具有多种输出方式微弧氧化脉冲电源研制

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1、硕士学位论文摘要微弧氧化是一种在阀金属及其合金表面生成具有优质性能氧化陶瓷膜的表面改性新技术。所形成的保护膜可使合金的耐磨损、耐腐蚀及绝缘等性能得到极大改善，又因其具有工序简单，材料适应性宽等优点，因而在航空、航天、机械、电子以及生物材料等领域有广泛的应用前景。然而，由于其涉及材料学、电化学、电弧物理、电力电子和控制系统等多个学科和技术领域，是一个受多种因素影响的高度复杂的工艺过程，因此，许多问题至今并未给出明确结论。’本文以研制适合微弧氧化工艺要求的电源为目的。采用理论分析加试验验证的方法，深入研究微弧氧化过程状态、膜层特点与电信号特征的相关性，提出了微区电弧放电机理和模型及其

2、对电源的要求，并通过负载模型的研究提出电源负载适应性要求。据此，设计了一台具有多种输出方式的微弧氧化脉冲电源。论文主要的研究工作如下：随电源电压增加微弧氧化过程依次经历阳极氧化、微弧氧化和大弧放电3个阶段，可用起弧电压和大弧电压加以界定。微区电弧放电模型被描述为水的电解、微弧放电、金属氧化和氧化物冷却收缩4个过程，由放电引起的微区热循环使微弧氧化始终存在大弧倾向。脉冲电源的重要作用即在加入适当的冷却时间以阻止大弧放电。微弧氧化负载呈现极强的电容性，使负载电压波形不易满足微弧氧化的基本要求，同时会造成电源系统的电流冲击，故必须解决这两方面的电源适应性问题。前者可通过增加强制放电回路

3、，促使负载电压快速泄放来实现；后者则应在电源电路设计时，考虑对其限制或采取相应吸收保护措施。基于对负载电压波形和电源负载适应性的要求，设计了一台具有多种输出方式的微弧氧化脉冲电源，其包括主电路和控制系统两部分。电源主电路由整流电路、滤波电路、斩波电路、放电电路及保护电路组成，通过各部分电路的协调和组合，电源可具有多种输出方式。电源控制系统由电源主控系统和人机界面系统构成。电源主控系统以80C196KB单片机为核心，实现对电压和电流信号及手动模式下设置的参数进行采集、捕捉同步信号并产生SCR的触发脉冲、产生IGBT的驱动脉冲并监测IGBT的工作状态、对过流和过热进行保护等功能；人机

4、界面系统以AT89C52单片机为核心，完成对电源输出方式、电源参数、工作方式的预置和对微弧氧化过程中电源参数、时间及工作状态的实时显示。两个控制系统之间采用串行接口通讯，可实时交换数据和命令。研制的微弧氧化脉冲电源不仅能够选择输出恒流或恒压模式，而且还具有直流、单极性脉冲、双极性脉冲、带放电回路的脉冲和交流方波五种输出方式，并且能够实现对微弧氧化工艺的过程控制，为进一步研究微弧氧化的工艺及机理提供了技术支持。关键词：微弧氧化；脉冲电源；负载模型；多种输出方式具有多种输出方式的微弧氧化脉冲电源研制AbstractMicro-arcoxidation(MAO)isanewsurfac

5、etreatmenttechniqueappliedtovalvemetalsandtheiralloystoformtheceramicmembraneonthesurfacewithahigh-qualityperformance．Ithasa、^，idcapplicationintheaviation,aerospace，mechanical，electronicandbiologicalmaterialsere．astheresistancetoabrasion,corrosionresistanceandinsulationpropertiesofthealloysfo

6、rmingtheprotectivefilmaregreatlyimproved．However,sinceitrelatestomaterialsscience，electrochemistry,arcphysics，powerelectronicsandcontrolsystemsandotherdisciplinesandtechnicalfields，itisahighlycomplexprocessaffectedbymanyfactors．Therefore，manyproblemsstilldidnotgiveadefiniteconclusion．Thispape

7、rRinlStomanufacturethepowersupplywhichapplytoMAOprocess．Withtheexperimentalandtheoreticalanalysismethods，studyingtherelevancebetweenprocessstates，themembranelayercharacteristicsandsignalcharacteristics．Onthisbasis，theseparatelocalarcdischarge