Отправить статью по E-mail Моделирование электрических параметров гальванической ячейки в процессе микродугового оксидирования
- Авторы: Печерская Е.А.1, Семёнов А.Д.1, Голубков П.Е.1
-
Учреждения:
- Пензенский государственный университет, Пенза
- Выпуск: № 4 (2023)
- Страницы: 73-85
- Раздел: Статьи
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/894
- DOI: https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-4-66-7
- ID: 894
Цитировать
Аннотация
Микродуговое оксидирование является перспективной технологией получения износостойких антикоррозионных покрытий изделий из вентильных металлов и сплавов и применяется во многих отраслях промышленности. Одной из основных проблем данной технологии является низкая управляемость, обусловленная сложностью и взаимосвязанностью физико-химических явлений, происходящих в процессе нанесения покрытий. Для решения подобных проблем в настоящее время активно используются цифровые двойники. Исследование посвящено разработке математических моделей, которые целесообразно использовать в качестве структурных элементов цифрового двойника процесса микродугового оксидирования. Представлена электрическая схема замещения гальванической ячейки микродугового оксидирования, учитывающая сопротивление электролита, сопротивление покрытия детали в виде параллельного соединения нелинейного активного сопротивления и реактивного емкостного сопротивления. Предложена математическая модель, описывающая поведение электрической схемы замещения гальванической ячейки микродугового оксидирования. Разработана методика определения параметров указанной модели, включающая построение осциллограммы изменения сопротивления ячейки и ее аппроксимацию, оценку значений сопротивлений и емкости схемы замещения гальванической ячейки. Предложен способ расчета и разработана Simulink-модель процесса микродугового оксидирования, позволяющая имитировать осциллограммы тока и напряжения гальванической ячейки. Анализ модели показал, что модель устойчива, управляема и наблюдаема, но плохо обусловлена, что приводит к возникновению ошибок моделирования, максимальное значение которых составляет 7 % для напряжения и 10 % для тока. Методом параметрической идентификации с использованием экспериментальных осциллограмм тока и напряжения получены зависимости параметров схемы замещения гальванической ячейки от времени оксидирования. Установлено, что изменение среднего за период активного сопротивления гальванической ячейки коррелирует с толщиной покрытия.
Об авторах
Екатерина Анатольевна Печерская
Пензенский государственный университет, Пенза
Email: pea1@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-5657-9128
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Информационно-измерительная техника и метрология»
РоссияАнатолий Дмитриевич Семёнов
Пензенский государственный университет, Пенза
Email: sad-50@mail.ru
доктор технических наук, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология»
РоссияПавел Евгеньевич Голубков
Пензенский государственный университет, Пенза
Автор, ответственный за переписку.
Email: golpavpnz@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4387-3181
кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология»
РоссияСписок литературы
- Yu Ji-Min, Choe Han-Cheol. Morphology Changes and Bone Formation on PEO-treated Ti-6Al-4V Alloy in Electrolyte Containing Ca, P, Sr, and Si Ions // Applied Surface Science. 2019. Vol. 477. P. 121–130. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.11.223.
- Simchen F., Sieber M., Kopp A., Lampke Th. Introduction to Plasma Electrolytic Oxidation – An Overview of the Process and Applications // Coatings. 2020. Vol. 10. № 7. Article number 628. doi: 10.3390/coatings10070628.
- Troughton S.C., Nomine A., Nomine A.V., Henrion G., Clyne T.W. Synchronised electrical monitoring and high speed video of bubble growth associated with individual discharges during plasma electrolytic oxidation // Applied Surface Science. 2015. Vol. 359. P. 405–411. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.10.124.
- Yang Kai, Zeng Jiaquan, Huang Haisong, Chen Jiadui, Cao Biao. A Novel Self-Adaptive Control Method for Plasma Electrolytic Oxidation Processing of Aluminum Alloys // Materials. 2019. Vol. 12. № 17. Article number 2744. doi: 10.3390/ma12172744.
- Печерская Е.А., Голубков П.Е., Карпанин О.В., Артамонов Д.В., Сафронов М.И., Печерский А.В. Исследование влияния технологических параметров процесса микродугового оксидирования на свойства оксидных покрытий // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2019. Т. 24. № 4. C. 363–369. doi: 10.24151/1561-5405-2019-24-4-363-369.
- Tu Wenbin, Zhu Zhunda, Zhuang Xiujuan, Cheng Yingliang, Skeldon P. Effect of frequency on black coating formation on AZ31 magnesium alloy by plasma electrolytic oxidation in aluminate-tungstate electrolyte // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 372. P. 34–44. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.05.012.
