RU2366765C1 - Method of determining moment of completion of plasma-electrolytic oxidising process - Google Patents
Method of determining moment of completion of plasma-electrolytic oxidising process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366765C1 RU2366765C1 RU2008139327/02A RU2008139327A RU2366765C1 RU 2366765 C1 RU2366765 C1 RU 2366765C1 RU 2008139327/02 A RU2008139327/02 A RU 2008139327/02A RU 2008139327 A RU2008139327 A RU 2008139327A RU 2366765 C1 RU2366765 C1 RU 2366765C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- plasma
- electrolytic
- current
- completion
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки, в частности к плазменно-электролитическому оксидированию поверхностей, и может быть использовано для определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования вентильных металлов, например алюминия и титана, и сплавов на их основе.The invention relates to the field of electrolyte-plasma treatment, in particular to plasma-electrolytic oxidation of surfaces, and can be used to determine when the process of plasma-electrolytic oxidation of valve metals, for example aluminum and titanium, and alloys based on them ends.
Известен способ определения момента окончания процесса микроплазменного оксидирования по достижении конечного напряжения Uкон, при котором покрытие расти перестает или начинает разрушаться, при этом напряжение Uкон определяется по формовочной кривой U(t) в координатах напряжение-время и соответствует участку насыщения указанной кривой [Микроплазменные электрохимические процессы. Обзор / В.И.Белеванцев, О.П.Терлеева, Г.А.Марков, Е.К.Шулепко, А.И.Слонова, В.В.Уткин // Защита металлов, 1998, т.34, №5. - С.471].There is a method of determining the end time of the microplasma oxidation process upon reaching the final voltage U con , at which the coating stops growing or begins to collapse, while the voltage U con is determined by the molding curve U (t) in the voltage-time coordinates and corresponds to the saturation region of the specified curve [Microplasma electrochemical processes. Overview / V.I. Belevantsev, O.P. Terleeva, G.A. Markov, E.K. Shulepko, A.I. Slonova, V.V. Utkin // Metal Protection, 1998, vol. 34, No. 5 . - S. 471].
Недостатком данного аналога является невысокая точность определения момента окончания процесса, так как наклон формовочной кривой U(t) вблизи Uкон достаточно мал. Поэтому при достижении напряжения Uкон возможен существенный разброс в длительности обработки за счет разброса технологических параметров, что недопустимо, так как при передержке возможно разрушение сформированного покрытия мощными дуговыми разрядами. Другим важным аспектом передержки является неоправданное повышение энергопотребления, что недопустимо для такого энергоемкого процесса, как плазменно-электролитическое оксидирование.The disadvantage of this analogue is the low accuracy of determining the time of the end of the process, since the slope of the molding curve U (t) near U con is quite small. Therefore, upon reaching a voltage U con , a significant spread in the processing time due to a spread in the technological parameters is possible, which is unacceptable, since overexposure may destroy the formed coating by powerful arc discharges. Another important aspect of overexposure is an unjustified increase in energy consumption, which is unacceptable for such an energy-intensive process as plasma electrolytic oxidation.
Известен способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия, включающий измерение переменной составляющей тока и анализ ее изменения во времени. В электрическую цепь включают измерительное сопротивление, переменную составляющую тока измеряют осциллографом по изменению напряжения на измерительном сопротивлении, а момент окончания процесса устанавливают при изменении амплитуды переменной составляющей тока на 2% за время не менее 2 минут [Патент РФ №2119975, кл. C25F 5/00. Публ. 10.10.1998].A known method for determining the end of the process of electrolyte-plasma removal of the coating, including measuring the variable component of the current and analysis of its change in time. The measuring circuit includes a measuring resistance, the alternating current component is measured by an oscilloscope to measure the voltage across the measuring resistance, and the end of the process is set when the amplitude of the alternating current component is changed by 2% for at least 2 minutes [RF Patent No. 21119975, cl. C25F 5/00. Publ. 10/10/1998].
