RU2692120C1 - Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования - Google Patents
Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692120C1 RU2692120C1 RU2018138701A RU2018138701A RU2692120C1 RU 2692120 C1 RU2692120 C1 RU 2692120C1 RU 2018138701 A RU2018138701 A RU 2018138701A RU 2018138701 A RU2018138701 A RU 2018138701A RU 2692120 C1 RU2692120 C1 RU 2692120C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- thickness
- electrolytic oxidation
- voltage
- pulsed
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 8
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000882 Ca alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001278 Sr alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
- G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Использование: для определения толщины покрытия в процессе плазменно-электролитического оксидирования. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании включает измерение остаточного значения напряжения, отличающийся тем, что измеряют остаточное значение напряжения Uв момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы в импульсном униполярном режиме и в момент непосредственно перед подачей отрицательного импульса напряжения после паузы в импульсном биполярном режиме, при этом толщину покрытия определяют по заданной формуле. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности определения толщины покрытия, и, как следствие, уменьшения количества энергопотребления. 2 табл., 7 ил.
Description
Изобретение относится к области электрохимической обработки, в частности, к плазменно-электролитическому оксидированию поверхностей и может быть использовано для определения толщины покрытия в процессе плазменно-электролитического оксидирования вентильных металлов, в частности магния, алюминия, титана, циркония, и сплавов на их основе.
Известен способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования, заключающийся в том, что в ходе процесса измеряют напряжения обработки Uф выше некоторого критического значения Uкp, при котором на обрабатываемом образце начинают протекать микроплазменные процессы, а толщину покрытия h определяют по формуле:
где hкp - толщина покрытия в начале стадии искрения;
k - коэффициент корреляции, зависящий от природы электролита;
Uф - напряжение обработки;
Uкp - напряжение возникновения искровых разрядов.
[Формирование покрытий на вентильных металлах и сплавах в электролитах с емкостным регулированием энергии при микродуговом оксидировании / П.С. Гордиенко, О.С. Василенко, Е.С. Панин и др. // Защита металлов, 2006, т. 42, №5, с. 500-505].
Недостатком аналога является невысокая точность определения толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании, так как напряжение возникновения микроплазменных процессов в гальваностатическом режиме может варьироваться в широком диапазоне значений в зависимости от условий обработки и типа сплава. Кроме того, невысокая точность определения толщины покрытия в начале обработки обусловлена существенными различиями в наклоне линейных участков формовочной кривой напряжения и кривой роста толщины покрытия, причем в ходе обработки угол наклона изменяется и в конце обработки на интервале линейности хвосты кривых параллельны друг другу. Поэтому при определении толщины покрытия возможен существенный разброс за счет разброса технологических параметров, что недопустимо, так как при неверном определении толщины покрытия и, соответственно, передержке, возможно разрушение сформированного покрытия мощными дуговыми разрядами.
Известен также способ определения толщины оксидного покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования, заключающийся в том, что измеряют среднее и амплитудное значение напряжения обработки, затем находят их отношение, а толщину покрытия h определяют по формуле:
где k1 и k2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы обрабатываемого материала и состава электролита, определяемые по тарировочным кривым. [Патент РФ №2668344, кл. G01B 11/06. Публ. 28.09.2018].
Недостатком данного способа является ее ограниченная применимость, так как предложенный способ может быть использован только при плазменно-электролитическом оксидировании в униполярном импульсном режиме.
Известен также способ определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) на основе измерения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования, заключающийся в том, что в ходе процесса измеряют переменную составляющую тока и анализируют ее изменение во времени, измеряют и анализируют переменную составляющую напряжения, которая периодически или постоянно изменяется с частотой 200-20000 Гц. При этом переменные составляющие тока и напряжения поступают на полосовые фильтры с граничными частотами 200-18000 и 500-20000 Гц, которые измеряют сдвиг фаз между отфильтрованными сигналами тока и напряжения. Момент окончания процесса определяется по достижении значения сдвига фаз 20-80 градусов [Патент РФ №2366765, кл. C25D 11/00. Публ. 10.09.2009].
Недостатком данного аналога является сложность его практической реализации, которая заключается в необходимости использования дополнительных модуляторов частоты для измерения частотных характеристик электролизера, частотной фильтрации сигналов тока и напряжения, а также использования фазометров для измерения угла сдвига фаз между отфильтрованными сигналами тока и напряжения.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании, включающий измерение амплитуды поляризующего импульса напряжения. В данном способе происходит измерение длительности τ спада напряжения UM до порогового значения напряжения U1=(0,2…0,8)⋅UM, а толщина покрытия определяется по формуле:
h=k1+k2⋅τ,
где k1 и k2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы обрабатываемого материала и состава электролита, определяемые по тарировочным кривым.
τ - длительность спада напряжения UM до порогового значения напряжения.
[Патент РФ №2540239, кл. G01B 7/06. Публ. 10.02.2015].