- Botin-Sanabria D.M., Mihaita A.-S., Peimbert-Garcia R.E., Ramirez-Moreno M.A., Ramirez-Mendoza R.A., Lozoya-Santos J.J. Digital Twin Technology Challenges and Applications: A Comprehensive Review // Remote Sensing. 2022. Vol. 14. № 6. Article number 1335. doi: 10.3390/rs14061335.
- Zhu Lujun, Ke Xiaoxing, Li Jingwei, Zhang Yuefei, Zhang Zhenhua, Sui Manling. Growth mechanisms for initial stages of plasma electrolytic oxidation coating on Al // Surfaces and Interfaces. 2021. Vol. 25. Article number 101186. doi: 10.1016/j.surfin.2021.101186.
- Rogov A.B., Huang Yingying, Shore D., Matthews A., Yerokhin A. Toward rational design of ceramic coatings generated on valve metals by plasma electrolytic oxidation: The role of cathodic polarization // Ceramics International. 2021. Vol. 47. № 24. P. 34137–34158. doi: 10.1016/j.ceramint.2021.08.324.
- Aliofkhazraei M., Macdonald D.D., Matykina E., Parfenov E.V., Egorkin V.S., Curran J.A., Troughton S.C., Sinebryukhov S.L., Gnedenkov S.V., Lampke T., Simchen F., Nabavi H.F. Review of plasma electrolytic oxidation of titanium substrates: Mechanism, properties, applications and limitations // Applied Surface Science Advances. 2021. Vol. 5. Article number 100121. doi: 10.1016/j.apsadv.2021.100121.
- Hussein R.O., Nie X., Northwood D.O., Yerokhin A., Matthews A. Spectroscopic study of electrolytic plasma and discharging behaviour during the plasma electrolytic oxidation (PEO) process // Journal of Physics D: Applied Physics. 2010. Vol. 43. № 10. Article number 105203. doi: 10.1088/0022-3727/43/10/105203.
- Clyne T.W., Troughton S.C. A review of recent work on discharge characteristics during plasma electrolytic oxidation of various metals // International Materials Reviews. 2018. Vol. 64. № 3. P. 1–36. doi: 10.1080/09506608.2018.1466492.
- Голубков П.Е., Печерская Е.А., Артамонов Д.В., Зинченко Т.О., Герасимова Ю.Е., Розенберг Н.В. Электрофизическая модель процесса микродугового оксидирования // Известия высших учебных заведений. Физика. 2019. Т. 62. № 11. С. 166–171. doi: 10.17223/00213411/ 62/11/166.
- Mengesha G.A., Chu Jinn P., Lou Bih-Show, Lee Jyh-Wei. Corrosion performance of plasma electrolytic oxidation grown oxide coating on pure aluminum: effect of borax concentration // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. № 4. P. 8766–8779. doi: 10.1016/j.jmrt.2020.06.020.
- Sowa M., Olesinski A., Szumski B., Maciej A., Bik M., Jelen P., Sitarz M., Simka W. Electrochemical characterization of anti-corrosion coatings formed on 6061 aluminum alloy by plasma electrolytic oxidation in the corrosion inhibitor-enriched aqueous solutions // Electrochimica Acta. 2022. Vol. 424. Article number 140652. doi: 10.1016/j.electacta.2022.140652.
- Polunin A.V., Cheretaeva A.O., Borgardt E.D., Rastegaev I.A., Krishtal M.M., Katsman A.V., Yasnikov I.S. Improvement of oxide layers formed by plasma electrolytic oxidation on cast Al-Si alloy by incorporating TiC nanoparticles // Surface and Coatings Technology. 2021. Vol. 423. Article number 127603. doi: 10.1016/j.surfcoat.2021.127603.
- Moga S.G., Negrea D.A., Ducu C.M., Malinovschi V., Schiopu A.G., Coaca E., Patrascu I. The Influence of Processing Time on Morphology, Structure and Functional Properties of PEO Coatings on AZ63 Magnesium Alloy // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. № 24. Article number 12848. doi: 10.3390/app122412848.
- Mortazavi G., Jiechao Jiang, Meletis E.I. Investigation of the plasma electrolytic oxidation mechanism of titanium // Applied Surface Science. 2019. Vol. 488. P. 370–382. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.05.250.
- Egorkin V.S., Gnedenkov S.V., Sinebryukhov S.L., Vyaliy I.E., Gnedenkov A.S., Chizhikov R.G. Increasing thickness and protective properties of PEO-coatings on aluminum alloy // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 334. P. 29–42. doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.11.025.
- Kaseem M., Fatimah S., Nashrah N., Ko Young Gun. Recent progress in surface modification of metals coated by plasma electrolytic oxidation: Principle, structure, and performance // Progress in Materials Science. 2021. Vol. 117. Article number 100735. doi: 10.1016/j.pmatsci.2020.100735.
Дополнительные файлы
