Формирование функциональных покрытий методом ЭИЛ с применением электродных материалов из минерального сырья Дальневосточного региона

• Автор: Ярков, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 187 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Физические основы процесса электроискрового легирования

1.1.1. Принципиальная схема процесса ЗИЛ

1.1.2. Модель процесса ЗИЛ Б. Р.Лазаренко и Н. И.Лазаренко

1.1.3. Обобщённая модель процесса ЗИЛ А.Д. Верхотурова

1.2 Эрозия материалов электродов

1.3. Формирование изменённого поверхностного слоя (ИПС) при ЭИЛ

1.4. Формирование многослойных покрытий

1.5. Физико-химические свойства легированного слоя

1.6. Электродные материалы используемые для ЭИЛ

1.7. Оборудование для ЭИЛ

1.8. Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА, ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
2.1. Получение электродных материалов
2.2. Используемые материалы и технологические образцы
2.3. Метрологическое, металлографическое, триботехническое, термогравиметрическое и оборудование для рентгенофазового анализа
2.4. Оборудование используемое при электроискровом легировании
2.5. Разработка функциональной и электрической схемы генератора импульсов установки ИМ101
2.5.1. Разработка блок-схемы генератора
2.5.2. Описание работы электроискрового генератора импульсов
2.5.3. Конструктивная проработка и результаты испытания генераторабЗ
2.6. Определение вольт-амперных характеристик установок ЭИЛ. Методика расчета энергетических параметров процесса ЭИЛ
2.7. Методика исследования эрозии электродов и изменения массы
КАТОДА
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ МАССОПЕРЕНОСА, ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СЛОЯ И ЕГО СВОЙСТВ ПРИ ЭИЛ МАТЕРИАЛАМИ, ПОЛУЧЕННЫМИ ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА
3.1. Исследование кинетики массопереноса при выполнении процесса ЭИЛ
3.2. Характеристики образуемых покрытий, исследование на износ и жаростойкость
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ПРОЦЕССА ЭИЛ
4.1. Расчет технологических режимов процесса ЭИЛ для
МЕХАНИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ С ОДНОЭЛЕКТРОДНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ
головкой
4.2. Исследование кинетики массопереноса в зависимости от
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ПРОЦЕССА ЭИЛ
4.3. Исследование влияния технологических параметров
МЕХАНИЗИРОВАННОГО ПРОЦЕССА ЭИЛ НА ОБРАЗОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗМЕНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МЕТОДОМ ЭИЛ
5.1. Обоснование выбора уравнения регрессии для описания
ЗАКОНОМЕРНОСТИ МАССОПЕРЕНОСА
5.2. Анализ адекватности закономерности полученным
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ
5.3.Вывод ы
ГЛАВА 6. ФОРМИРОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Л15
6.1. Анализ рекомендаций и основные предпосылки по выбору сочетаний
ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ЧЕРЕДОВАНИЮ
6.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДБОРА ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ЭИЛ
6.3 Исследование массопереноса материала анода на катод при формировании многослойных покрытий
6.4. Разработка схемы процесса ЭИЛ при формировании многослойных покрытий
6.5. Рекомендации при разработке технологических процессов нанесения износостойких покрытий и восстановления деталей машин при ЭИЛ
6.6. Разработка технологических процессов нанесения износостойких покрытий и восстановления деталей машин методом ЭИЛ
6.6.1. Особенности износа рабочих поверхностей деталей
6.6.2. Особенности технологии изготовления деталей и условия работы
6.6.3. Технология восстановления и упрочнения изношенных поверхностей деталей методом ЭИЛ
6.7. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. Достижение высокой износостойкости и жаростойкости рабочих поверхностей деталей и инструментов является актуальной проблемой, которая может быть решена развитием и внедрением в производство новейших методов упрочнения путем изменения физико-химических свойств рабочих поверхностей деталей.
Одним из методов формирования функциональных покрытий на металлических поверхностях является электроискровое легирование (ЭИЛ), разработанное российскими учеными Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко. Метод ЭИЛ основан на действии низковольтных электрических разрядов между двумя электродами в газовой среде, при этом осуществляется эрозия материала анода, его перенос, диффузия, образование на катоде измененного поверхностного слоя (ИПС). Значительное улучшение эксплуатационных свойств деталей обеспечивается правильным выбором состава, структуры электродных материалов, а также параметров технологического процесса. Взаимосвязь явлений на аноде и катоде с эксплуатационными свойствами покрытия, а также критерии выбора электродных материалов обобщены и систематизированы в трудах Г.В. Самсонова и А.Д. Верхотурова. Вместе с тем, проблемы получения и использования новых электродных материалов для образования качественных электроискровых покрытий с высокими эксплуатационными характеристиками не исчерпаны.
Благодаря возможности нанесения на обрабатываемую поверхность любых токопроводящих материалов, как чистых металлов, так и сплавов и металлокерамических композиций, участию элементов межэлектродной среды в процессе формирования покрытий, высокой прочности сцепления нанесенного материала с основой, методом ЭИЛ возможно в широких пределах изменять механические, теплофизические, электрические и другие свойства рабочих поверхностей. К достоинствам этого метода относится: незначительный нагрев детали в процессе обработки и отсутствие ее деформации, простота и надежность оборудования, низкая энергоёмкость процесса и простота осуществления технологических операций.

В качестве металла-восстановителя использовалась алюминиевая стружка Хабаровского завода алюминиевых металлических конструкций. Легирующими элементами вольфрама являлись хром, никель, кобальт, цирконий, железо, которые вводились в реакционную шихту в виде оксидов ( Сг203, МоО). Фтористый кальций (СаБТ) и нитрат натрия ( ЫаЫОз) входили в состав флюса, которые обеспечивали жидкотекучесть шлаковой фазы и осуществление реакции со скоростью, достаточной для разделения продуктов реакции на шлаковую и металлическую фазы.
В таблице 2.1. приведены средние значения содержания элементов в составах металлической фазы.
Электропроводность материалов полученных компактных электродов обеспечивала их применение на всех выпускаемых установках для ЭИЛ.
2.2. Используемые материалы и технологические образцы
В качестве материалов подложек для исследования процесса массопереноса выбрана сталь 45, СтЗ, Х12Ф1, имеющие широкое применение в машиностроении. В качестве материалов анода применяли новые сплавы на основе вольфрама, полученные методом алюминотермии с легирующими элементами Сг, Ре, Со, №, Ъх, Мо [4] и материалы Т1, Сг, №, ТЧС, а-Ре, XV, ВК8 используемые при сравнении.
Средние значения содержания элементов в составах полученных методом алюминотермии сплавов приведены в таблице 2.1.
Для нанесения покрытий на установках ЭИЛ в ручном режиме используются технологические образцы - параллелепипед 10x10x5 мм. Шероховатость образцов не более Да= 1,6 мкм.
Для нанесения покрытий в механизированном режиме используются технологические образцы цилиндрической формы диаметром 15 мм, с шероховатостью не более Да= 1,6 мкм. Анодом являлись электроды 03 мм из стали 07Х19Н11МЗГ2Ф, используемые в сварочном производстве и обеспечивающие образование покрытий с толщиной до 0,26 мм [222], а также электроды из твердого сплава ВК8 и Си.