Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Гребенюк Никита Александрович. Исследование метода и разработка оборудования для диагностики работоспособности электролитов плазменно-электролитической обработки : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.14 : Москва, 2003 263 c. РГБ ОД, 61:04-5/683-0

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава 1. Современное состояние диагностики
работоспособности электролитов в технологии
плазменно-электролитической обработки (ПЭО) 13

  1. Анализ типовых деталей приборов и повышение их качественных характеристик на базе плазменно-электролитической обработки 13

  2. Анализ основных факторов, влияющих на качество покрытий, получаемых методом плазменно-электролитической обработки 17

  3. Анализ современных методов и

средств диагностики работоспособности электролитов 50

Постановка задачи исследований 56

Глава 2. Исследование взаимосвязи изменения физико-химических

свойств электролитов в процессе эксплуатации с параметрами

качества покрытий 59

2.1. Теоретический анализ физико-химических процессов в
силикатно-щелочных и алюминатных электролитах,
протекающих на разных этапах их функционирования 60

2.1.1. Структура силикатно-щелочного электролита

и ее изменение во времени 61

  1. Характер и особенности изменения структуры алюминатного электролита 63

  2. Влияние технологических факторов ПЭО на

изменения в структуре электролитов 68

2.2. Исследование влияния изменения состояния электролита

в процессе эксплуатации на параметры качества покрытий 73

2.2.1. Разработка экспериментальной установки

и методики проведения исследований 75

2.2.2. Оценка изменения химического состава

электролита в процессе эксплуатации 77

  1. Исследование электропроводности электролитов 83

  2. Исследование кинетики изменения структуры

дисперсной фазы электролита в процессе эксплуатации 85

2.2.5. Влияние выработки электролита на

сквозную пористость получаемых в нем покрытий 96

2.2.6. Влияние выработки электролита на

микротвердость покрытий 100

2.2.7.Влияние выработки электролита на

толщину рабочего слоя покрытий 102

2.2.8. Влияние эксплуатации электролитов в режиме

с межоперационным хранением на пористость,

микротвердость и толщину рабочего слоя покрытий 108

2.2.9-Оценка взаимосвязи изменения параметров

качества покрытий и параметров дисперсной

фазы электролитов во время эксплуатации 114

2.3. Методика определения пределов

работоспособности электролитов 118

Выводы 120

Глава 3. Разработка принципов диагностики работоспособности электролитов на основе исследований изменения оптических характеристик в период эксплуатации и определение их взаимосвязи

с параметрами качества покрытий 122

3.1. Теоретическое обоснование изменения оптических

характеристик электролитов как полидисперсной системы

в процессе эксплуатации 123

3.1.1. Оптические характеристики дистиллированной

воды как дисперсионной среды электролитов ПЭО 127

3.1.2. Оптические характеристики дисперсной фазы
электролитов ПЭО и их изменение в процессе выработки 132

3.2. Экспериментальные исследования взаимодействия
оптического излучения с электролитами ПЭО

на различных этапах эксплуатации 146

  1. Оборудование и методики проведения экспериментальных исследований 147

  2. Исследования рассеяния светового потока

на частицах дисперсной фазы электролитов ПЭО 151

3.2.3. Исследование спектральных характеристик электролитов 156

3.3. Анализ взаимосвязи между коэффициентом
пропускания светового потока в электролитах и

параметрами качества ПЭО - покрытий 166

3.4. Исследование влияния режимов ПЭО

на изменение оптических свойств электролитов 172

3.5. Принципы оптической диагностики

работоспособности электролитов 183

Выводы 183

Глава 4. Разработка лазерного прибора для диагностики
работоспособности электролитов при плазменно-электролитической
обработке и анализ его точностных характеристик 184

4.1. Структурная схема прибора и ее обоснование 184

4.2. Выбор и обоснование основных конструктивных

элементов датчика прибора 188

4.3. Разработка алгоритмов обработки информации прибора 197

4.3.1. Алгоритм обработки информации прибора

в режиме диагностики работоспособности электролита

по параметрам качества покрытия 201

4.3.2. Алгоритм обработки информации прибора

в режиме прогнозирования параметров качества покрытия 203

  1. Методика калибровки прибора 205

  2. Анализ погрешностей прибора при диагностике работоспособности электролитов по параметрам