Недостатком данного аналога также является малая точность, связанная, во-первых, со сложностью определения изменения амплитуды переменной составляющей тока на 2% с помощью осциллографа, во-вторых, указанное время в 2 минуты может составлять до 10-50% общей длительности плазменно-электролитического оксидирования. Следует отметить, что данный способ используется при удалении, а не при нанесении покрытий электролитно-плазменным методом.The disadvantage of this analogue is also the low accuracy associated, firstly, with the difficulty of determining the change in the amplitude of the alternating current component by 2% using an oscilloscope, and secondly, the indicated time in 2 minutes can be up to 10-50% of the total duration of the plasma-electrolytic oxidation. It should be noted that this method is used when removing, and not when coating the electrolyte-plasma method.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия, основанный на измерении переменной составляющей тока и анализе ее изменения во времени. Переменную составляющую тока подают на полосовой фильтр с граничными частотами 500-700 и 1300-1500 Гц, измеряют действующее значение напряжения на выходе фильтра u и определяют значение порогового напряжения u0 путем усреднения значения u в течение 20-40 с от начала обработки, затем начинают отсчет отрезков времени tk и t, при этом, если через 50-70 с от начала обработки напряжение u достигает значения (0,5÷0,6)·u0, то конец отсчета времени tk устанавливают по достижении напряжением u значения (0,7÷1,0)·u0, и момент окончания процесса определяют по достижении t значения (1,4÷1,6)·tk. Расчет значения площади поверхности, освобожденной от покрытия S, ведут по формуле:The closest in technical essence is a method for determining the end time of the process of electrolyte-plasma removal of the coating, based on measuring the alternating current component and analyzing its change over time. The alternating current component is fed to a band-pass filter with boundary frequencies 500-700 and 1300-1500 Hz, the effective voltage value at the filter output u is measured and the threshold voltage value u 0 is determined by averaging the value u for 20-40 s from the start of processing, then the countdown of the time t k and t, in this case, if after 50-70 s from the beginning of the processing, the voltage u reaches the value (0.5 ÷ 0.6) · u 0 , then the end of the countdown time t k is set when the voltage u reaches the value ( 0.7 ÷ 1.0) · u 0 , and the moment of the end of the process is determined upon reaching t s beginnings (1.4 ÷ 1.6) · t k . The calculation of the value of the surface area exempted from the coating S is carried out according to the formula:
S=k·tk,S = k · t k,
где k - эмпирический коэффициент пропорциональности.where k is the empirical coefficient of proportionality.
В случае, если через 50-70 с от начала обработки напряжение u не достигает значения (0,5÷0,6)·u0, процесс электролитно-плазменного удаления покрытия останавливают, так как покрытие удаляться не будет [Патент РФ №2227181, кл. C25F 5/00, 7/00. Публ. 20.04.2004].In the event that after 50-70 s from the start of processing, the voltage u does not reach the value (0.5 ÷ 0.6) · u 0 , the process of electrolyte-plasma removal of the coating is stopped, since the coating will not be removed [RF Patent No. 2227181,
Недостатками данного аналога являются, во-первых, существенная сложность метода, во-вторых, невозможность применения его для определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования.The disadvantages of this analogue are, firstly, the significant complexity of the method, and secondly, the inability to use it to determine the end of the process of plasma electrolytic oxidation.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение точности определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования за счет расширения числа измеряемых параметров и снижение энергоемкости процесса.The problem solved by the claimed invention is to increase the accuracy of determining the moment of completion of the process of plasma electrolytic oxidation by expanding the number of measured parameters and reducing the energy intensity of the process.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения момента окончания процесса электролитно-плазменной обработки, включающем измерение переменной составляющей тока и анализ ее изменения во времени, в отличие от прототипа, дополнительно измеряют и анализируют переменную составляющую напряжения, которую периодически или постоянно изменяют с частотой 200-20000 Гц, при этом переменные составляющие тока и напряжения подают на полосовые фильтры с граничными частотами 200-18000 и 500-20000 Гц и измеряют сдвиг фаз между отфильтрованными сигналами тока и напряжения. Момент окончания процесса устанавливают по достижении значения сдвига фаз 20-80 градусов.The problem is solved in such a way that in the method for determining the moment of completion of the process of electrolyte-plasma processing, including measuring the variable component of the current and analyzing its change in time, in contrast to the prototype, additionally measure and analyze the variable component of the voltage, which is periodically or constantly changed with frequency 200-20000 Hz, while the alternating components of current and voltage are fed to bandpass filters with boundary frequencies of 200-18000 and 500-20000 Hz and the phase shift between the filtered and current and voltage signals. The moment of the end of the process is established upon reaching a phase shift of 20-80 degrees.
