Технологические и методологические основы формирования функциональных покрытий методом электроискрового легирования с применением электродных материалов из минеральных концентратов Дальнего Востока

• Автор: Мулин, Юрий Иванович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 477 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРОБЛЕМА ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУР И

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ЛЕГИРОВАНИИ И ПУТИ ЕЁ РЕШЕНИЯ 18 1Л. Сущность процесса электроискрового легирования

1.2. Образование покрытий ЭИЛ порошковыми материалами

1.3. Основные модели процессов ЭИЛ при использовании компактных

электродов

1.3.Г Электродинамическая теория процесса ЭИЛ Б.Р. Лазаренко и

Н.И. Лазаренко

1.3.2. Электротермическая теория эрозии материалов при ЭИЛ Б.Н.Золотых

1.3.3. Обобщённая модель процесса ЭИЛ А.Д. Верхотурова
1.3.4. Электротермическая модель формирования покрытий с инициированием контактом искрового разряда С.А. Пячина
1.4. Эрозия материалов электродов при ЭИЛ
1.5. Образование изменённого поверхностного слоя при ЭИЛ
1.6. Образование структур в поверхностном слое при ЭИЛ
1.6.1. Особенности формирования структур однослойных покрытий
1.6.2. Особенности формирования структур многослойных покрытий
1.6.3. Особенности формирования структур "толстослойных" покрытий
1.7. Электродные материалы, используемые для ЭИЛ
1.8. Оборудование для ЭИЛ
1.9. Постановка задачи исследования 51 Глава 2. МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ,
МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
2.1. Особенности новых методологических положений, используемых
при исследованиях
2.2. Основные методики исследований и используемые приборы
2.2.1. Исследование гранулометрического состава продуктов эрозии
2.2.2. Исследование закономерности массопереноса и образования
ИПС (основные используемые параметры)
2.2.3. Определение прочности сцепления электроискровых покрытий с основным металлом методом сдвига (среза)
2.2.4. Определение сплошности электроискровых покрытий
2.2.5. Пористость изменённого поверхностного слоя
2.2.6. Исследование макроструктуры изменённого поверхностного
слоя, шероховатости поверхности покрытий
2.2.7. Исследование микроструктуры ИПС и микротвердости
2.2.8. Исследования фазового и химического составов кристаллической структуры поверхностного слоя
2.2.9. Исследование покрытий на жаростойкость
2.2.10. Исследования остаточных напряжений в покрытии
2.2.11. Методика исследования износостойкости
2.2.12. Испытание покрытий на газоабразивное изнашивание
2.3. Характеристика материалов используемых образцов и электродов
2.4. Используемое оборудование при исследовании процессов
электроискрового легирования
2.4.1. Генератор искровых разрядов для установки ЭИЛ мод
2.4.2. Генератор искровых разрядов для установки ЭИЛ мод
2.4.3. Генератор искровых разрядов для установки ЭИЛ мод
2.4.4. Результаты лабораторного испытания генератора
2.4.5. Методика определения вольтамперных характеристик искровых разрядов и энергетических параметров процесса ЭИЛ
2.5. Методики обкатывания и выглаживания поверхностей покрытий
2.6. Выводы
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КОНЦЕНТРАТОВ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ С ОБРАЗОВАНИЕМ ПОКРЫТИЙ И СИНТЕЗ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭИЛ
3.1. Исследование влияния энергетических и технологических параметров на функциональные свойства покрытий, полученных из минеральных концентратов Дальнего Востока
3.1.1. Энергетические и технологические параметры ЭИЛ, их влияние на функциональные свойства покрытий
3.1.2. Оптимизация энергетических и технологических параметров ЭИЛ для образования покрытий функционального назначения с применением минеральных концентратов
3.1.3. Анализ результатов исследования
3.2. Основные принципы формирования покрытий материалами, полученными при металлотермической переработке шеелитового концентрата и ильменита
3.2.1. Разработка технологии синтеза электродных материалов из шеелитового концентрата методом алюминотермии
3.2.2. Расчет оптимального состава шихты для получения новых электродных материалов методом алюминотермии
3.2.3. Элементно-фазовый и структурный анализы
3.2.4. Разработка технологии получения металлического порошкового вольфрама из шеелитового концентрата в расплавах солей щелочных металлов методом алюминотермии
3.3. Исследование влияния режимов обработки ЭИЛ на величину массопереноса электродных материалов, качество и свойства получаемых покрытий на сталях
3.4. Исследования эксплуатационных характеристик образуемых
покрытий.
3.5. Выводы

Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЭРОЗИИ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОДОВ И ФОРМИРОВАНИЯ ИЗМЕНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА КАТОДЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРОЦЕССА ЭИЛ
КОМПАКТНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
4Л. Исследование процесса эрозии материалов электродов в зависимости от их состава, структуры, основных режимов легирования
4.2. Анализ и обобщение экспериментальных данных по эрозии материалов
4.3. Обоснование выбора вида математической зависимости суммарного привеса катода от управляющих параметров
4.4. Анализ модели суммарного массопереноса материала анода на
катод от управляющих параметров процесса ЭИЛ
4.5. Определение технологических параметров процесса ЭИЛ при образовании покрытий с заданной толщиной легированного слоя
4.6. Выводы 177 Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ЭИЛ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА, СТРУКТУРУ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЙ
5.1. Постановка задачи исследования
5.2. Исследование влияния энергетических параметров процесса ЭИЛ
на структурообразование и триботехнические характеристики ИПС
5.3. Влияние комплексного технологического параметра, его составляющих, микротвердости электродов на параметры
текстуры формируемых поверхностей
5.3.1. Используемые материалы и оборудование
5.3.2. Определение шероховатости и волнистости поверхностей покрытий при ЭИЛ
5.3.3. Математическая модель изменения шероховатости в
процессе ЭИЛ
5.3.4. Анализ результатов исследований
5.4.Исследование прочности сцепления покрытий с основой в зависимости от энергетических параметров процесса ЭИЛ
5.5. Оценка жаростойкости покрытий, образованных новыми электродными материалами
5.6. Исследование покрытий ЭИЛ на газоабразивный износ
5.7. Выводы 240 Глава 6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛЕЙ
6.1. Структурная схема (модель) процесса формирования
многослойных композиционных покрытий

что приводит к необходимости постоянного перемещения легирующего электрода относительно зоны воздействия разряда на катоде.
При смещении точки приложения последующего импульса на величину меньшую, чем диаметр лунки, разряд будет протекать через наиболее выступающую часть поверхности, т.е. в край лунки, образованный предыдущим разрядом. При этом часть металла с края лунки переместится к её центру. Экспериментально установлено [7], что если контактирующая площадь анода больше площади образующейся лунки, то наиболее качественный слой получается при смещении электрода на 1/4 диаметра лунки.
Эти рекомендации даны исходя из практического использования ЭИЛ, и не охватывают вопросов влияния состава, структуры материала и электродов, их схватывания на процесс формирования ЛС.
Для получения качественных толстослойных покрытий (до 100 - 300 мкм и выше) необходимо обеспечить эрозию материала анода преимущественно в капельно-жидкой фазе [59] и по возможности уменьшить содержание в продуктах эрозии паровой фазы, распыляющей капельно-жидкую. Для создания условий интенсивного переноса материала анода на катод и прочного сцепления с деталью необходимо, чтобы процессы на электродах носили ассиметрич-ный характер; в первую очередь ассиметрия должна проявляться в распределении температуры вдоль межэлектродного промежутка, так как частицы металла со стороны катода должны охлаждаться быстрее, чем со стороны анода.
Эффективность использования на практике метода ЭИЛ в значительной степени определяется подбором материалов электродов и использованием режимов процесса. Однако наибольшую сложность представляет выбор оптимального удельного времени легирования До). Это связано с нелинейным изменением суммарного привеса образца в процессе ЭИЛ (рис. 1.3). Начиная со значения порога хрупкого разрушения ИПС ц суммарный привес катода 2АК становится отрицательным. С повышением удельного времени легирования 1 > масса образца может принять значение меньше первоначальной. В общем