微弧氧化电源波形实现及负脉冲作用研究

摘要

微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，是一种新型的表面处理方法。利用此技术形成的表面膜层具有与基体的结合力强、硬度高、耐磨性、耐蚀性、抗热震性高、膜层电绝缘性好、击穿电压高等优异的物理化学性能。在材料表面处理领域中，微弧氧化技术正成为一个研究的热点。
　　 电源是微弧氧化技术制备陶瓷膜的关键设备，目前用微弧氧化方法处理金属表面，所用的电源大多为直流电源或单向脉冲式电源，本系统是在消除现有电源不足的基础上而设计的基于80C196KC控制的双端脉冲式变压变频微弧氧化电源。该电源是一种正负脉冲幅度、频率、占空比以及脉冲个数分别连续可调的双极性大功率电源。
　　 本论文首先介绍了电源拓扑结构的设计。本电源在主电路设计方面，采用晶闸管整流和IGBT斩波相结合的方式，通过可控整流电路来调节输出电压的大小，利用斩波电路实现输出波形的控制，这种结构大大简化了电源结构和控制策略，减小了电源的体积。在控制方面，采用基于80C196KC与TC787相结合的硬件设计方案，通过TC787向整流电路输出触发脉冲，控制晶闸管的触发角，使输出电压连续可调；通过80C196KC向斩波电路发出驱动信号，控制IGBT的通断，达到控制输出波形的目的。
　　 并且讨论了负向电压对微弧氧化膜的作用，施加负向电压后电流密度在镁合金微弧氧化过程中，比仅有正向电压时的更高，更平稳，这将会给镁合金表面陶瓷膜层的生长与发展带来有益的影响。通过负向电压的载荷能力，加大了电子电流密度，强化了微弧氧化反应中正向电压的作用，降低氧化膜层表面孔隙率，提高其平整度，有利于膜层的耐腐蚀性能的提高。