Недостатком ближайшего аналога является необходимость измерения в процессе плазменно-электролитического оксидирования в быстроменяющемся сигнале длительности спада напряжения, что приводит к усложнению аппаратной реализации способа.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является снижение энергопотребления при плазменно-электролитическом оксидировании вследствие исключения передержки за счет своевременного отключения технологического источника тока при достижении заданной толщины покрытия.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является определение толщины покрытия в процессе плазменно-электролитического оксидирования за счет использования значений остаточного напряжения UOCT - значение напряжения на нагрузке в момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы в импульсном униполярном режиме и в момент непосредственно перед подачей отрицательного импульса напряжения после паузы в импульсном биполярном режиме.
Техническим результатом является повышение точности определения толщины покрытия и, как следствие, уменьшение количества энергопотребления, которое обеспечивается благодаря использованию при измерении толщины покрытия значений остаточного напряжения UOCT.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе определения толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании, включающим измерение остаточного значения напряжения, согласно изобретению, измеряют остаточное значение напряжения на нагрузке в момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы в импульсном униполярном режиме и в момент непосредственно перед подачей отрицательного импульса напряжения после паузы в импульсном биполярном режиме, при этом толщину покрытия определяют по формуле:
h=k1+k2⋅UOCT,
где k1 и k2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы обрабатываемого материала, состава электролита, частоты и скважности импульсного напряжения, определяемые по тарировочным кривым;
UOCT - значение напряжения на нагрузке в момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы в импульсном униполярном режиме и в момент непосредственно перед подачей отрицательного импульса напряжения после паузы в импульсном биполярном режиме.
Существо способа поясняется чертежами. На Фиг. 1, Фиг. 2 показаны импульсы напряжения и его спады при отключении от нагрузки при плазменно-электролитическом оксидировании в импульсном униполярном и импульсном биполярном режимах. На осциллограммах напряжения (Фиг. 1 и Фиг. 2), сделанных в импульсном униполярном и импульсном биполярном режимах видны кривые спада напряжения, которые возникают в результате переходного процесса. На Фиг. 3 показана динамика роста толщины покрытия h от времени t для двух различных магниевых сплавов кривая 1 сплав Mg-1%Ca и кривая 2 сплав Mg-2%Sr соответственно. На Фиг. 4 представлены динамики увеличения значений остаточного напряжения UOCT от времени t для двух различных магниевых сплавов кривая 1 сплав Mg-1%Ca и кривая 2 сплав Mg-2%Sr соответственно в процессе плазменно-электролитического оксидирования. На рисунках видно, что при увеличении толщины покрытия также увеличивается значение остаточного напряжения UOCT.
Примеры конкретной реализации способа для магниевого сплава Mg-1%Са.
Образцы из алюминия обрабатывали методом плазменно-электролитического оксидирования в растворе, содержащем 12 г/л Na3PO4*12H2O+2 г/л Са(ОН)2 при температуре 20°С в течение 1…10 минут в импульсном униполярном режиме при напряжении +470 В. Регистрируются осциллограммы напряжения на положительном импульсе спада через интервалы времени Δtn а толщину покрытия h определяют по формуле:
h=k1+k2⋅UOCT,
где k1 и k2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы обрабатываемого материала, состава электролита, частоты и скважности импульсного напряжения, определяемые по тарировочным кривым (Фиг. 5).
UOCT - значение напряжения на нагрузке в момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы.
где k1=-0,7129±0,02 мкм;
k2=0,08±0,001 мкм⋅с-1;
Δt n =1 мин для всех интервалов n;
Т=10 мин.
Примеры конкретной реализации способа для магниевого сплава Mg-2%Sr.
Образцы из алюминия обрабатывали методом плазменно-электролитического оксидирования в растворе, содержащем 12 г/л Na3PO4*12H2O+2 г/л Са(ОН)2 при температуре 20°С в течение 1…10 минут в импульсном униполярном режиме при напряжении +470 В. Регистрируются осциллограммы напряжения на положительном импульсе спада через интервалы времени Δtn, а толщину покрытия h определяют по формуле:
h=k1+k2⋅UOCT,
где k1 и k2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы обрабатываемого материала, состава электролита, частоты и скважности импульсного напряжения, определяемые по тарировочным кривым (Фиг. 6).
UOCT - значение напряжения на нагрузке в момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы.
где k1=-0,99±0,05 мкм;
k2=0,1428±0,007 мкм⋅с-1;
Δt n =1 мин для всех интервалов n;
T=10 мин.
После обработки толщину покрытия на образцах также измеряли вихретоковым толщиномером и усредняли данные по 10 измерениям.
Результаты приведены в таблице 1 (сплав Mg-1%Ca) и в таблице 2 (сплав Mg-2%Sr), из которой видно, что толщина покрытия, определенная в процессе плазменно-электролитического оксидирования с помощью заявляемого способа, в пределах погрешности совпадает с толщиной, определенной с помощью независимых измерений после обработки (Фиг. 3, Фиг. 7). Между толщиной покрытия и остаточным напряжением UOCT наблюдается высокая степень корреляции (R2>0,95).
