Установка электроискрового анодирования

Установка предназначена для электрохимического анодирования в электроискровом режиме и состоит из источника питания с органами управления и электролизной ванны.

Принципиальная схема источника питания установки электрохимического анодирования. 1 - 3-фазовый автотрансформатор; 2 - электропривод; 3 - вентильный тиристорный блок; 4 - устройство плавного повышения напряжения (УППН); 5 - система импульсно-фазового управления (СИФУ); 6 - блок автоматики СИФУ; 7 - блок питания СИФУ

При включении блока питания (7) напряжение подается на УППН4, которое включает электропривод (2) и устанавливает на 3-фазном автотрансформаторе (1) заданное напряжение анодирования. Система импульсно-фазового управления (5) с блоком автоматики (6) вырабатывают импульсные сигналы управления вентильным тиристорным блоком (3), который формирует напряжение для электролизной ванны. Система импульсно-фазового управления удерживает тиристорный блок во включенном состоянии заданную длительность анодирования, затем отключает напряжение от ванны и возвращает с помощью электропривода автотрансформатор в исходное нулевое состояние.

Установка позволяет регулировать частоту и длительность импульса, величину напряжения и длительность процесса анодирования.

Исследование процесса электроискрового анодирования титановых образцов проводилось в прямоугольном стеклянном сосуде объемом 4,0 л, в который наливалось 3,5 л электролита.

Схема экспериментальной ячейки с регистрирующими процесс приборами представлена на рисунке. Регистрация напряжения и тока осуществлялась лабораторными компенсационными самопишущими приборами типа ЛКСА-003 и дублировалась стрелочными приборами.

Схема экспериментальной ячейки. 1 - катод; 2 - подвеска с образцами (повернута на 90°); 3, 4 - шунты; 5 - прибор лабораторный компенсационный самопишущий ЛКСА-003; 6, 7 - стрелочные амперметр и вольтметр

Основной задачей исследования было определение оптимальных составов электролита и режима электроискрового анодирования титановых сплавов отечественного производства: ВТ1-0, ВТ5-1, ВТ6, ВТ16. В качестве исходного электролита был задан раствор 35%-ной фосфорной кислоты и 25%-ной серной кислоты, используемый до сих пор при оксидировании титановых имплантатов. Предстояло выполнить исследования при различных соотношений указанных кислот.

Концентрация (%) кислот в растворах оксидирования

Состав электролита	0	А	Б	В	Г	Д
Н3РO4	35	20	40	60	80	0
H2SO4	25	20	20	20	0	20

Влияние частоты импульсного тока при исследовании процесса оксидирования не может быть определено при постоянстве или произвольном изменении длительности импульса. Очевидным для этого эксперимента является требование постоянства пропущенного количества электричества.

При постоянном токе количество электричества определяется из выражения: Q=I∙τ_э

где τ_э - время электролиза, с; I - ток, А.

Пусть импульсный ток с частотой ni имеет амплитуду I. Тогда количество электричества за время электролиза τ_Э будет оценено

Qi=I∙N_i∙τ_и,

где N_i - число импульсов за время электролиза, τ_э; τ_и - длительность импульса, с. Но число импульсов

N_i=τ_э∙n_i=τ_э/τ_п

где τ_п - период следований импульсов, с. Отсюда

Q_i =I∙ τ_э∙К_CKB. ,

где К_скв=τ_и/τ_п - коэффициент скважности импульсного тока.

Из этой формулы следует, что при эксперименте с импульсным током постоянное количество электричества при любой частоте может быть получено при постоянстве коэффициента скважности. По физическому смыслу коэффициент скважности является долей импульса в периоде (в интервале следования импульсов). В эксперименте были приняты Кскв, равные 0,1; 0,2; 0,5 и 0,75. В таблице для частот 0,5; 1; 2; 5 и 10 Гц приведены длительности импульсов, рассчитанные для указанных значений Кскв.

Длительность импульса (мкс) для различных частот и коэффициентов скважности

Частота, Гц	КCKB.
	0,1	0,2	0,5	0,75
0,5	200	400	1000	1500
1	100	200	500	750
2	50	100	250	375
5	20	40	100	150
10	10	20	50	75

 

А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики