Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия

Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхностей и может быть использовано для определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления жаростойких металлических покрытий с поверхности никелевых сплавов.

Известен способ определения окончания процесса удаления покрытия при реализации способа электрохимического удаления слоев никеля, хрома или золота с поверхности медной подложки по значению тока [Патент США № 4539087, кл. C25F 5/00, 7/00. Публ. 03.09.1985]. При обработке потенциал наружного слоя отрицателен, а потенциал подложки положителен по отношению к электролиту. Величину тока, протекающего через ванну при электролизе, контролируют, и ток прерывают, когда величина его падает ниже установленного значения.

Известен способ определения момента окончания удаления покрытия, реализуемый в способе электрохимической обработки поверхности металла путем травления образца, включающем пропускание переменного асимметричного тока через электролитическую ванну с регистрацией скорости изменения тока и напряжения и завершение процесса при достижении этими параметрами минимальных постоянных значений [А.с. СССР № 986973, кл. C25F 3/00. Публ. 07.01.1983].

Недостатком приведенных аналогов является невозможность контролировать удаление покрытия электролитно-плазменным методом, так как величина тока отражает тепловые процессы, протекающие на аноде, а напряжение является постоянной величиной в ходе обработки.

Известен 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 в течение 20-40 с от начала обработки, затем начинают отсчет отрезков времени t_k и t, при этом, если через 50-70 с от начала обработки напряжение и достигает значения (0,5÷0,6)·u₀, то конец отсчета времени t_k устанавливают по достижении напряжением u значения (0,7÷1,0)·u₀, и момент окончания процесса определяют по достижении t значения (1,4÷1,6)·t_k. Расчет значения площади поверхности, освобожденной от покрытия S, ведут по формуле:

S=k·t_k,

где k - эмпирический коэффициент пропорциональности.

В случае если через 50-70 с от начала обработки напряжение и 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].

Недостатком данного аналога является, во-первых, существенная сложность метода, во-вторых, невозможность применения его для определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления жаростойких металлических покрытий с поверхности никелевых сплавов.

Наиболее близким по технической сущности является 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 мин [Патент РФ № 2119975, кл. C25F 5/00. Публ. 10.10.1998].

Недостатком прототипа является невозможность установления факта удаления покрытия без прерывания обработки, а также невысокая точность определения момента окончания процесса, связанная с определением изменения амплитуды переменной составляющей тока на 2% с помощью осциллографа за время не менее 2 мин.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение точности определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия и расширение класса сплавов и покрытий, для которых возможно определение момента окончания процесса удаления покрытий в ходе электролитно-плазменной обработки.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия, включающем измерение переменной составляющей тока и анализ ее изменений во времени, при измерении переменной составляющей тока рассчитывают количество выбросов тока N в секунду, превышающих в 3-5 раз величину действующего значения сигнала переменной составляющей тока, усредняют величину N за каждые 10-60 с обработки, отслеживают стабилизацию в течение 3-5 мин усредненной величины N с разбросом 3-6%, после чего отслеживают увеличение величины N не менее чем на 30% и прекращают процесс электролитно-плазменного удаления покрытия при стабилизации за время не более 2 мин усредненной величины N с разбросом 3-6%.

Существо способа поясняется чертежами, на которых показано изменение в ходе процесса скорости обработки поверхности R (Фиг.1) и соответствующая кривая динамики величины N (Фиг.2). На чертеже видно, что в момент полного удаления покрытия, соответствующий существенно возросшей скорости обработки, наблюдается резкое увеличение величины N.

Приведенное поведение кривых объясняется связью закономерностей функционирования парогазовой оболочки и переменной составляющей тока при электролитно-плазменной обработке. Удаление покрытия толщиной 50-55 мкм при температуре электролита 40-60°С в условиях неустойчивого пленочного кипения в парогазовой оболочке происходит за время 20-30 мин, а при температуре 80-90°С в условиях пузырькового кипения - за 50-60 мин. Тем не менее, в обоих случаях проявляется эффект увеличения величины N, связанный с более интенсивным воздействием парогазовой оболочки на материал подложки. Абсолютное значение величины N обусловлено типом кипения в парогазовой оболочке, определяемым условиями обработки.

Примеры конкретной реализации способа.