Существо способа поясняется чертежами, на которых показано изменение в ходе процесса толщины покрытия h (Фиг.1 и 2) и соответствующая кривая динамики сдвига фаз между током и напряжением Ф (Фиг.3 и 4). На Фиг.1 показана динамика толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании алюминия в биполярном импульсном режиме. Кривая 1 соответствует напряжению положительного импульса 570 В, отрицательного - 120 В, кривая 2 - напряжению положительного импульса 440 В, отрицательного - 10 В. На Фиг.2 показана динамика толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании алюминия при постоянном напряжении 550 В (кривая 1) и 450 В (кривая 2). На Фиг.3 приведен сдвиг фаз между током и напряжением в диапазоне частот 350-750 Гц при плазменно-электролитическом оксидировании алюминия в биполярном импульсном режиме. Кривая 1 соответствует напряжению положительного импульса 570 В, отрицательного - 120 В, кривая 2 - напряжению положительного импульса 440 В, отрицательного - 10 В. На Фиг.4 приведен сдвиг фаз между током и напряжением в диапазоне частот 8000-10000 Гц при плазменно-электролитическом оксидировании алюминия при постоянном напряжении 550 В (кривая 1) и 450 В (кривая 2).The essence of the method is illustrated by drawings, which show the change in the process of the coating thickness h (Figs. 1 and 2) and the corresponding curve of the dynamics of the phase shift between the current and voltage Ф (Figs. 3 and 4). Figure 1 shows the dynamics of the thickness of the coating during plasma-electrolytic oxidation of aluminum in a bipolar pulsed mode.
На чертежах видно, что при увеличении толщины покрытия сдвиг фаз Ф увеличивается, причем при длительной обработке в условиях, когда получена максимально возможная толщина покрытия, насыщение кривой Ф(t) происходит гораздо позже момента достижения максимально возможной толщины покрытия. Таким образом, момент достижения выбранного из диапазона 20-80 градусов значения сдвига фаз будет находиться на заметно возрастающей части кривой, что будет обеспечивать достаточную точность способа.The drawings show that with an increase in the coating thickness, the phase shift Φ increases, and with prolonged processing under conditions when the maximum possible coating thickness is obtained, the saturation of the Φ (t) curve occurs much later than the moment when the maximum possible coating thickness is reached. Thus, the moment of reaching the phase shift value selected from a range of 20-80 degrees will be on a noticeably increasing part of the curve, which will ensure sufficient accuracy of the method.
Как видно из графика, изменение кривых объясняется связью закономерностей роста покрытия и импедансом системы «покрытие-микроразряд» при плазменно-электролитическом оксидировании. Находящееся на поверхности металла тонкое оксидное покрытие обладает как активной, так и емкостной проводимостью. При росте покрытия его активная проводимость снижается, что проявляется в наблюдаемом постепенном снижении числа микроразрядов, обеспечивающих активную составляющую проводимости системы. Емкостная проводимость практически не изменяется, так как в силу пористости покрытия она определяется в основном тонким барьерным слоем на дне поры. Такое изменение пропорции между активной и емкостной проводимостями в ходе обработки увеличивает сдвиг фаз между током и напряжением в цепи. Выбор диапазона частот для измерения сдвига фаз Ф осуществляют из соображений максимальной информативности.As can be seen from the graph, the change in the curves is explained by the relationship between the patterns of coating growth and the impedance of the coating-microdischarge system during plasma-electrolytic oxidation. The thin oxide coating located on the metal surface has both active and capacitive conductivity. As the coating grows, its active conductivity decreases, which manifests itself in the observed gradual decrease in the number of microdischarges that provide the active component of the conductivity of the system. Capacitive conductivity is practically unchanged, because, due to the porosity of the coating, it is determined mainly by a thin barrier layer at the bottom of the pore. Such a change in the proportion between active and capacitive conductivities during processing increases the phase shift between current and voltage in the circuit. The choice of the frequency range for measuring the phase shift f is carried out for reasons of maximum information.
Примеры конкретной реализации способа.Examples of specific implementation of the method.