Таким образом, заявляемое изобретение имеет простое техническое исполнение, позволяет определять толщину покрытия в процессе плазменно-электролитического оксидирования, а также снижать энергоемкость процесса за счет исключения передержки.
Claims (4)
- Способ определения толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании, включающий измерение остаточного значения напряжения, отличающийся тем, что измеряют остаточное значение напряжения UOCT в момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы в импульсном униполярном режиме и в момент непосредственно перед подачей отрицательного импульса напряжения после паузы в импульсном биполярном режиме, при этом толщину покрытия определяют по формуле:
- h=k1+k2⋅UOCT,
- где k1 и k2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы обрабатываемого материала, состава электролита, частоты и скважности импульсного напряжения, определяемые по тарировочным кривым;
- UOCT - значение напряжения на нагрузке в момент непосредственно перед подачей положительного импульса напряжения после паузы в импульсном униполярном режиме и в момент непосредственно перед подачей отрицательного импульса напряжения после паузы в импульсном биполярном режиме.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138701A RU2692120C1 (ru) | 2018-11-01 | 2018-11-01 | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138701A RU2692120C1 (ru) | 2018-11-01 | 2018-11-01 | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2692120C1 true RU2692120C1 (ru) | 2019-06-21 |
Family
ID=67038033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018138701A RU2692120C1 (ru) | 2018-11-01 | 2018-11-01 | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2692120C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6244613A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-02-26 | Toshiba Corp | 膜厚測定装置 |
RU2158897C1 (ru) * | 1999-11-04 | 2000-11-10 | Воронежская государственная технологическая академия | Способ контроля толщины пленки в процессе ее нанесения и устройство для его реализации |
RU2366765C1 (ru) * | 2008-10-02 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования |
RU2435134C1 (ru) * | 2010-07-15 | 2011-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании |
RU2540239C1 (ru) * | 2013-10-17 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования |
-
2018
- 2018-11-01 RU RU2018138701A patent/RU2692120C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6244613A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-02-26 | Toshiba Corp | 膜厚測定装置 |
RU2158897C1 (ru) * | 1999-11-04 | 2000-11-10 | Воронежская государственная технологическая академия | Способ контроля толщины пленки в процессе ее нанесения и устройство для его реализации |
RU2366765C1 (ru) * | 2008-10-02 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования |
RU2435134C1 (ru) * | 2010-07-15 | 2011-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения толщины покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании |
RU2540239C1 (ru) * | 2013-10-17 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dehnavi et al. | Corrosion properties of plasma electrolytic oxidation coatings on an aluminium alloy–The effect of the PEO process stage | |
Dubé et al. | High-accuracy measurement of the differential scalar polarizability of a Sr+ 88 clock using the time-dilation effect | |
Liu et al. | The correlation between the coating structure and the corrosion behavior of the plasma electrolytic oxidation coating on aluminum | |
Hwang et al. | Correlation between current frequency and electrochemical properties of Mg alloy coated by micro arc oxidation | |
US20150083598A1 (en) | Plasma-Chemical Method For Production Of Black Oxide-Ceramic Layers And Correspondingly Coated Object | |
CN103983201A (zh) | 一种检测冷轧板磷化膜厚度的方法 | |
RU2692120C1 (ru) | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования | |
JP2009228069A (ja) | 陽極酸化処理方法および装置 | |
Lochynski et al. | Improvement of the stainless steel electropolishing process by organic additives | |
RU2540239C1 (ru) | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования | |
CN104280445A (zh) | 同时分析电镀槽液中至少两种抑制剂的方法 | |
Bastos et al. | Influence of aliasing in time and frequency electrochemical noise measurements | |
RU2668344C1 (ru) | Способ измерения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования | |
RU2366765C1 (ru) | Способ определения момента окончания процесса плазменно-электролитического оксидирования | |
RU2807242C1 (ru) | Способ мониторинга и управления процессом микродугового оксидирования с использованием метода акустической эмиссии | |
RU2440445C1 (ru) | Способ плазменно-электролитического оксидирования металлов и сплавов | |
RU2611632C2 (ru) | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса твердого анодирования | |
RU2091706C1 (ru) | Способ измерения площади поверхности электропроводного изделия | |
RU2360045C1 (ru) | Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия | |
RU2211121C2 (ru) | Способ регулирования межэлектродного зазора при электрохимической обработке | |
KR101333408B1 (ko) | 통전용 마그네슘 산화박층의 제조방법 | |
RU2667688C2 (ru) | Устройство для регистрации электропроводности жидкостей | |
RU2240500C1 (ru) | Способ измерения шероховатости поверхности | |
RU2284517C2 (ru) | Способ определения электрических параметров сильнотоковых импульсных процессов в растворах электролитов и компьютерная система измерения | |
RU2119975C1 (ru) | Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия |