CN102061501B

CN102061501B - 一种感应同步器硬质氧化工艺及电源装置

Info

Publication number: CN102061501B
Application number: CN201010617512.4A
Authority: CN
Inventors: 金晓洁; 满兰瑞; 刘立; 戚勇刚; 马明山; 邹晓海
Original assignee: 707th Research Institute of CSIC
Current assignee: 707th Research Institute of CSIC
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102061501A

Abstract

本发明涉及一种感应同步器硬质氧化工艺，包括将工件置于电解液中，并在电解液中通入正相电流的步骤，其在通入正相电流的同时加载反向电流，正半周输出的正相电流与负半周输出的反向电流均按照三级启动台阶分阶段地增加到设定电流值。本发明的硬质氧化工艺可以有效提高铝-铜合金硬质氧化膜层的厚度和质量。本发明还涉及一种感应同步器硬质氧化电源装置，包括电源主回路及电源控制单元，通过负电流输出控制单元、正电流输出控制单元从远控台获得电源工作参数、启动、复位和输出调节命令等相关的信息，并按照远控台传来的参数和命令控制氧化电源的输出，实现按照三级启动台阶分阶段地增加到设定电流值，具有结构合理，易于控制的优点。

Description

一种感应同步器硬质氧化工艺及电源装置

技术领域

本发明属于硬质阳极氧化工艺领域，特别是一种感应同步器硬质氧化工艺及设备。

背景技术

感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置，它应用在各种型号惯性平台系统中，是惯性导航产品中的关键件。多年来由于该产品结构特殊，加工难度大，各项技术指标要求很高，产品的成活率一直不理想。

感应同步器是由定子、转子两大部件组成的，其中的定子底板、转子底板经粗车、精车后均要求进行硬质阳极氧化处理，然后需经浸漆、平磨、粘铜箔、精车、刻线、焊线、镀金、三防处理等多道关键工序加工成活。由于后面的多道加工工序，如平磨、刻线等均需破坏氧化膜层，因此要求氧化膜必须为后续加工留出足够的加工余量，并且必须保证加工后氧化膜的绝缘强度要求。这对感应同步器的硬质氧化膜提出了很高的技术要求，不仅绝缘强度要求高，而且对氧化膜的厚度要求也十分苛刻。

由于感应同步器自身结构的原因，在采用现有的硬质氧化工艺处理时，存在氧化膜厚度无法满足要求的不足。原因是：现行硬质氧化是采用低温直流叠加脉冲的方式进行。通常在对一般的零件进行硬质氧化处理时，为了防止电流集中引起局部过热，导致零件烧伤，需要将零件所有棱角倒圆，且半径不小于0.5mm。但是，感应同步器的定子、转子底板结构上多处是不允许倒角的，而与此同时，感应同步器对氧化膜厚度要求又很高，需要氧化时间要长，氧化终压要高，又会引起棱角边界处极易烧伤，这本身就是一对硬质氧化处理工艺中难于解决的矛盾。对于感应同步器采用低温直流叠加脉冲的方式进行硬质氧化处理后氧化膜的绝缘强度能够满足技术要求，但氧化膜层的厚度为40～50μm，对于满足后序平磨、刻线等多道加工的要求存在一定的差距，部分产品平磨后会出现局部氧化膜过薄，刻线后局部氧化膜刻漏，从而绝缘强度达不到要求等各种问题，造成产品成活率较低。

此外，由于感应同步器的材料本身特性的原因，在采用现有的硬质氧化工艺处理时，也存在硬质氧化较为困难的不足。究其原因为：感应同步器的定子、转子使用材料为LY12铝合金，属于含铜高的铝合金，LY12中含铜量高达3.8～4.9％，铝铜合金在发生阳极氧化时，铜作为杂质元素也同时参加各种电化学反应，对氧化膜的生长有负面作用，而且铝合金中的CuAl2相在氧化过程中溶解快，易使这部位成为电流聚集中心而被烧毁击穿。

可见，现有的硬质氧化工艺无法满足感应同步器氧化处理的特殊要求，因此亟待开发一种新的硬质氧化工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可有效提高硬质氧化膜层的厚度和质量的感应同步器硬质氧化工艺及电源装置。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种感应同步器硬质氧化工艺，包括将工件置于电解液中，并在电解液中通入正相电流的步骤，其特征在于：在通入正相电流的同时加载反向电流，正半周输出的正相电流与负半周输出的反向电流的电流值之比为10∶1～8∶1，正半周输出的正相电流与负半周输出的反向电流均按照三级启动台阶分阶段地增加到设定电流值，该三级启动台阶的参数为：第一级软启动时间：T11＝10min，电流密度0～2A/dm2，保持时间T12＝10min；第二级软启动时间：T21＝10min，电流密度2～3A/dm2，保持时间T22＝10min；第三级软启动时间：T31＝20min，电流密度3～4A/dm2，保持时间T32＝20min。

一种感应同步器硬质氧化电源装置，包括电源主回路及电源控制单元，其特征在于：电源主回路的结构为：变压器线圈的一端并联连接第一可控硅的阴极、第二可控硅的阳极，第一可控硅的阳极连接第一分流器，第二可控硅的阴极连接第二分流器，第一分流器、第二分流器并联连接至输出正极杠，第一可控硅的阳极通过第一电阻、第一电容连接至其阴极，第二可控硅的阴极通过第二电阻、第二电容连接至其阴极，变压器线圈的另一端连接输出负极杠；电源控制单元由负电流输出控制单元、正电流输出控制单元、远控台构成，负电流输出控制单元包括第一数字板、第一模拟板，正电流输出控制单元包括第二数字板、第二模拟板，第一数字板、第二数字板均通过485串行通讯线连接远控台，第一数字板通过数据传输线连接第一模拟板，第一模拟板的第一信号输出口连接第一可控硅的控制级，第一模拟板的第一信号输入口连接第一可控硅的阳极，第一模拟板的第二信号输入口连接第一分流器的正极，第一模拟板的第二信号输出口连接第一分流器的负极；第二数字板通过数据传输线连接第二模拟板，第二模拟板的第一信号输出口连接第一可控硅的控制级，第二模拟板的第一信号输入口连接第二可控硅的阳极，第二模拟板的第二信号输入口连接第二分流器的正极，第二模拟板的第二信号输出口连接第二分流器的负极。

而且，所述的第一数字板及第二数字板均以微处理器为核心的数字电路构成。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明的硬质氧化工艺，采用在通入正相电流的同时加载反向电流，并按照优化的工艺参数进行三级启动分阶段增加到设定电流值，可以有效提高铝-铜合金硬质氧化膜层的厚度和质量，有效解决了原来存在的多个技术难题，硬质氧化膜厚度达到75～90μm，膜层厚度得到大幅提高；定子、转子底板经平磨测氧化膜厚度50μm以上，为后续加工留出足够的加工余量；定子、转子底板刻线后，用250V兆欧表测量铜箔绕组与底板绝缘达∞，没有氧化膜刻漏现象；感应同步器定子、转子部件绝缘性能达到要求，用250V兆欧表达到∞；定子、转子底板硬质氧化后，结构上不允许倒角的边界及储线槽等处没有存在腐蚀、烧伤痕迹。

2.本发明的硬质氧化电源装置通过负电流输出控制单元、正电流输出控制单元从远控台获得电源工作参数、启动、复位和输出调节命令等相关的信息，并按照远控台传来的参数和命令控制氧化电源的输出，实现按照三级启动台阶分阶段地增加到设定电流值，具有结构合理，易于控制的优点。

3.本发明的硬质氧化工艺及电源装置有效解决铝铜合金硬质氧化的难点，满足感应同步器氧化处理的特殊要求，产品的成活率由40％提高到95％以上，提高了产品的内在质量。

附图说明

图1为本发明的电源装置的电路原理图；

图2为本发明的电源装置的主回路的电路原理图；

图3为本发明的电源装置的实际输出波形示意图；

图4本发明的电源装置的实际输出包络线示意图；

图5本发明的电流工艺曲线示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种感应同步器硬质氧化电源装置，包括电源主回路及电源控制单元，其特征在于：电源主回路的结构为：变压器线圈的一端并联连接第一可控硅的阴极、第二可控硅的阳极，第一可控硅的阳极连接第一分流器，第二可控硅的阴极连接第二分流器，第一分流器、第二分流器并联连接至输出正极杠，第一可控硅的阳极通过第一电阻、第一电容连接至其阴极，第二可控硅的阴极通过第二电阻、第二电容连接至其阴极，变压器线圈的另一端连接输出负极杠；电源控制单元由负电流输出控制单元、正电流输出控制单元、远控台构成，负电流输出控制单元包括第一数字板、第一模拟板，正电流输出控制单元包括第二数字板、第二模拟板，第一数字板、第二数字板均通过485串行通讯线连接远控台，第一数字板通过数据传输线连接第一模拟板，第一模拟板的第一信号输出口连接第一可控硅的控制级，第一模拟板的第一信号输入口连接第一可控硅的阳极，第一模拟板的第二信号输入口连接第一分流器的正极，第一模拟板的第二信号输出口连接第一分流器的负极；第二数字板通过数据传输线连接第二模拟板，第二模拟板的第一信号输出口连接第一可控硅的控制级，第二模拟板的第一信号输入口连接第二可控硅的阳极，第二模拟板的第二信号输入口连接第二分流器的正极，第二模拟板的第二信号输出口连接第二分流器的负极。第一数字板及第二数字板均以微处理器为核心的数字电路构成。