качества покрытий 207

  1. Классификация погрешностей измерения параметров качества покрытий при диагностике работоспособности электролитов 208

  2. Оценка погрешностей прибора 212

  3. Экспериментальная оценка суммарной погрешности при диагностике работоспособности электролитов

по параметрам качества покрытий 216

Выводы 226

Глава 5. Перспективы использования прибора для диагностики работоспособности электролитов в комплексной системе контроля и управления

качеством технологического процесса ПЭО 228

Выводы 235

Заключение 236

Литература 239

Приложения 250

Введение к работе:

Развитие прецизионного приборостроения в значительной степени связано с решением проблем повышения надежности приборных элементов на основе не только рационального конструирования, но и создания новых технологических процессов. Повышение требований к структуре и свойствам поверхностных слоев деталей приборов стимулировало создание новых методов их модификации и покрытия, среди которых все более широкое распространение получают методы воздействия на поверхности деталей концентрированных потоков энергии.

Одним из таких методов является метод плазменно-

электролитической обработки (ПЭО). ПЭО представляет собой электрохимический процесс окисления поверхностного слоя в сочетании с электроразрядными явлениями на границе рабочий электрод - водный раствор электролита при высоких потенциалах до 1000 В. В результате поверхностный слой модифицируется керамикоподобными структурами, которые по своим многофункциональным технологическим характеристикам значительно превосходят покрытия, получаемые традиционными методами.

Модифицированные поверхности отличаются: высокой твердостью (до 24 ГПа); коррозионной стойкостью (1 балл по 10 бальной шкале); диэлектрической прочностью (до 30 В/мкм); теплостойкостью (до 2500С); регулируемой пористостью (2-20%) при толщине покрытий до 400 мкм.

Основными преимуществами метода ПЭО являются: возможность
нанесения покрытия на изделия сложного профиля, внутренние поверхности
и полости; отсутствие необходимости специальной подготовки

поверхностей перед нанесением покрытий; экологическая безопасность (не требуется использования специальных очистных сооружений).

Методом ПЭО в настоящее время модифицируются поверхности деталей из сплавов на основе вентильных металлов: алюминиевых, магниевых, титановых, бериллиевых. Практическое применение метода ПЭО

в технологических целях было предложено ГА. Марковым в 70-ых годах XX века, причем процесс был отнесен к технологическим процессам получения покрытий. В связи с этим термин «покрытие» по отношению к поверхностному слою, модифицированному методом ПЭО, имеет пшрокое распространение в современной научно-технической литературе. В «МАТИ»-Росийском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского проводится широкий комплекс научно-исследовательских работ, направленных на изучение технологических возможностей метода. Благодаря особым свойствам, покрытия, получаемые методом ПЭО (ПЭО-покрытия), в настоящее время находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности, среди которых особое место занимает приборостроение.

Модификация поверхностей деталей приборов методом ПЭО
способствует повышению их качественных характеристик,

технологичности как на этапе конструирования, так и производства, позволяет изменять характеристики поверхностного слоя за счет повышения: износо- и коррозионной стойкости, электроизоляционных и адгезионных свойств, термостойкости, придания поверхности теплоизолирующих и биоцидных свойств. Внедрение технологии ПЭО позволяет заменять традиционные материалы деталей приборов на сплавы вентильных металлов с последующей модификацией поверхности методом ПЭО, что ведет к значительному снижению веса и себестоимости.

Расширяющееся внедрение в различных отраслях промышленности метода ПЭО ставит задачи управления качеством технологического процесса ПЭО путем создания современных методов и автоматизированных средств экпресс-диагностики и прогнозирования параметров качества покрытий.

Опыт внедрения технологического процесса ПЭО показывает, что основным источниками нестабильности качественных характеристик покрытия является электролит, в среде которого происходит сложный электрохимический-электроразрядный процесс.

Анализ литературных источников показал, что основное внимание исследователей при изучении данного процесса до настоящего времени было уделено исследованию влияния на качество покрытия состава и концентрации отдельных компонент электролита. В то же время анализ влияния технологических факторов, связанных с электролитами, таких как температура, срок хранения свежеприготовленного электролита до начала применения в технологическом процессе, срок межоперационного хранения между обработкой партий деталей, а также выработка в процессе эксплуатации изучены достаточно мало. Для диагностики параметров качества ПЭО покрытий важно установить взаимосвязи качественных показателей покрытия с текущим состоянием электролита. Такая взаимосвязь может быть осуществлена через комплексный показатель -работоспособность электролита, то есть такое его состояние, при котором в данный момент времени его физико-химические параметры обеспечивают получение покрытий, соответствующих требованиям нормативно-технической документации.

В связи с этим, решение задачи управления качеством технологического процесса ПЭО связано с созданием автоматизированных средств экспресс-диагностики и прогнозирования работоспособности электролита в процессе его эксплуатации. Для этого необходимо провести широкий комплекс теоретических и экспериментальных исследований изменения состояния различных электролитов в процессе эксплуатации, разработать метод диагностики работоспособности электролитов, основанный на взаимосвязи их физико-химических параметров и показателей качества покрытия, выполнить аппаратную и программную реализацию приборного комплекса диагностики работоспособности электролитов.

Настоящая работа посвящена решению поставленных задач. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решен комплекс вопросов, необходимых для обоснования возможностей

метода, разработки оборудования на его основе и внедрения этого оборудования в производство.

Работа состоит из пяти глав.

В первой главе представлен анализ типовых деталей приборов и путей повышение их качественных характеристик на базе технологии ПЭО. Выполнен обзор научно-технической и патентной литературы, посвященной влиянию факторов на качество ПЭО -покрытий. Исходя из анализа комплекса факторов, влияющих на качественные характеристики покрытий, выделяются в качестве доминирующих технологические факторы, обусловленные изменением физико-химических характеристик электролита в процессе эксплуатации: температура, срок хранения свежеприготовленного электролита, срок межоперационного хранения, а также выработка. На основании анализа методов диагностики работоспособности электролита доказывается, что в специфических условиях приборостроения диагностику работоспособности электролита наиболее эффективно производить по критериям, связанным с изменением физико-химических свойств электролита в процессе эксплуатации. В результате формулируются основные задачи работы для решения проблемы управления качеством ПЭО-покрытий путем диагностики работоспособности электролитов.

Вторая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию изменения физико-химических свойств электролитов в процессе эксплуатации и их взаимосвязи с параметрами качества покрытий. Выполнен теоретический анализ физико-химических процессов, протекающих в дисперсных системах алюминатных и силикатно-щелочных электролитах, наиболее применяемых в приборостроении при получении покрытий на деталях, выполненных из сплавов на основе алюминия. Проведена экспериментальная оценка изменения химических свойств этих электролитов в процессе эксплуатации. Экспериментально получены функциональные зависимости, отражающие изменение таких параметров качества покрытия, как толщина рабочего слоя, микротвердость и

пористость, от выработки электролита. Данные зависимости носят универсальный характер для различных токовых режимов, поскольку выработка определялась как количество электричества, прошедшее через единицу объема электролита за время его непрерывной эксплуатации и с межоперационным хранением. Проведены экспериментальные исследования изменения параметров дисперсной фазы электролитов в процессе эксплуатации. Установлена корреляционная связь между параметрами качества модифицированного слоя и изменением размеров частиц дисперсной фазы электролитов.

Комплекс проведенных исследований позволил заложить принципы прогнозирования изменения параметров качества модифицированного слоя от выработки электролитов, а также рассматривать поведение электролитов в процессе эксплуатации как мелкодисперсных систем с динамически меняющимися параметрами дисперсной фазы.

Третья глава посвящена разработке принципов оптической диагностики работоспособности электролитов на основе исследований изменения оптических характеристик электролитов как дисперсной системы и определение их взаимосвязи с параметрами качества покрытий в процессе эксплуатации.

Теоретически обоснован характер изменения параметров, характеризующих рассеяние и поглощение оптического излучения частицами дисперсной фазы электролитов в процессе эксплуатации.

Выполнены экспериментальные исследования индикатрис рассеяния в среде электролитов на различных этапах эксплуатации.

На основании анализа экспериментальных исследований изменения спектров пропускания электролитов в процессе эксплуатации рекомендовано применение коэффициента пропускания электролита в видимой области спектра как информативного параметра оптической диагностики работоспособности электролита. Получены функциональные зависимости, связывающие параметры качества покрытий с коэффициентом пропускания

на фиксированных длинах волн видимого диапазона. При этом исследованы различные режимы как при непрерывной эксплуатации электролита, так и при наличии межоперационного хранения. В результате проведенных исследований сформулированы основные принципы оптической диагностики работоспособности электролитов ПЭО.

Четвертая глава работы посвящена разработке лазерного прибора для диагностики работоспособности электролитов ПЭО. Разработана структурная схема прибора, выполнено обоснование выбора основных конструктивных элементов датчика прибора. Предложен алгоритм обработки информации, обеспечивающий работу прибора в режимах диагностики и прогнозирования параметров качества покрытий. Разработана методика измерения коэффициента пропускания электролита с помощью прибора. Рассмотрены вопросы расширения технологических возможностей прибора путем обеспечения его работы в режиме «калибровка». Предложена методика калибровки прибора.

Выполнен анализ погрешностей измерения параметров качества покрытий при диагностике работоспособности электролитов и разработан математический аппарат оценки погрешностей диагностируемых параметров качества покрытий. Произведена экспериментальная оценка суммарной погрешности прибора при диагностике работоспособности электролитов по параметрам качества покрытий, которая позволила установить доверительные интервалы при определении каждого из параметров качества и проанализировать изменение составляющих суммарной погрешности в зависимости от выработки электролита.

В пятой главе рассмотрены перспективы использования прибора, предложена структурная схема комплексной системы контроля и управления качеством технологического процесса ПЭО на основе системы универсального цифрового управления и мониторинга ПЭО-процесса, в которую интегрирована подсистема диагностики и прогнозирования

работоспособности электролита, основой которой является разработанный лазерный прибор оптической диагностики.

В процессе исследований был использован современный математический аппарат в сочетании с вычислительной техникой.

Исследования и разработки проводились в лабораториях кафедр «Технология обработки материалов потоками высоких энергий» и «Технология производства приборов и систем управления летательных аппаратов» «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского.

Подобные работы
Сисюков Артем Николаевич
Разработка и исследование методов информационного обеспечения ЭС САПР ТП механической обработки деталей
Вощенко Татьяна Карповна
Исследование и разработка методов модификации поверхности оптических материалов ионной и ионно-химической обработкой
Лепе Сергей Николаевич
Разработка и исследование метода калибровки избыточных измерителей ускорения с целью повышения точности БИНС
Бобцова Светлана Владимировна
Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении
Алтухов Андрей Александрович
Разработка и исследование физико-технологических принципов создания микроэлектронных устройств на основе планарных многослойных гетероэпитаксиальных структур Si, CaF2 и CoSi2, сформированных методом молекулярно-лучевой эпитаксии
Котляров Юрий Владимирович
Исследование и разработка технологии обработки подложек для приборных пластин связанным алмазно-абразивным инструментом
Клепиков Юрий Михайлович
Исследование условий и разработка методики комплектования групп деталей приборов из листовых материалов при их обработке набором сменных штампов
Паволоцкий Алексей Борисович
Разработка метода и технологии получения субмикронных сверхпроводящих туннельных переходов для низкотемпературных информационно-измерительных приборов
Фабричный Сергей Юрьевич
Исследование и разработка методов обработки речевых сигналов с использованием векторного квантования в системах информационного обмена
Шишенко Андрей Петрович
Исследование и разработка методов обработки видеоинформации для телекоммуникационных целей

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net