Пример 1.Example 1
Образцы из алюминия обрабатывали плазменно-электролитическим методом в растворе, содержащем 1 г/л КОН, 2 г/л Na4P2O7·10H2O и 2 г/л Na2SiO3 при температуре 20°С в биполярном импульсном режиме при напряжении положительного импульса 570 В, отрицательного - 120 В и при напряжении положительного импульса 440 В, отрицательного - 10 В (см. Фиг.1 и 3). Для определения момента окончания плазменно-электролитического оксидирования измеряли переменную составляющую тока и анализировали ее изменение во времени, дополнительно измеряли и анализировали переменную составляющую импульсного биполярного напряжения, которое периодически изменяли с частотой 200-20000 Гц, при этом переменные составляющие тока и напряжения подавали на полосовые фильтры с граничными частотами 350 и 750 Гц и измеряли сдвиг фаз между отфильтрованными сигналами тока и напряжения. Момент окончания процесса устанавливали по достижении сдвигом фаз значения 36 град. Результаты приведены в таблице 1, из которой видно, что время достижения максимально возможной толщины покрытия соответствует времени достижения заданного значения сдвига фаз во всех рассматриваемых условиях обработки, при создании как толстослойных, так и тонкослойных покрытий.Samples of aluminum were treated with a plasma-electrolytic method in a solution containing 1 g / l KOH, 2 g / l Na 4 P 2 O 7 · 10H 2 O and 2 g / l Na 2 SiO 3 at a temperature of 20 ° C in a bipolar pulse mode with a positive impulse voltage of 570 V, a negative impulse of 120 V and a positive impulse voltage of 440 V, a negative impulse of 10 V (see Figures 1 and 3). To determine the end time of plasma electrolytic oxidation, we measured the alternating current component and analyzed its change in time, additionally measured and analyzed the alternating component of the pulse bipolar voltage, which was periodically changed with a frequency of 200-20000 Hz, while the alternating components of the current and voltage were applied to bandpass filters with boundary frequencies of 350 and 750 Hz, and the phase shift between the filtered current and voltage signals was measured. The end of the process was established when the phase shift reached 36 deg. The results are shown in table 1, from which it is seen that the time to reach the maximum possible coating thickness corresponds to the time to reach the specified value of the phase shift in all considered processing conditions, when creating both thick and thin coatings.
Пример 2.Example 2
Образцы из алюминия обрабатывали плазменно-электролитическим методом в растворе, содержащем 1 г/л КОН, 2 г/л Na4P2O7·10H2O и 2 г/л Na2SiO3 при температуре 20°С при постоянном напряжении 450 В и 550 В (см. Фиг.2 и 4). Для определения момента окончания плазменно-электролитического оксидирования измеряли переменную составляющую тока и анализировали ее изменение во времени, дополнительно измеряли и анализировали переменную составляющую напряжения, которую периодически изменяли с амплитудой 20 В и частотой 200-20000 Гц, при этом переменные составляющие тока и напряжения подавали на полосовые фильтры с граничными частотами 8000 и 10000 Гц и измеряли сдвиг фаз между отфильтрованными сигналами тока и напряжения. Момент окончания процесса устанавливали по достижении сдвигом фаз значения 35 град. Результаты приведены в таблице 2, из которой видно, что время достижения максимально возможной толщины покрытия соответствует времени достижения заданного значения сдвига фаз во всех рассматриваемых условиях обработки, при создании как толстослойных, так и тонкослойных покрытий.Samples of aluminum were treated with a plasma-electrolytic method in a solution containing 1 g / l KOH, 2 g / l Na 4 P 2 O 7 · 10H 2 O and 2 g / l Na 2 SiO 3 at a temperature of 20 ° C at a constant voltage of 450 B and 550 V (see FIGS. 2 and 4). To determine the end time of plasma electrolytic oxidation, we measured the alternating current component and analyzed its change in time, additionally measured and analyzed the alternating voltage component, which was periodically changed with an amplitude of 20 V and a frequency of 200-20000 Hz, while the alternating components of current and voltage were applied to bandpass filters with boundary frequencies of 8000 and 10000 Hz and measured the phase shift between the filtered current and voltage signals. The end of the process was established when the phase shift reached 35 deg. The results are shown in table 2, from which it is seen that the time to reach the maximum possible coating thickness corresponds to the time to reach the specified value of the phase shift in all considered processing conditions when creating both thick and thin coatings.
Таким образом, заявляемое изобретение имеет простое техническое исполнение, позволяет упростить способ определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования, повысить его точность за счет расширения числа измеряемых параметров, снизить энергоемкость процесса.Thus, the claimed invention has a simple technical design, allows you to simplify the method of determining the end of the process of plasma electrolytic oxidation, increase its accuracy by expanding the number of measured parameters, reduce the energy intensity of the process.
