具有多種輸出方式的微弧氧化脈沖電源研制.pdf

1、微弧氧化是一種在閥金屬及其合金表面生成具有優(yōu)質(zhì)性能氧化陶瓷膜的表面改性新技術(shù)。所形成的保護(hù)膜可使合金的耐磨損、耐腐蝕及絕緣等性能得到極大改善，又因其具有工序簡單，材料適應(yīng)性寬等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空、航天、機(jī)械、電子以及生物材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于其涉及材料學(xué)、電化學(xué)、電弧物理、電力電子和控制系統(tǒng)等多個學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，是一個受多種因素影響的高度復(fù)雜的工藝過程，因此，許多問題至今并未給出明確結(jié)論。
　　 本文以研制適合微弧

2、氧化工藝要求的電源為目的。采用理論分析加試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，深入研究微弧氧化過程狀態(tài)、膜層特點(diǎn)與電信號特征的相關(guān)性，提出了微區(qū)電弧放電機(jī)理和模型及其對電源的要求，并通過負(fù)載模型的研究提出電源負(fù)載適應(yīng)性要求。據(jù)此，設(shè)計了一臺具有多種輸出方式的微弧氧化脈沖電源。論文主要的研究工作如下：
　　 隨電源電壓增加微弧氧化過程依次經(jīng)歷陽極氧化、微弧氧化和大弧放電3個階段，可用起弧電壓和大弧電壓加以界定。微區(qū)電弧放電模型被描述為水的電解、微弧放電

3、、金屬氧化和氧化物冷卻收縮4個過程，由放電引起的微區(qū)熱循環(huán)使微弧氧化始終存在大弧傾向。脈沖電源的重要作用即在加入適當(dāng)?shù)睦鋮s時間以阻止大弧放電。
　　 微弧氧化負(fù)載呈現(xiàn)極強(qiáng)的電容性，使負(fù)載電壓波形不易滿足微弧氧化的基本要求，同時會造成電源系統(tǒng)的電流沖擊，故必須解決這兩方面的電源適應(yīng)性問題。前者可通過增加強(qiáng)制放電回路，促使負(fù)載電壓快速泄放來實(shí)現(xiàn)；后者則應(yīng)在電源電路設(shè)計時，考慮對其限制或采取相應(yīng)吸收保護(hù)措施。
　　 基于對負(fù)載

4、電壓波形和電源負(fù)載適應(yīng)性的要求，設(shè)計了一臺具有多種輸出方式的微弧氧化脈沖電源，其包括主電路和控制系統(tǒng)兩部分。電源主電路由整流電路、濾波電路、斬波電路、放電電路及保護(hù)電路組成，通過各部分電路的協(xié)調(diào)和組合，電源可具有多種輸出方式。電源控制系統(tǒng)由電源主控系統(tǒng)和人機(jī)界面系統(tǒng)構(gòu)成。電源主控系統(tǒng)以80C196KB單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對電壓和電流信號及手動模式下設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行采集、捕捉同步信號并產(chǎn)生SCR的觸發(fā)脈沖、產(chǎn)生IGBT的驅(qū)動脈沖并監(jiān)測IGBT

5、的工作狀態(tài)、對過流和過熱進(jìn)行保護(hù)等功能；人機(jī)界面系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心，完成對電源輸出方式、電源參數(shù)、工作方式的預(yù)置和對微弧氧化過程中電源參數(shù)、時間及工作狀態(tài)的實(shí)時顯示。兩個控制系統(tǒng)之間采用串行接口通訊，可實(shí)時交換數(shù)據(jù)和命令。
　　 研制的微弧氧化脈沖電源不僅能夠選擇輸出恒流或恒壓模式，而且還具有直流、單極性脈沖、雙極性脈沖、帶放電回路的脈沖和交流方波五種輸出方式，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對微弧氧化工藝的過程控制，為進(jìn)一步研究微弧