负电流输出控制单元、正电流输出控制单元从远控台获得电源工作参数、启动、复位和输出调节命令等相关的信息，并按照远控台传来的参数和命令控制氧化电源的输出。电源装置的实际输出波形如图3所示。电源的实际输出包络线波形如图4所示。输出电流工艺曲线示意图如图5所示。

下面以正电流输出为例，介绍电源的工作原理。正电流输出控制单元从485串行口获得远控台传来的工作参数启动命令后，开始按照参数设置输出正电流控制的比较电压，该电压与正电流回路中的分流器反馈回来的电压相比较，输出比较的结果电压到控制回路。数字板根据结果电压的大小控制第二可控硅达到控制输出正电流大小的目的。

负电流输出控制单元只接收串行口上的数据，不应答；正电流控制子系统接收串行口上的数据，完成接收后发送应答数据。

氧化膜的生长过程是一个复杂的微观电化学反应过程。氧化膜的生成是在生长和溶解这对矛盾运动中发生和发展的，通电瞬间，由于氧和铝有很大亲和力，在铝上迅速形成一层致密无孔的阻挡层。由于氧化铝比铝原子体积大故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平，这就造成了电流分布不均匀，凹处电阻较小而电流大，凸处则相反，凹处在电场作用下发生电化学溶解，以及由硫酸的浸蚀作用产生化学溶解，凹处加深逐渐变成孔穴，继而变成孔隙，凸处则形成孔壁。

铝合金硬质氧化分为四个阶段，各有其自身特点：第I阶段是阻挡层形成段，其厚度达第II阶段为孔穴的生成；第III阶段为多孔层形成和加厚，这时随膜增厚电阻增加，孔隙率减小，故电压升高，这阶段时间越长，生长速度与溶解速度达到平衡的时间也越长，其厚度不断增加；第IV阶段电压急剧上升，达到一定值时发生电火花击穿。这是由于电压高，膜孔内析氧加速，且扩散困难，积累的氧气又导致膜电阻增加，电压剧增，孔内热量引起气体放电产生火花。电火花击穿导致氧化膜破坏。

本发明的硬质氧化工艺采用在通入正相电流的同时加载反向电流，并按照优化的工艺参数进行三级启动分阶段增加到设定电流值，针对氧化过程中的四个形成阶段采用不同电流参数，从而可有效提高铝-铜合金硬质氧化膜层的厚度和质量。

Claims

1.一种感应同步器硬质氧化工艺，包括将工件置于电解液中，并在电解液中通入正相电流的步骤，其特征在于：在通入正相电流的同时加载反向电流，正半周输出的正相电流与负半周输出的反向电流的电流值之比为10：1～8：1，正半周输出的正相电流与负半周输出的反向电流均按照三级启动台阶分阶段地增加到设定电流值，该三级启动台阶的参数为：第一级软启动时间：T11=10min，电流密度0～2A/dm²，保持时间T12=10min；第二级软启动时间：T21=10min，电流密度2～3A/dm²，保持时间T22=10min；第三级软启动时间：T31=20min，电流密度3～4A/dm²，保持时间T32=20min。

2.一种感应同步器硬质氧化电源装置，包括电源主回路及电源控制单元，其特征在于：电源主回路的结构为：变压器线圈的一端并联连接第一可控硅的阴极、第二可控硅的阳极，第一可控硅的阳极连接第一分流器，第二可控硅的阴极连接第二分流器，第一分流器、第二分流器并联连接至输出正极杠，第一可控硅的阳极通过第一电阻、第一电容连接至其阴极，第二可控硅的阴极通过第二电阻、第二电容连接至其阴极，变压器线圈的另一端连接输出负极杠；电源控制单元由负电流输出控制单元、正电流输出控制单元、远控台构成，负电流输出控制单元包括第一数字板、第一模拟板，正电流输出控制单元包括第二数字板、第二模拟板，第一数字板、第二数字板均通过485串行通讯线连接远控台，第一数字板通过数据传输线连接第一模拟板，第一模拟板的第一信号输出口连接第一可控硅的控制级，第一模拟板的第一信号输入口连接第一可控硅的阳极，第一模拟板的第二信号输入口连接第一分流器的正极，第一模拟板的第二信号输出口连接第一分流器的负极；第二数字板通过数据传输线连接第二模拟板，第二模拟板的第一信号输出口连接第一可控硅的控制级，第二模拟板的第一信号输入口连接第二可控硅的阳极，第二模拟板的第二信号输入口连接第二分流器的正极，第二模拟板的第二信号输出口连接第二分流器的负极。

3.根据权利要求2所述的感应同步器硬质氧化电源装置，其特征在于：所述的第一数字板及第二数字板均以微处理器为核心的数字电路构成。