[实用新型]用于轻质高强金属材料表面处理的脉冲电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种脉冲电源，特别涉及用于镁、铝、钛等金属及其合金等轻质高强金属材料表面处理装置的数字化多自由度大功率双极性不对称脉冲电源。

背景技术

轻质高强金属材料的研究开发是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》基础原材料优先主题的重要内容，镁合金作为典型的高性能轻质高强金属材料，具有广阔的应用前景，被誉为二十一世纪最富于开发和应用潜力的“绿色工程材料”。国际社会对镁的需求量不断上升，镁合金已经广泛应用于航空、航天、汽车、电子和通讯等行业中，特别是在笔记本电脑、手机、照相机等电器3C产品上的用量越来越大。

尽管镁、铝、钛等有色金属及其合金有着优异的结构性能，镁、铝、钛及其合金作为一种结构材料要获得广泛的应用，还存在着一定的困难，原因主要是镁、铝、钛及其合金的耐磨性、耐蚀性较差。为了改善镁、铝、钛及其合金的性能，进一步扩大镁、铝、钛及其合金的应用领域，因此镁、铝、钛及其合金在使用过程中必须进行表面处理。目前所采用的化学氧化和阳极氧化还有诸多缺点。而微等离子体表面改性技术因具有环保、耐蚀性及独特的优点而成为镁合金表面处理的发展方向之一。

微等离子体表面改性过程包括电化学反应和等离子体化学反应。在外加电压未达到临界击穿电压之前，在阳极金属上发生普通的电化学反应，生成一层很薄的非晶态氧化膜。当外加电压达到临界击穿电压后，膜层上最薄弱的部位首先被击穿，随着电压继续增加，氧化膜表面出现微等离子体放电现象，形成等离子体。微等离子体瞬间温度极高，不仅使微等离子体区的基体合金发生熔融，也使周围的液体气化并产生极高的压力。在高温高压作用下，基体表面原有的氧化膜发生晶态转变。同时，电解液中的氧离子和其他离子也通过放电通道进入到微等离子体区，和熔融的基体发生等离子化学反应，反应产物沉积在放电通道的内壁上。随着微等离子体继续在试样表面其他薄弱部位放电，均匀的氧化膜逐渐形成。

微等离子体表面改性技术具有工艺简单、清洁无污染、膜层均匀质硬，材料适应性宽等特点，得到的微等离子体表面改性膜既具备普通阳极氧化膜的性能，又兼有陶瓷喷涂层的优点，突破了传统的阳极氧化技术，是镁合金表面处理的重点发展方向。

镁、铝、钛及其合金微等离子体表面改性技术主要包括两个方面：一是溶液的配方问题，即溶液不同的成分会对镀件成膜速度，厚度等各方面有很大的影响；二是电源技术问题，即究竟什么样的电源静、动态特性以及什么样的输出波形结构才最适合微等离子体表面改性技术、最节省电能且效率最高。 

镁、铝、钛及其合金微等离子体表面改性技术一般在恒流或恒压方式下去研究阀金属表面所生成的陶瓷膜性能。目前，微等离子体表面改性所采用的电源，虽然也能在恒流或者恒压下工作，但是这些电源所能提供的工作电流或者电压的频率为工频，波形和脉宽不可选择，这就大大限制了制备的表面改性陶瓷膜的性能。

因此，现有的镁、铝、钛及其合金微等离子体表面改性技术的电源尚有进一步完善的必要。

发明内容

本实用新型为了解决上述现有技术存在的问题，而提出一种针对镁、铝、钛等金属及其合金等轻质高强金属材料表面处理而设计的基于TMS320F2812和S3C2410的多自由度大功率双极性不对称脉冲电源，以适用于镁、铝、钛等金属及其合金表面处理，即使不同的溶液配方，也能够通过设置电源的工作电压、电流、频率、正负脉冲的占空比、正脉冲个数、负脉冲个数、加工时间、工作模式以及工作时间的段数得到良好的微等离子体表面改性陶瓷膜性能。

本实用新型是通过以下方案实现的：

上述的用于轻质高强金属材料表面处理的脉冲电源，为数字化多自由度大功率双极性不对称脉冲电源，主要由电性连接的三相可控整流模块、可控硅驱动模块、无源滤波模块、不对称脉冲产生模块、绝缘栅双极型晶体管驱动模块、控制和保护模块以及人机界面模块构成。

所述的用于轻质高强金属材料表面处理的脉冲电源，其中：所述三相可控整流模块包括分别串接有隔离变压器的两个相互独立的三相可控整流电路，所述两个三相可控整流电路为三相桥式全控整流电路。

所述的用于轻质高强金属材料表面处理的脉冲电源，其中：所述可控硅驱动模块有两个，分别驱动和调节三相可控整流模块的三相可控整流电路。所述可控硅驱动模块驱动所述三相可控整流电路，将单片机发出的6路脉宽调制进行隔离和电流放大后驱动6个可控硅，同时调节其触发角，以调节所述三相可控整流模块的输出电压。