Способ определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидированияThe method for determining the end of the process of plasma electrolytic oxidation
заданного значения, минPhase Shift Time
set value, min
Способ определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидированияThe method for determining the end of the process of plasma electrolytic oxidation
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139327/02A RU2366765C1 (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Method of determining moment of completion of plasma-electrolytic oxidising process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139327/02A RU2366765C1 (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Method of determining moment of completion of plasma-electrolytic oxidising process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2366765C1 true RU2366765C1 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41166591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008139327/02A RU2366765C1 (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Method of determining moment of completion of plasma-electrolytic oxidising process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2366765C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540239C1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method to detect thickness of coating in process of plasma-electrolytic oxidation |
RU2668344C1 (en) * | 2017-12-05 | 2018-09-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of measuring the thickness of coating in the process of plasma-electrolytic oxidation |
RU2692120C1 (en) * | 2018-11-01 | 2019-06-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for determining coating thickness during a plasma-electrolytic oxidation process |
RU2794643C1 (en) * | 2022-09-12 | 2023-04-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Method for monitoring and controlling the process of microarc oxidation |
-
2008
- 2008-10-02 RU RU2008139327/02A patent/RU2366765C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540239C1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method to detect thickness of coating in process of plasma-electrolytic oxidation |
RU2668344C1 (en) * | 2017-12-05 | 2018-09-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of measuring the thickness of coating in the process of plasma-electrolytic oxidation |
RU2692120C1 (en) * | 2018-11-01 | 2019-06-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for determining coating thickness during a plasma-electrolytic oxidation process |
RU2794643C1 (en) * | 2022-09-12 | 2023-04-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Method for monitoring and controlling the process of microarc oxidation |
RU2807242C1 (en) * | 2023-02-21 | 2023-11-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Method for monitoring and controlling micro-arc oxidation process using acoustic emission method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2366765C1 (en) | Method of determining moment of completion of plasma-electrolytic oxidising process | |
Melhem et al. | Changes induced by process parameters in oxide layers grown by the PEO process on Al alloys | |
Chung et al. | Electrode modifications to lower electrode impedance and improve neural signal recording sensitivity | |
EP2048492A1 (en) | Microstructure and method of manufacturing the same | |
RU2013126224A (en) | ELECTRODE AND METHOD OF ELECTROCHEMICAL TREATMENT FOR FORMING RIGHT HOLES AND PREPARATION, INCLUDING A SMALL HOLE | |
CN104127911A (en) | Preparation method of biological composite material using titanium alloy as implant | |
Radzol et al. | Optimization of Savitzky-Golay smoothing filter for salivary surface enhanced Raman spectra of non structural protein 1 | |
IN2014KN01651A (en) | ||
RU2540239C1 (en) | Method to detect thickness of coating in process of plasma-electrolytic oxidation | |
RU2435134C1 (en) | Method of determining coating thickness during plasma-electrolytic oxidation | |
RU2668344C1 (en) | Method of measuring the thickness of coating in the process of plasma-electrolytic oxidation | |
RU2475700C1 (en) | Measuring method of surface roughness during electrolytic plasma treatment | |
Kiel et al. | Electrochemical properties of Ti-6Al-4V ELI alloy after anodization | |
RU2192336C2 (en) | Method for electrochemical treatment of blanks | |
RU2692120C1 (en) | Method for determining coating thickness during a plasma-electrolytic oxidation process | |
RU2240500C1 (en) | Method of measuring roughness | |
Martín et al. | Microsecond pulsed versus direct current glow discharge as ion sources for analytical glow discharge-time of flight mass spectrometry | |
Lungu et al. | Influence of the electric discharge and the power supply on the aqueous solution interface parameters | |
RU2440445C1 (en) | Method of plasma-electrolytic oxidation of metals and alloys | |
ATE247727T1 (en) | ANODIC OXIDATION APPARATUS AND METHOD AND POROUS SUBSTRATE | |
RU2003106084A (en) | METHOD FOR DETERMINING THE MOMENT OF THE END OF THE PROCESS OF ELECTROLYTE-PLASMA REMOVAL OF THE COATING | |
KR101333408B1 (en) | Manufacturing Method of Conductive Magnesium Oxide Thin Layer | |
Mihal et al. | Dynamics of the plasma electrolytic polishing process of austenitic steel AISI 304 in a solution of ammonium sulfate | |
RU2233353C1 (en) | Method for electrochemical polishing of silver surface | |
SU607852A1 (en) | Metal anodizing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101003 |