Исследование технологии электроискрового нанесения покрытий, легирования и упрочнения

Введение. Целями работы явились анализ и применение технологии электроискрового нанесения износостойких металлических покрытий на режущие инструменты или детали машин для их упрочнения или восстановления размеров.

Материалы и методы. Рассмотрена технология, устройство и принцип действия модернизированной установки, предназначенных для электроискрового нанесения износостойких металлических покрытий композитами Т15К6, ВK8 и ВK6.

Результаты исследования. Для определения параметров модернизированной установки электроискрового легирования проведены эксперименты по упрочнению твердым сплавом Т15К6 шлифованных образцов из стали 45 размерами 25×25×25 мм. В результате опытов с использованием метода планирования эксперимента подтверждена возможность выбора и регулирования параметров установки. Для упрочнения образцов из стали 45 твердым сплавом Т15К6 выбраны следующие параметры: сила тока I = 1–2 А, напряжение U = 40–75 В, емкость конденсаторной батареи 60–100 мкФ.

Обсуждение и заключение. Применение в качестве защитной среды углекислого газа позволяет увеличить число проходов и, соответственно, число слоев покрытия до двадцати, получать итоговую толщину до 0,3 мм с плотной структурой без оксидов. Покрытия такой толщины дают возможность не только упрочнять, но и восстанавливать размеры изношенных деталей машин. Параметры технологических режимов электроискрового легирования существенно влияют на интенсивность нанесения покрытий и качество получаемой поверхности. Повышение электрических параметров ведет к увеличению интенсивности каждого отдельного разряда и в определенных пределах способствует повышению количества переносимого материала покрытия, а также к более глубоким преобразованиям покрываемой поверхности в зоне разряда. Таким образом, установку электроискрового легирования, оснащенную средствами контроля и диагностики, а также системой подачи защитного газа, можно использовать для упрочнения и восстановления деталей машин и режущих инструментов.

1. Григорьев, С. Н. Нанесение покрытий и поверхностная модификация инструмента / С. Н. Григорьев, М. А. Волосова. — Москва : Изд-во МГТУ Станкин, 2007. — 324 с.

2. Прогрессивные технологии нанесения покрытий / С. В. Авдейчик, А. С. Воронцов, В. М. Давыдов [и др.]. — Москва : Спектр, 2012. — 272 с.

3. Коротаев, Д. Н. Технологические возможности формирования износостойких наноструктур электроискровым легированием / Д. Н. Коротаев. — Омск : Изд-во СибАДИ, 2009. — 256 с.

4. Выскоэнергетическое локальное воздействие на вольфрамсодержащие материалы и металлы / А. Д. Верхотуров, П. С. Гордиенко, В. А. Достовалов [и др.]. — Владивосток : Издат. дом Дальневост. федер. ун-та, 2012. — 472 с.

5. Макаричев, Ю. А. Методы планирование эксперимента и обработки данных / Ю. А. Макаричев, Ю. Н. Иванников. — Самара : Изд-во Самар. гос. техн. ун-та, 2016. — 131 с.

6. Глушко, С. П. Синтез критерия качества биметаллических подшипников скольжения / С. П. Глушко, С. Г. Денисенко // Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей машин : Тез. докл. всесоюз. науч. конф. — Волгоград : Дом науки и техники, 1990. — С. 202–204.

7. Денисенко, С. Г. Оптимизация технологии производства подшипников скольжения из биметалла стальбронза / С. Г. Денисенко, С. П. Глушко // Современные методы наплавки, упрочняющие покрытия и используемые материалы : Тез. докл. IV Укр. респ. науч.-тех. конф. — Харьков : Изд-во ХАДИ, 1990. — С. 70–71.

8. Николенко, С. В. Новые электродные материалы для электроискрового легирования / С. В. Николенко. — Владивосток : Дальнаука, 2005. — 219 с.

9. Николенко, С. В. Синтез материалов на основе боридов вольфрама и циркония в режиме горения / С. В. Николенко, В. В. Гостищев, Н. В. Лебухова // Вопросы материаловедения. — 2011. — № 4. — С. 89–94.

10. Наноструктурирование поверхностности стали электроискровой обработкой новыми электродными материалами на основе карбида вольфрама / С. В. Николенко, А. П. Кузьменко, Д. И. Тимаков, П. В. Абакумов // Электронная обработка материалов. — 2011. — № 47. — С. 28–35.

11. Zheng Chen. Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coatings: Part I. Coating characterization / Zheng Chen, Yixiang Zhou // Surface & Coatings Technology. — 2006. — Vol. 201 (3). — P. 1503–1510. 10.1016/j.surfcoat.2006.02.015

12. Jun Liu. The formation of a single-pulse electrospark deposition spot / Jun Liu, Ruijun Wang, Yiyu Qian // Surface & Coatings Technology. — 2005. — Vol. 200 (7). — P. 2433–2437. 10.1016/j.surfcoat.2004.07.104

13. Electrospark coatings deposited onto an Armco iron substrate with nano- and microstructured WC–Co electrodes: Deposition process, structure, and properties / E. I. Zamulaeva, E. A. Levashov, A. E. Kudryashov [et al.] // Surface & Coatings Technology. — 2008. — Vol. 202. P. 3715–3722. 10.1016/j.surfcoat.2008.01.008

14. Electrospark alloying for deposition on aluminum surface of Al-Sn coatings and their wear resistance under dry friction / V. I. Agafii, V. I. Petrenko, V. M. Fomichev [et al.] // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. — 2013. — Vol. 49 (3). — P. 1–8. 10.3103/S1068375513030022

15. Ribalko, A. V. A modified electrospark alloying method for low surface roughness / Alexander V. Ribalko, Orhan Sahin, Kemal Korkmaz // Surface & Coatings Technology. — 2009. — Vol. 203 (23). — P. 3509–3515. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.05.002

16. Use of the electrospark alloying method to increase the corrosion resistance of a titanium surface / L. P. Kornienko, G. P. Chernova, V. V. Mihailov, A. E. Gitlevich // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. — 2011. — Vol. 47 (1). — P. 9–17.

17. Tribological properties of electrospark-deposited and further laser-hardened coatings / E. Feldshtein, M. A. Kardapolova, R. Gaida, B. Khorodyski // Journal of Friction and Wear. — 2013. Vol. 34 (2). — P. 137–141. 10.3103/S1068366613020049

18. Topala, P. Nanostructures obtained using electric discharges at atmospheric pressure / Pavel Topala, Alexandr Ojegov, Veaceslav Ursaki // In: Nanostructures and Thin Films for Multifunctional Applications. Springer, 2016. — P. 43–83.