способ определения момента окончания процесса электролитно- плазменного удаления покрытия

Формула изобретения

Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия, включающий измерение переменной составляющей тока и анализ ее изменения во времени, отличающийся тем, что 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 u 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 u 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, а расчет значения площади поверхности, освобожденной от покрытия S ведут по формуле

где k - эмпирический коэффициент пропорциональности,

в случае, если через 50-70 с от начала обработки напряжение u не достигает значения (0,5-0,6) u₀, процесс электролитно-плазменного удаления покрытия останавливают, так как покрытие удаляться не будет.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхностей и может быть использовано для определения момента окончания электролитно-плазменного удаления с поверхности сталей износостойких покрытий, содержащих в своем составе вентильный металл.

Известен способ определения окончания удаления покрытия при реализации способа электрохимического удаления слоев никеля, хрома или золота с поверхности медной подложки по значению тока [патент США № 4539087, кл. С 25 F 5/00, 7/00. Устройство и способ электрохимического снятия осадков никеля, хрома и золота с меди и ее сплавов. 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. С 25 F 3/00. Способ электрохимической обработки поверхности металла. Публ. 07.01.1983].

Недостатком 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.

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. С 25 F 5/00. Способ определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия. Публ. 10.10.1998].

Недостатком прототипа является невозможность установления факта удаления покрытия без прерывания обработки, отсутствие формулы для расчета площади поверхности, освобожденной от покрытия, а также трудности при определении изменения амплитуды переменной составляющей тока на 2% с помощью осциллографа.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение качества обрабатываемой поверхности за счет упрощения определения момента окончания удаления покрытия электролитно-плазменным методом.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения момента окончания процесса электролитно-плазменного удаления покрытия, включающем измерение переменной составляющей тока и анализ 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 u 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 u 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=kt_k,

где k - эмпирический коэффициент пропорциональности.

В случае если через 50-70 с от начала обработки напряжение u не достигает значения (0,5-0,6)u₀, процесс электролитно-плазменного удаления покрытия останавливают, так как покрытие удаляться не будет.

Существо способа поясняется чертежом, на котором показано изменение в ходе обработки площади поверхности, освобожденной от покрытия, S и соответствующая кривая динамики действующего значения напряжения на выходе полосового фильтра u. На чертеже видно качественное отличие вида кривой напряжения u при обработке в условиях, близких к оптимальным для удаления покрытия (см. чертеж, а) и при обработке в неоптимальных условиях, когда покрытие не удаляется (см. чертеж, б). На чертеже (а) виден временный спад напряжения u с длительностью t_k. Момент времени t_k соответствует началу интенсивного освобождения поверхности, которое происходит с постоянной скоростью.

Приведенное поведение кривых объясняется связью закономерностей функционирования парогазовой оболочки и переменной составляющей тока при электролитно-плазменной обработке. Удаление покрытия в условиях, близких к оптимальным, связано с воздействием неустойчивого пленочного кипения на материал покрытия с образованием аморфных оксидов вентильных металлов материала покрытия на начальной стадии обработки в течение 20-40 с от начала обработки. Через 50-70 с парогазовая оболочка переходит в режим пузырькового кипения, в котором продолжается окисление поверхности. После полного окисления покрытия начинается его удаление, которое происходит с постоянной скоростью (см. чертеж, а). Обработка в не оптимальных для удаления покрытия условиях связана с действием режима пузырькового кипения с начала обработки, в результате чего образуются кристаллические оксиды вентильных металлов материала покрытия, которые не удаляются в данном режиме кипения (см. чертеж, б). Поскольку электрическое сопротивление кристаллических оксидов меньше сопротивления аморфных оксидов, то при наличии последних, проводимость системы будет меньше.

Наиболее ярко данный эффект проявляется в переменной составляющей тока на частотах 500-1500 Гц. Образованию аморфных оксидов соответствует область спада напряжения на выходе полосового фильтра u длительностью t_k (см. чертеж, а). Возрастание напряжения связано с повышением проводимости поверхности в связи с удалением оксидного слоя. Достижение максимального значения площади поверхности, освобожденной от покрытия, зависит от длительности временного интервала t_k, определяющего длительность окисления, и, соответственно площадь полностью окисленной поверхности. Образование кристаллических оксидов существенно не влияет на проводимость системы, и в случае их образования спада напряжения u не происходит, что сигнализирует о том, что покрытие не будет удаляться (см. чертеж, б).

Примеры конкретной реализации способа

Образцы из стали ЭИ-961Ш с вакуумно-плазменным покрытием из нитрида титана различной толщины обрабатывали электролитно-плазменным методом в 5% растворе сульфата аммония при различных напряжениях и начальных температурах электролита. Для определения момента окончания удаления покрытия регистрировали действующее значение напряжения u на выходе полосового фильтра с граничными частотами 500 и 1500 Гц. Определяли значение порогового напряжения u₀ путем усреднения значения u в течение 30 с от начала обработки и начинали отсчет отрезков времени t_k и t, если через 60 с от начала обработки напряжение u достигало значения 0,5u₀, то конец отсчета времени t_k устанавливали по достижении напряжением u значения 0,9u₀, а момент окончания процесса определяли по достижении t значения 1,5t_k. Расчет значения площади поверхности, освобожденной от покрытия, S вели по формуле

S=kt_k,

где k=0,2811. В случае, если через 60 с от начала обработки напряжение u не достигало значения 0,5u₀, принимали решение о том, что покрытие не удалится. Также после обработки определяли реально достигнутую площадь поверхности, освобожденной от покрытия S_p. Для сравнения приведено время окончания процесса удаления покрытия, определенное с помощью способа-прототипа. Результаты приведены в таблице.

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