Устройство микродугового оксидирования

Изобретение относится к оборудованию для электролитической обработки поверхности металлов и сплавов. Его задача состоит в получении оксидных покрытий для повышения теплостойкости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхностей деталей и может быть использовано в машиностроении, химической, авиационной и других отраслях промышленности.

Устройство микродугового оксидирования содержит источник циклирующего напряжения 1 с двумя клеммами, одна из которых соединена с оксидируемой деталью 2,а другая - с электродом 3.

Электрод 3 изготовлен из титана или нержавеющей стали, выполнен трубчатой формы с проходными отверстиями 4 на боковой реакционной поверхности 5 электрода 3. Боковая реакционная поверхность 5 электрода 3 с проходными отверстиями 4 размещена в углублении оксидируемой детали 2, образованном ее вогнутой поверхностью 6, при этом электрод 3 размещен на вогнутой поверхности в оксидируемой детали посредством изолирующих опорноцентрирующих элементов 7 и 8, изготовленных из полиуретана, пространство между оксидируемой деталью 2 и электродом 3 образует реакционную зону 9 процесса микродугового оксидирования и заполнено принудительно циркулирующим электролитом, подаваемым системой через трубы 10 в полость 11 со стороны верхней части электрода 3. Геометрическая форма наружной реакционной поверхности 5 электрода 3 выполнена такой, что расстояние между наружной реакционной поверхностью 5 электрода 3 и вогнутой поверхностью 6 оксидируемой детали 2 является одинаковым во всех точках реакционной зоны 9.

Верхний опорноцентрирующей элемент 7 выполнен в виде полеуретанового кольца, внешняя поверхность которого контактирует с вогнутой поверхностью 6 оксидируемой детали 2, а внутренняя - с реакционной поверхностью 5 электрода 3, на торцевой поверхности полиуретанового кольца 7 выполнены отверстия для размещения в них откачивающих концов труб. Нижний опорноцентрирующий элемент выполнен из полиуретана в виде вкладыша 8 с выпуклой частью, форма которой соответствует вогнутой части оксидируемой детали 2. Верхняя

часть вкладыша 8 имеет базовое углубление 12 для соосного размещения в нем опорного конца электрода 3 относительно вогнутой поверхности 6 оксидируемой детали 2.

Раствор электролита подается по трубопроводу 10 в полость 11 электрода 3, откуда через проходные отверстия 4 боковой реакционной поверхности 5 электрода 3 попадает в реакционную зону 9 процесса микродугового оксидирования, образованную вогнутой поверхностью 6 оксидируемой детали 2 и электродом 3.

Верхний опорноцентрирующий элемент 7 выполнен из полиуретана в виде кольца, которое является прозрачным и поэтому позволяет наблюдать через него за процессом микродугового оксидирования (горением электрической дуги).

Электролит из реакционной зоны 9 откачивается по трубопроводу 13 с помощью насоса 14 и, охлаждаясь в теплообменнике 15, по трубопроводу 10 вновь поступает в полость 11 электрода 3 и в реакционную зону 9.

Изобретение относится к оборудованию для электролитической обработки поверхности металлов и сплавов с целью получения оксидных покрытий для повышения износостойкости, теплостойкости и коррозионной стойкости и может быть использовано в машиностроении, химической, авиационной и других отраслях промышленности.

Известен способ электролитического нанесения оксидных покрытий (метод микродугового оксидирования) по а.с. SU 926083 кл. С 25 D 11/02, согласно которому деталь из алюминиевого сплава погружается в ванну, выполненную из нержавеющей стали, заполненную силикатно-щелочным электролитом, причем на деталь и ванну подается циклирующее напряжение так что ванна и деталь попеременно являются катодом и анодом электрохимического процесса, в результате которого поверхностный слой детали, выполненной из алюминиевого сплава, превращается в оксид алюминия альфа фазы.

Детали, обработанные методом микродугового оксидирования, обычно показывают повышенную износостойкость, теплостойкость и коррозионную стойкость и используются в конструкциях, характеризующихся соответствующими условиями эксплуатации. Недостаток способа по а.с. SU 926083 кл. С 25 D 11/02 состоит в неравномерности толщины и эксплуатационных характеристик оксидного слоя и в невозможности получения высококачественных оксидных покрытий для многих сложных сплавов.

Известно устройство для микродугового оксидирования металлов и сплавов по а.с. SU 1759041 С 25 D 11/02, содержащее источник циклирующего напряжения, ванну для электролита, корпус которой соединен с первой клеммой источника циклирующего напряжения, а оксидируемая деталь - с другой клеммой источника циклирующего напряжения, причем источник циклирующего напряжения позволяет выполнять независимое регулирование параметров анодного и катодного тока и напряжения. Возможность применения независимого регулирования анодного и катодного токов и напряжений позволила расширить технологические параметры процесса микродугового оксидирования, улучшить качество получаемых покрытий.

