Анодирование алюминия как объект автоматизированного проектирования (стр. 3 из 16)
Рисунок 1.1 - Влияние плотности тока и продолжительности анодирования алюминия в сернокислом электролите на толщину покрытия меры по поддержанию его оптимальной температуры путем охлаждения и перемешивания.
Важно учитывать при проектировании, что наиболее положительные результаты в отношении антикоррозионных и других свойств покрытий, а также максимально достижимой его толщины получаются при обработке алюминия и его гомогенных сплавов. Включение в пленку кремния, который не поддается оксидированию и не растворяется в электролите, придает ей темную, пятнистую окраску. Значительное содержание в обрабатываемом сплаве меди приводит к увеличению пористости оксидных пленок. На сплавах, содержащих магний или марганец, формируются покрытия с более хорошими электроизоляционными свойствами, чем на сплавах алюминия с медью.
Тепловые процессы при оксидировании алюминия определяются теплотой реакции образования оксида и джоулевой теплотой. Основное количество теплоты выделяется в порах пленки, у их основания, где происходит реакция образования оксида. Следовательно, успешное получение покрытий большой толщины, зависит от того, насколько интенсивно удается отводить теплоту из зоны реакции (рисунок 1.3).
Наиболее высокое качество покрытий при толстослойном оксидировании достигается на алюминии и его сплавах с магнием или марганцем. При толстослойном оксидировании принимают, что размер обрабатываемых деталей увеличивается примерно на половину толщины покрытия.
Состав электролитов, г/л 1 - 100 сульфосалициловой кислоты; 2 - 100 сульфосалициловой кислоты и 5 H2SO4, 3 - 100 сульфосалициловой кислоты и 15 H2SO4.
Рисунок 1.2 - Влияние состава сульфосалицилатного электролита на растворимость оксидной пленки, формирующемся при анодировании алюминия
Материал анода: 1 - АД1, 2 - Адг2, 3 - Амг6, 4 - Д1.
Рисунок 1.3 - Влияние температуры хромовоборного электролита на толщину эматаль-пленок на алюминии и его сплавах
Важным показателем покрытия является его пористость. При ее увеличении уменьшается коррозийная стойкость. На рисунке 1.4 показана зависимость пористости оксидной пленки от плотности тока и от концентрации серной кислоты.
Рисунок 1.4 - Изменение пористости оксида в зависимости от концентрации H2SO4 и плотности тока
Поверхность деталей, на которых получают электроизоляционные оксидные покрытия, должна быть обработана не ниже 9 класса шероховатости. Радиус закругления острых граней - не менее 1 мм.
анодирование алюминий автоматизированное проектирование
Микропористая структура, высокая адсорбционная способность оксидных пленок являются той базой, которая позволяет изменить цвет. Известно три таких способа: осаждение в порах оксидного слоя минерального красящего пигмента, адсорбционное окрашивание органическими красителями, электрохимическое окрашивание путем обработки оксидного покрытия переменным током в разбавленных растворах минеральных солей. Для реализации первого из них оксидные покрытия последовательно пропитывают двумя растворами солей металлов, которые, взаимодействуя, образуют в порах пленки окрашенное химическое соединение, являющееся своеобразным минеральным красящим пигментом.
Красящие минеральные пигменты сравнительно устойчивы к воздействию света, но с их помощью нельзя получить широкого спектра цветов и оттенков, как это достигается при использовании органических красителей. Указанное преимущество органических красителей, простота технологического процесса их использования сделали этот способ наиболее распространенным. Относительно высокой светопрочностью характеризуются кислотные и антрахиноновые красители, которые, взаимодействуя с оксидом алюминия, образуют в его порах нерастворимое соединение. Наименьшая светопрочность характерна для прямых и основных красителей.
Наиболее подходящими для окрашивания органическими красителями являются оксидные покрытия, полученные в сернокислом электролите на алюминии и его сплавах с магнием и марганцем. На литейных сплавах типа силумина получается неравномерная, пятнистая окраска. Эматалевые пленки также могут быть окрашены, но их собственная окраска несколько искажает цвет красителя.
Защитные свойства и цвет покрытий при толщине 20 мкм сохраняются более 10 лет. Срок этот может быть увеличен за счет повышения толщины оксидной пленки.
2. Постановка задачи
Учитывая актуальность разработки САПР процесса получения оксидной пленки алюминия и, анализируя требования, которые должны быть предъявлены к разрабатываемой САПР, ставится задача:
1) Разработать структурную схему САПР, отражающую состав технического, программного, математического, информационного и методического обеспечения, необходимого для реализации процесса автоматизированного проектирования анодирования алюминия.
2) Разработать функциональную схему САПР, представляющую собой последовательность процесса проектирования анодирования алюминия.
3) Разработать структуру информационного обеспечения САПР процесса нанесения покрытия гальваническим способом, спроектировать и реализовать базы данных для хранения данных, которые необходимы для нормального функционирования САПР, а также программ позволяющих работать с ними неподготовленного пользователя. Разработать базы данных следующего содержания:
БД электролитов;
БД металлов;
БД гальванических ванн;
архив готовых проектов.
4) Разработать программы диалога. Эти программы должны обеспечивать интуитивный интерфейс с разработанной САПР пользователя, имеющего небольшой опыт работы на персональных компьютерах.
5) Разработать математические модели процессов и технических устройств; алгоритмы решения задач оптимизации, необходимые для нахождения проектного решения. Разработка программ, реализующих методику расчета и поиска оптимального решения задачи. В эту категорию входят разработки программ ввода и анализа исходных данных, поиска оптимальных параметров процесса анодирования алюминия, а также анализа полученных решений.
6) Разработать методику и программу аппроксимации табличной функции, создать для пользователя удобный интерфейс для создания динамически подгружаемых библиотек с заданной функцией, позволяющей во время выполнения программы обрабатывать данные любой функциональной зависимостью.
3. Анализ разработок САПР в данной предметной области
На основании сведений, полученных при изучении процессов анодирования алюминия, был просмотрен и изучен материал, позволяющий сделать вывод о необходимости создания САПР в данной предметной области. Основанием к этому послужили следующие факты:
в связи с тем, что процессы анодирования алюминия не изучены до конца, не понятны многие аспекты в данной области;
существование различных противоречивых теорий в данной области, поясняющих только какую-то одну или несколько составляющих процесса протекающих между алюминием и электролитом, алюминием и оксидом или оксидом и электролитом.
разрозненные разработки САПР в данной предметной области;
большой объем информации, необходимой для проектирования, что предполагает наличие обширных баз данных и, как следствие, возможные трудности, возникающие при выборе необходимого оборудования или принципиальной схемы.
4. Общее описание системы
Составными структурными частями САПР являются подсистемы, в которых при помощи специализированных комплексов средств решается функционально законченная последовательность задач САПР. Выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая получение законченных проектных решений и соответствующих проектных документов называется подсистемой.