧化处理。该装置通过引入运动机械设备改善了大面积处理的问题，但难以保证陶瓷层制备的连续性和一致性，尤其是对于复杂三维曲面部位的加工更难以适用。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多阴极错时导通微弧氧化控制方法，通过将微弧氧化过程中的单个阴极，分解成若干可独立控制的阴极，结合控制方法，提升了相同功率下的单次最大微弧氧化加工处理能力，有益于陶瓷层质量的提升。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种多阴极错时导通微弧氧化控制方法，包括以下步骤：

步骤1，将传统的单个阴极分解成若干独立的阴极，微弧氧化电源的脉冲环节中将阴极分别与开关器件连接后，形成若干可独立控制的阴极；

步骤2，将步骤1获得的可控的独立阴极合理均匀的分布在电解槽中阳极工件的周围，微弧氧化电源输出正极与阳极工件相连，输出负极与若干可控阴极相连；

步骤3，通过微弧氧化电源控制器产生的导通信号实现不同物理位置的阴极在不同时间内导通，形成由电源输出正极—阳极工件—微弧氧化溶液—可控阴极—电源输出负极组成的导通回路，完成导通区域内工件表面的微弧氧化处理。

本发明的有益效果是：该方法可以降低微弧氧化加工单位面积下的电流密度，并且可以通过若干在不同物理位置的阴极错时投入电场，迅速调整微弧氧化溶液中不同部位反应条件，实现温度、浓度、电荷聚集等反应条件的快速复位，从而达到增大单次加工处理面积、减小电流过冲和改善陶瓷层生长特性的有益效果。本发明无需增加外部机械设备，实现扩大了额定电流下工件表面微弧氧化处理的面积；通过将传统的单个阴极分解成若干可控的阴极，将阴极合理均匀的分布在电解槽中，实现金属工件大面积、不同维度的快速处理，不仅降低了电流密度，扩大了产能，而且陶瓷层的连续性和均匀性得到保证；同时，由于通过控制，在不同时间将不同位置的阴极投入电场参与反应，而未投入的阴极对应的区域电场实现快速的恢复，温度场、电解质浓度、局部的等离子体浓度等反应条件得到快速的复位，有利于下一次该区域进行放电反应，从而改善了陶瓷层的生长特性，获得更均匀，更致密的陶瓷层。由于错时导通控制阴极在微弧氧化溶液投入电场发生变化，导致温度场、电解质浓度、局部的等离子体浓度等反应条件变化，从而提高陶瓷层的性能。

附图说明

图1是本发明使用的装置示意图。

图2是本发明实施例中单极性微弧氧化电源开关控制信号示意图。

图3是本发明中阳极工件两端等效电压波形示意图。

图中：1-微弧氧化电源；2-直流源；3-脉冲环节；4-电源输出dc+；5-电源输出dc-；6-电解槽；7-电解液；8-待处理阳极工件；9-阴极一；10-阴极二；11-阴极三；12-阴极四；13-阴极五；14-阴极六；15-阴极七；16-阴极八；17-开关一；18-开关二；19-开关三；20-开关四；21-开关五；22-开关六；23-开关七；24-开关八。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种多阴极错时导通微弧氧化控制方法，所使用装置如图1所示，该装置包括微弧氧化电源部分和电解槽部分组成。

所述微弧氧化电源1包括直流源2和脉冲环节3；所述直流源2主要进行输出电压、电流和功率的调节，输出端是输出正极dc+4和输出负极dc-5；所述脉冲环节3将直流源2输出直流电斩波成脉冲电，弧氧化电源1输出正极直接与dc+4连接，17-开关一、18-开关二、19-开关三、20-开关四、21-开关五、22-开关六、23-开关七、24-开关八与输出负极dc-5并联。

所述电解槽部分包括电解槽6，电解液7，待处理阳极工件8，阴极一9；阴极二10；阴极三11；阴极四12；阴极五13；阴极六14；阴极七15；阴极八16。

一种多阴极错时导通微弧氧化控制方法，包括以下步骤：

步骤1，将传统的单个阴极分解成若干独立的阴极，微弧氧化电源1的脉冲环节中将阴极分别与开关器件连接后，形成若干可独立控制的阴极；

步骤2，将步骤1获得的可控的独立阴极合理均匀的分布在电解槽6中待处理阳极工件8的周围，微弧氧化电源输出正极与阳极工件相连，输出负极与若干可控阴极相连；

步骤3，通过微弧氧化电源控制器产生的导通信号实现不同物理位置的阴极在不同时间内导通，形成由电源输出正极—阳极工件—微弧氧化溶液—可控阴极—电源输出负极组成的导通回路，完成导通区域内工件表面的微弧氧化处理。

实施例

单极性微弧氧化电源多阴极错时导通微弧氧化控制方法

步骤1，准备阶段：

首先，对待处理阳极工件8进行打磨、抛光、脱脂等表面处理，然后将待处理阳极工件8置于电解槽6中；其次，调整阴极一9；阴极二10；阴极三11；阴极四12；阴极五13；阴极六14；阴极七15；阴极八16相对于待处理阳极工件8的位置，使各个阴极合理均匀地分布在工件周围；第三，将待处理阳极工件8与dc+4相连；开关一17、开关二18、开关三19、开关四20、开关五21、开关六22、开关七23、开关八24分别阴极一9、阴极二10、阴极三11、阴极四12、阴极五13、阴极六14、阴极七15、阴极八16与相连；最后，在电解槽6中倒入电解液7，使待处理阳极工件8完全浸入电解液7中；

步骤2，工件表面处理阶段：

装置连接完成后，启动微弧氧化电源；通过检测装置检测待处理阳极工件8表面陶瓷层的生长情况，调节输出电压、电流和功率的大小；微弧氧化电源控制器发出信号控制开关一17、开关二18、开关三19、开关四20、开关五21、开关六22、开关七23、开关八24是否关断及导通时长；

控制信号示意图如图2所示，图中横坐标t表示微弧氧化时间，纵坐标s1表示开关一17的开关信号、s2表示开关二18的开关信号、s3表示开关三19的开关信号、s4表示开关四20的开关信号、s5表示开关五21的开关信号、s6表示开关六22的开关信号、s7表示开关七23的开关信号、s8表示开关八24的开关信号，dc-在t0-t1时刻导通开关一17，t2-t3时刻导通开关二18，t4-t5时刻导通开关三19，t6-t7时刻导通开关四20，t8-t9时刻导通开关五21，t10-t11时刻导通开关六22，t12-t13时刻导通开关七23，t14-t15时刻导通开关八24，开关所对应阴极分别实现导通。

阳极工件两端电压等效电压波形如图3所示，图中横坐标t表示微弧氧化时间，纵坐标v表示阳极工件两端电压。由于多阴极错时导通，阳极工件两端电压等效为脉冲电压，完成单极性脉冲电路多阴极错时导通微弧氧化处理。

步骤3，后处理阶段：

待金属表面微弧氧化完成后，微弧氧化电源1停止工作，取出阳极工件8，之后进入清洗、检测等后处理工作。

本实施例对一种多阴极错时导通微弧氧化控制方法进行示意说明，实际操作中可根据金属工件表面积大小、形状等特征，进行阴极数量、位置和形状的调整，同时，可根据阳极工件表面陶瓷层的生长情况对直流源进行输出电压、电流和功率调节和开关信号的作用顺序、作用时长及间隔时间等因素进行适当调整。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。