По технической сущности данное устройство для микродугового оксидирования наиболее близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа для сравнения.

Недостаток известного устройства микродугового оксидирования состоит в том, что оно позволяет добиться высокого качества оксидных покрытий деталей машин, имеющих только сравнительно простые геометричесие формы. В случае же деталей, имеющих отверстия, вырезы, углубления, известный способ микродугового оксидирования не позволяет получить высокое качество внутренних (вогнутых) поверхностей деталей.

Указанный недостаток можно объяснить следующим образом. Известно, что процесс образования оксидного слоя на поверхности оксидируемой детали идет тем интенсивнее, чем выше на этой поверхности плотность циклирующего электрического тока. В случае детали, погруженной в раствор электролита (согласно рассматриваемой схеме микродугового оксидирования), плотность электрического тока распределяется неравномерно по поверхности детали, принимая наибольшие значения на выпуклых участках поверхности детали, и наименьшие - на вогнутых. В результате этого качество покрытия вогнутых участков поверхности оксидируемой детали оказывается значительно ниже, чем выпуклых.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства микродугового оксидирования, обеспечивающего высокое качество оксидных покрытий вогнутых участков поверхностей оксидируемых деталей.

Такая задача решается тем, что в предложенном устройстве микродугового оксидирования, содержащем источник циклирующего напряжения с двумя клеммами, одна из которых соединена с оксидируемой деталью, а другая - с электродом, электрод изготовлен, например из титана или нержавеющей стали, выполнен трубчатой формы с проходными отверстиями на боковой реакционной поверхности, размещенной в углублении оксидируемой детали, образованном ее вогнутой поверхностью, электрод размещен посредством изолирующих опорноцентрирующих элементов на ее вогнутой поверхности, причем пространство между оксидируемой деталью и электродом образует реакционную зону процесса микродугового оксидирования и заполнено принудительно циркулирующим электролитом, подаваемым системой через трубы в полость электрода и в реакционную зону через его проходные отверстия, а геометрическая форма наружной поверхности электрода выполнена такой, что расстояние между наружной поверхностью электрода и вогнутой поверхностью оксидируемой детали является одинаковым во всех точках реакционной зоны.

Такая задача решается также тем, что верхний опорноцентрирующий элемент выполнен в виде полиуретанового кольца, внешняя поверхность которого контактирует с вогнутой поверхностью оксидируемой детали, а внутренняя - с наружной поверхностью электрода, при этом на торцевой поверхности полиуретанового кольца выполнены отверстия для размещения в них откачивающих концов труб, а нижний опорноцентрирующий элемент выполнен из полиуретана - в виде вкладыша с выпуклой частью на нижней

стороне, форма которой соответствует форме вогнутой части оксидируемой детали, а верхняя часть вкладыша имеет базовое углубление для соосного размещения в нем опорного конца электрода относительно вогнутой поверхности оксидируемой детали.

Придание электроду геометрической формы, обеспечивающей постоянное расстояние между его поверхностью и вогнутой поверхностью оксидируемой детали, позволяет добиться равномерного распределения плотности электрического тока по вогнутой поверхности оксидируемой детали, благодаря чему обеспечивается одинаково высокое качество оксидного покрытия во всех точках вогнутой поверхности оксидируемой детали. Охлаждение вогнутой поверхности детали посредством принудительно циркулирующего электролита, подаваемого через электрод, позволяет избежать локального нагрева оксидируемой детали, чем также обеспечивается высокое качество оксидного покрытия.

Использование существенных отличительных признаков в заявляемом устройстве микродугового оксидирования обеспечивает решение поставленной задачи.

Ниже, со ссылкой на представленный чертеж дается детальное описание заявляемого устройства микродугового оксидирования.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства микродугового оксидирования.

Согласно изобретению устройство микродугового оксидирования содержит источник циклирующего напряжения 7 с двумя клеммами, одна из которых соединена с оксидируемой деталью 2, изготовленной из алюминиевого сплава, а другая - с электродом 3.

Электрод 3 изготовлен из титана или нержавеющей стали, выполнен трубчатой формы с проходными отверстиями 4 на боковой реакционной поверхности 5 электрода 3. Боковая реакционная поверхность 5 электрода 3 с проходными отверстиями 4 размещена в углублении оксидируемой детали 2, образованном ее вогнутой поверхностью 6.

Электрод 3 размещен на вогнутой поверхности 6 оксидируемой детали 2 посредством изолирующих опорноцентрирующих элементов 7 и 8, изготовленных из полиуретана.

Пространство между оксидируемой деталью 2 и электродом 3 образует реакционную зону 9 процесса микродугового оксидирования и заполнено принудительно циркулирующим электролитом, подаваемым системой через трубы 10 в полость 11 со стороны верхней части электрода 3.