Образцы из никелевого сплава ЖС6У с алюминидным покрытием толщиной 50-55 мкм обрабатывали электролитно-плазменным методом в 5% растворе двухзамещенного фосфата аммония при напряжении 350 В и температуре электролита 50 (см. Фиг.1а и 2а) и 90°С (см. Фиг.1б и 2б). Для определения момента окончания удаления покрытия для сигнала с датчика переменной составляющей тока, представляющего собой измерительное сопротивление, к выходам которого подключен полосовой фильтр с граничными частотами 10 Гц и 30 кГц, определяли действующее значение переменной составляющей тока с помощью детектора действующего значения [Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов / В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 2004. - 790 с.], подавали действующее значение переменной составляющей тока на инструментальный усилитель с коэффициентом усиления 4, затем сигналы с датчика переменной составляющей тока и с инструментального усилителя подавали на компаратор, который фиксировал выброс переменной составляющей тока, превышающий в 4 раза величину действующего значения переменной составляющей тока, а импульсы с компаратора подавали на счетчик 1, который считал импульсы в течение каждых 30 с обработки и затем результат делили на 30, определяя усредненное за 30 с значение величины N, далее с помощью элемента сравнения усредненное значение величины N сравнивали с минимальным и максимальным значениями усредненной величины N, хранящимися в двух регистрах 1 и 2 соответственно, и при срабатывании элемента сравнения обновляли минимальное или максимальное значения усредненной величины N. Импульсы с компаратора также подавали на счетчик 2, который считал импульсы в течение каждых 5 минут обработки, причем момент начала отсчета 5 минут совпадал с моментом обнуления регистров 1 и 2 и с очередным моментом начала счета счетчика 1. По окончании счета счетчика 2 результат его счета делили на 300 и записывали в регистр 3, затем полученное значение делили на 20, вычитали из значения в регистре 3 и записывали в регистр 4, а также прибавляли к значению в регистре 3 и записывали в регистр 5. Таким образом, в регистрах 4 и 5 оказывались записанными границы коридора +/- 5%, в котором определяется стабилизация усредненной величины N с разбросом 5%. Сравнивали с помощью элемента сравнения значения, записанные в регистрах 1 и 4 и регистрах 2 и 5. Если значение, записанное в регистре 1, было больше или равно значению в регистре 4 и значение, записанное в регистре 2, было меньше или равно значению в регистре 5, то фиксировали стабилизацию усредненной величины N с разбросом 5% в течение 5 минут. Затем значение, записанное в регистре 3, увеличивали на 30% и результат записывали в регистр 6, после чего с ним каждые 30 с сравнивали с помощью элемента сравнения усредненное значение величины N и факт увеличения усредненной величины N не менее чем на 30% устанавливали по срабатыванию данного элемента сравнения. Затем изменяли длительность счета счетчика 2 с 5 на 1,5 минуты, а коэффициент деления результата его счета с 300 на 90 (по числу секунд) и прекращали процесс обработки при стабилизации за время 1,5 мин усредненной величины N с разбросом 5%.

Для сравнения устанавливали время окончания процесса удаления покрытия, определенное с помощью способа-прототипа. Кроме того, измеряли действующее значение напряжения и на выходе полосового фильтра с граничными частотами 500 и 1500 Гц в соответствии со способом-аналогом. Результаты приведены в таблице и на Фиг.3.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет упростить способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия, повысить его точность и имеет простое техническое исполнение.

Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия
№ образца	1	2
Напряжение, В	350	350
Температура электролита, °С	50	90
Предлагаемый способ	Момент окончания удаления покрытия	23 мин	55 мин
Состояние поверхности	Покрытие удалено	Покрытие удалено
Способ-прототип	Момент окончания удаления покрытия	12 мин	5 мин
Состояние поверхности	Покрытие не удалено	Покрытие не удалено
Способ-аналог	Диагностика	Покрытие не удалится	Покрытие не удалится

Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия, включающий измерение переменной составляющей тока и ее изменений во времени, отличающийся тем, что при измерении переменной составляющей тока рассчитывают количество выбросов тока N в секунду, превышающих в 3-5 раз величину действующего значения сигнала переменной составляющей тока, усредняют величину N за каждые 10-60 с обработки, отслеживают стабилизацию в течение 3-5 мин усредненной величины N с разбросом 3-6%, после чего отслеживают увеличение величины N не менее чем на 30% и прекращают процесс электролитно-плазменного удаления покрытия при стабилизации за время не более 2 мин усредненной величины N с разбросом 3-6%.