微弧氧化电源plc智能控制及铝合金成膜特性的研究

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1、国内图书分类号：V417.6学校代码：10213国际图书分类号：52.1.14密级：公开工学硕士学位论文微弧氧化电源PLC智能控制及铝合金成膜特性研究硕士研究生：李一导师：田修波教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V417.6U.D.C:52.1.14DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPLCINTELLIGENTCONTROLOFMICROARCOXIDATIONPOWERSUPPLYANDSURFACEPROPERTIESO

2、FMICROARCOXIDEDALUMINUMALLOYCandidate：LiYiSupervisor：Prof.TianXiuboAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2009Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要微弧氧化是在传统阳极氧化的基

3、础上发展起来表面处理新技术，随着技术的更新，电源和工艺更需数字化、智能化。因此本文研制了基于PLC的微弧氧化电源的智能控制系统，并对不同工艺参数条件下的微弧氧化放电及成膜特性进行了研究。本文首先针对PLC系统有限的硬件资源，设计了整个电源的智能控制系统，实现了正反向电压电流检测、IGBT驱动脉冲及恒压/恒流的控制，通过智能化的流程模式控制，实现了工艺参数梯度调节。利用基于PLC智能控制的微弧电源，以相同膜厚(50µm)为依据，在恒流模式下研究了电流密度、脉宽对微弧氧化放电特性、电能耗及所制备陶瓷膜组织形貌的影响，并利用PLC智能加载模式对电流、脉宽梯度调节时的放电及成膜特性进行分析。同时，在

4、恒压模式下以制备10µm厚膜层为标准，对电压梯度调节微弧氧化放电及成膜特性进行了考察。试验通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、球-盘式摩擦磨损试验机等方法研究了电参数对微弧氧化陶瓷膜内/外表面形貌、相结构的影响，并对陶瓷膜的摩擦学性能、电绝缘、抗热冲击、拉伸及弯曲性能进行了考察。研究表明，制备相同厚度的陶瓷膜时，采用低电流密度加工所耗电能较小。相对电流梯度降低模式，电流梯度增加电能耗相对较低。陶瓷膜内外表面SEM分析表明，相同膜层厚度时，电流密度较大的陶瓷膜内外表面微孔尺寸相对较大。且较大电流密度时膜层中高温α-Al2O3相增多。脉宽变化时，各参数电能耗基本相同。由于脉冲宽度增加时脉冲电流强度

5、有所降低，致使试样表面形貌、相结构存在差异。电压梯度降低时，微弧氧化电能耗较低，且表面微孔尺寸较小，但此时陶瓷膜中的α-Al2O3含量相对较低。经微弧氧化处理后的LY12铝合金表面耐磨性能得到改善。电绝缘性能测试表明，不同参数条件下制备相同厚度的微弧氧化陶瓷膜耐电击穿性能基本相同。各参数制备的膜层具有优良的抗热冲击性能，经300℃、50次热冲击陶瓷膜未发现明显剥落。500℃热冲击结果表明，陶瓷膜的抗热冲击性能与脉冲宽度密切相关，随着脉冲宽度的增加，膜层的抗热冲击性能降低。铝合金经微弧氧化处理后，抗拉强度和抗弯性能有所降低，对比发现大电流、宽脉宽参数条件下处理试样的力学性能降低较多。关键词：微

6、弧氧化；PLC智能控制；铝合金；参数梯度调节；热冲击性能I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMicro-arcoxidation(MAO)isanewsurfacemodificationtechniquedevelopedfromanodicoxidation.WiththedevelopmentofMAO,thepowersupplyandprocesscontrolneedtobemoreflexibleandintelligent.Therefore,thisworkfocusedonanintelligentcontrolsystembasedonprogramable

7、logiccontroller(PLC),andcharacteristicsofmicro-arcoxidatedaluminumalloywereinvestigated.Firstly,anintelligentcontrolsystemforMAOisdesignedwiththelimitedhardwareresourcesofPLC.Thepowersystemcanbeoperatedinac