Геометрическая форма наружной реакционной поверхности 5 электрода 3 выполнена такой, что расстояние между наружной реакционной поверхностью 5 электрода 3 и вогнутой поверхностью 6 оксидируемой детали 2 является одинаковым во всех точках реакционной зоны 9.

Верхний опорноцентрирующий элемент 7 выполнен в виде полиуретано-вого кольца, внешняя поверхность которого контактирует с вогнутой поверхностью 6 оксидируемой детали 2, а внутренняя - с реакционной поверхностью 5 электрода 3. На торцевой поверхности полиуретанового кольца 7 выполнены отверстия для размещения в них откачивающих концов труб.

Нижний опорноцентрирующий элемент выполнен из полиуретана в виде вкладыша 8 с выпуклой частью, форма которого соответствует вогнутой части оксидируемой детали 2. При этом верхняя часть вкладыша 8 имеет базовое углубление 12 для соосного размещения в нем опорного конца электрода 3 относительно вогнутой поверхности 6 оксидируемой детали 2.

Раствор электролита подается по трубопроводу 10 в полость 11 электрода 3, откуда через проходные отверстия 4 боковой реакционной поверхности 5 электрода 3 попадает в реакционную зону 9 процесса микродугового оксидирования, образованную вогнутой поверхностью 6 оксидируемой детали 2 и электродом 3.

Верхний опорноцентрирующий элемент 7 выполнен из полиуретана в виде кольца, которое является прозрачным и поэтому позволяет наблюдать через него за процессом микродугового оксидирования (горением электрической дуги).

Электролит из реакционной зоны 9 откачивается по трубопроводу 13 с помощью насоса 14 и, охлаждаясь в теплообменнике 15, по трубопроводу 10 вновь поступает в полость 11 электрода 3 и в реакционную зону 9.

При оксидировании детали в устройстве, принятой за прототип, оксидируемая деталь погружается в ванну с раствором электролита, циклирующее напряжение подается на ванну и на деталь, создавая между ними электрическое поле, приводящее к образованию альфа-фазы Al₂O₃ на поверхности детали. Однако плотность распределения электрического тока по поверхности детали носит неравномерный характер, из-за чего качество оксидного покрытия, особенно на вогнутых участках поверхности детали, не является высоким.

В заявляемом устройстве микродугового оксидирования расстояние между вогнутой поверхностью 6 оксидируемой детали 2 и реакционной поверхностью 5 электрода 3 во всех точках реакционной зоны 9 является одинаковым, благодаря чему плотность электрического тока по вогнутой поверхности 6 оксидируемой детали 2 распределяется равномерно, чем обеспечивается высокое качество оксидирования ее поверхности.

Высокое качество оксидирования обеспечивается также и тем, что оксидируемая поверхность детали 2 охлаждается в процессе микродугового оксидирования с помощью принудительно циркулирующего электролита.

Эффект повышения качества поверхности деталей, обработанных с помощью предлагаемого устройства микродугового оксидирования, подтверждено

результатами измерения микротвердости, которая возросла в 4-5 раз по сравнению с деталями, обработанными с помощью устройства-прототипа. Кроме того, имеется положительный опыт эксплуатации цилиндров мотоциклетных двигателей, обработанных с помощью предлагаемой установки. В частности, отмечается увеличение мощности двигателей, повышение их экономичности и увеличение КПД.

1. Устройство микродугового оксидирования, содержащее источник циклирующего напряжения с двумя клеммами, одна из которых соединена с оксидируемой деталью, а другая - с электродом, отличающееся тем, что электрод изготовлен, например, из титана или нержавеющей стали, выполнен трубчатой формы с проходными отверстиями на боковой поверхности, размещен в углублении оксидируемой детали, образованном ее вогнутой поверхностью, электрод размещен посредством изолирующих опорноцентрирующих элементов на вогнутой поверхности детали, причем пространство между деталью и электродом образует реакционную зону процесса микродугового оксидирования и заполнено принудительно циркулирующим электролитом, подаваемым системой через трубы в полость электрода, а геометрическая форма наружной поверхности электрода выполнена такой, что расстояние между наружной поверхностью электрода и вогнутой поверхностью оксидируемой детали является одинаковым во всех точках реакционной зоны.

2. Устройство микродугового оксидирования по п.1, отличающееся тем, что верхний опорноцентрирующий элемент выполнен в виде полиуретанового кольца, внешняя поверхность которого контактирует с вогнутой поверхностью детали, а внутренняя - с наружной поверхностью электрода, при этом на торцевой поверхности полиуретанового кольца выполнены отверстия для размещения в них откачивающих концов труб, при этом нижний опорноцентрирующий элемент выполнен из полиуретана в виде вкладыша с выпуклой частью, форма которой соответствует форме вогнутой части детали, верхняя часть вкладыша имеет базовое углубление для соосного размещения в нем опорного конца электрода относительно вогнутой поверхности оксидируемой детали.