[发明专利]一种基于放电信号反馈控制的电火花自动沉积装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于放电信号反馈控制的电火花自动沉积装置及方法，属于材料表面工程领域。本发明采用在三维运动平台加装电极损耗自补偿系统，利用电火花放电信号触发电极夹持机构运动动态调节电极与工件表面间距。电极损耗自补偿系统由带有触发功能的示波器，Z₁轴和X₁轴两个运动轴、驱动器构成。沉积过程中利用示波器实时监测电极和工件间电流和/或电压。当检测到火花放电信号峰的触发预设的电平，示波器向Z₁和X₁两个运动轴的驱动器同时发出驱动信号，驱动Z₁和X₁轴同时产生补偿位移，从而实现电极损耗两个方向的自动补偿。本发明提出的装置和方法，可解决电火花沉积过程中的电极消耗自动补偿问题，实现涂层数控自动化连续沉积。

技术领域

本发明涉及一种基于放电信号反馈控制的电火花自动沉积装置及方法，属于材料表面工程领域。

背景技术

表面工程技术采用物理、化学、机械等方法，在材料表面制备不同于基体材料的，且具有光、电、磁、热等特殊性能的覆层。它以新型的功能实现新的工程应用，改变材料表面及近表面区的形态、化学成分和组织结构，使工件表面具有强度高、硬度高、耐磨、耐蚀、耐热及抗咬合等超强性能。如通过表面技术改进模具表面的物理化学性能，可以经济合理地解决其磨损问题，对提高磨损部件服役寿命和性能具有重要工程应用价值，模具寿命可延长数倍至数十倍，成为这些领域修复部件、延长零件使用寿命的重要途径。因此，表面工程技术被广泛应用于工业生产中。

电火花沉积是利用电容储存电能，在基体材料(阴极)和电极(阳极)之间形成高频脉冲微电弧放电(10^-6～10^-5s)，使基体和电极之间的气体电离而形成瞬间的通道，电极材料在电场的作用下迁移到基体表面，并通过电极移动形成连续涂层的过程。

电火花沉积热输入小，对工件造成的热影响区和变形小；沉积涂层与基体为冶金熔合、结合强度高；电火花瞬时高温局部熔化的电极材料在工件表面迅速冷却，为非晶、纳米晶的形成创造了有利的条件，将有望成为替代电镀硬铬涂层技术的重要途径。电火花沉积过程不会产生有毒的、污染环境的物质，有利于可持续发展，是一种具有广泛发展前景的表面工程改性技术。通过电火花沉积技术，选择不同的电极材料，在各类的基体表面制备各异性能的涂层，能够提高工件表面的抗腐蚀能力、高温氧化性能、摩擦磨损等优良性能。电火花沉积技术近年来迅速发展，广泛用于航空航天、军事领域、机械制作业等行业零部件的表面强化方面，以及失效零部件表面的修复。

长期以来，电火花沉积均通过手工作业，加工的质量、速度直接取决于操作者的水平、经验，涂层的均匀度、批量生产的一致性得不到保证。沉积效率低、操作具有随意性和不可再现性，涂层质量难以控制，采用自动化的电火花沉积系统是一个必然的发展方向。然而，在电火花沉积的过程中，电极材料不断损耗，会引起旋转电极与工件之间的间隙变化，当电极消耗达到一定程度,即电极与工件表面之间的距离大于放电间隙时,电极和工件表面之间就无法形成间隙放电,这样就无法继续进行电火花沉积工作，只能实现极小范围内沉积涂层。在进行电火花沉积的自动化操作时,电极由机械手或其他机械机构操作,但电极与基体之间的间距需要进行单独的自动控制,目前尚未这样的技术和设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于放电信号反馈控制的电火花自动沉积装置及方法，通过电火花放电信号监测实时触发电极夹持机构运动动态调节电极与工件表面间距，解决电火花沉积过程中的电极消耗自动补偿问题，实现涂层数控自动化连续沉积。

本发明的技术方案如下：

一种基于放电信号反馈控制的电火花自动沉积装置，包括电火花沉积电源、沉积枪、三维运动平台和电极损耗自补偿系统，其特征在于：