автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.02, диссертация на тему:Технология получения покрытий на основе вольфрама, молибдена, титана электроискровым способом

/у

w

r*M"v 'MmrИхними Кнти'-Т 'Ьем^п^ПИЯ

И" s1,!»« t.: m Î*5Î у u ó I? Н'Н?" ни íi

virt^tf'HH fin' - -- .......-i- -

V ti «'I n t 14 ! f. !

•Vi Aj VMMKM'-.'HÁ (

ГКЧН-:> 'iiíí rlЯ но mV4KHî-ï>ï yo«'- ркГГИЙ ЯД ¿м^ОВК гм'^тРДМ;-¡V?'. < ;ínn.4KHA. Ти ГЛНлг ^.m'KK'Tpí .г ж 'КРиНЫМ. <■ Inj ( bi . |v|

\ lí^iu'nHbtHx-t!, ■ f." i '? i.«" ! ■r'-v цо¡км мм pv-.HK.ttx, ряссея'мимх щ

р M <ï i-u¡ К •{• ц Р, ц (.3 V t'HlU R

Днт*.»*vm\mi <m еот-книие ученой степени

КИМ.НЙ.Н'.И'П !ЯИЦР<-К НУ HHVK

HaV4i»«.»f< 'Hfr-"ï^ -

Но «ШП> 1 í-'-г ï»S'"Mя V msVK

Р Ьт'нгч"к

ГИЧИ-'ПН!!!^/!!!1 .

í v^y

а г.;i А В.мННИЕ

Ннеденмг. . ............................ .................................5

Фя-fîsvH. V ПфОМ.есеа • Л tfKtp0 Rt- Kf*«Ж О ro

л^гмронанмм.

Li, V 'vin нос! » роачи-пшия иронесся 'Ун Л.............................. ...........'i

U. 2?;жомо!шерши/? и форм арОвштя нрперхмоегных слоев нри. ЭШ1.............S

i.г Толщ «m* форм йру ем о го сдоя in? ко voue.............................■............. 14

! .4. 'ÎM'p^l •«■ ••МП" " !• :i j (M/ - Ч ........!!НГ! » ори

''."ектроиекровой обрабчгке..........................................

i .>. Г» рущ-vp вме « фапо«ме изменена» п поверхностям* счоч.ч

.^яектродин при ^жеироискроновд легкройннии.:.-V:.'•г.'"-.................... » '

ï.ô. Тпсрдость..... . ..............................- ....................................21

i. л И ТИОСОС ГО Я К.1Ч' ! и ............................................................

i.H ГИ'ррОТШНШИЯ СТОЙКОСТЬ...............................................................i is

i.9. 'Сршшите.чьное о и и сак и г yevmto&ofc для прокуде««и

тие к цм» и с R.p о в легирон un « M ... . .....................................45

IJO. Вьшодм и «останоика «иданм...... ........................................

L ^кснерКЙ ентальйая часть

1:кп:ледо«и»Н1г ое«о»»<м* -»»коко периосте« но нучеии» ао«.рмгми

пи »I! чьфрзмя. an» ti и ft и я », ffll'HHO С«ОСОР'»№ ЗИ 'I. M IV j ! О Д M К а 11 С С Ч'г'Д Oí! V? ¡Ht И . .... ............. .............. ......4 ?

■1.1 > upoчненне инстру«ЙеПТаЛЫШХ сталей

1:1.1. 'i .'Ví ктр о их кр оное легирование tutv-rpy m е»т»льмо « стяни XI ¿M

реДКИЗДМ ' -.f.lM и \ 'vV и ¡V? о ;......................................-ч-•■''

^ '-i !ie«rpom;>qnmo* че cap о f* au и V* ttHc.ipvweH'íísn.bifOH omaw

С?! дин и м BKrt..................... ........ . ......4'

2 J. чтр <нн' кр о i" о д с * и ро i» Д д и í' с ■ m..!? >,í \ i ¿¿yj ни'пдмм. шитвом Hp. h

г п('1н>ль.'ишш!ием v г <? до и нем tu и»о щ е « обадн гки. ........................4К

« - !г*ктгм»щ:коомог v н ром немце с ' а чей л j <s t'ví

с ?! Д'№ о м ВТ 1 (титаао м)... 54

2.2.5.Электроискровое легирование «ал« Х1.2М'

твердыми салшишя Т15К6 и Т30К4....................................................55

2.2.6 .Электр о и с кро в ая обр аб о т к а и и с гру м е » т иль н ы х

счале й УХ(\ РоМл У^Л.. г 18.............................................................58

2.3. У «роч нение титановых с «лав о в

2.23.1.Электроискровое легирование онлайн В1'Ь0 вольфрамом......................59

2.3.2.Удродме!-ше ВТ 1-0 твердым снлаиом ВО............................................61

Л.л.гЛегирокаиме спланн ВТ1-0 тверлмм и сплавам и Т15К6 , 4Э0К4 ...............63

2.4^ Электроискровое «егйронание с «лав а АЛ9 твердьши сшшвами

2.4.^.-Электроискровое .»и? аиротшие сгшта /Ал 9 твердым, сплавом В ЮЗ...........66

2.4.2.3Ил егшша АД9 твердыми сяланамм 4*1ЗК'б. Т.?0К4.............................6?

2.5. ЭИЛ тйердых. сшгавой.... ...................................................................70

5. Обсуждение иол^-чемны* * к < • игриеата льных резу аьтато»................/4

34.. Эрошя анодан гтисймости от тина матерйаиа..................................70

3,2. Э р оз и я тугошшвкйх соединений с пластичными добавкши.. ................78

3.3 Зависимость -»розни анода от материала катода...................................80

3.4. Зависимость эрозии анода от условий легирования

3.4.1. Влияние компонентов воздуха на зрочйю...........................................82

3.4 2 Влияние дли тельное нт легирования

на эрошк* материала анода... .........................................................Ь'4

3.4.3. Зависимость процесса ЗИЛ

от электрических «араметрой...........................................................$5

3.5. Упрочнение сгальнм* кат о до в переходным у металлами IV и VI групи......87

.3.6. Особенности формирования нонерхиосгного слоя

ар и легирований карбидами переходных металлов................................

3.7 Влияние фазы разряда

на качество покрытий.....................-.............................................У0

4. Р':' !УЛЬ!":ТГЫ 0!И>ГГИ0'Т;|р<П1ЬИНЛеИНЬП'

певытйШ'Ш легированных свурд................................................................91

Выводы но fíüfiott-......................................................................................УЗ

Заключение...........................................................................................94

С и «со к ííCííOJíbiveMMX источников..............................................................УЗ

ВВЕДИ« И*.

В настоящее кр?мя в евлтл с ри:ш'йттлад с«вогм'ЛИшй телнл»л и :шрпн?!? И'ЛШ 9 НПКПО реСУШ-Ов, Фет'ХОЛ'ШОГПЛО '.»КОНОМ И Н Й.Ч11

дефчнптвш рс*лкнт ^1'М'ялпов. гганозщгя актуальной "адлла получения покрытий, оояащиощнж напором необходимых эксплуятамионнн" свойств, основным п" которых является износостойкость. О'ричом'. зачастую увеличение чякпотвсрлостн постигается по средство и легирования пчоит

имя рел?пши •»пемоптамн. таким»» как вольфрам и тлт;ш; которые ракно^ерно рш:нррлелчясь » ял ас точном материале обесиепипатт ул-ллилеоле улар ноя »скости, г тт? й когти, с« против ленде лагруекам илл?щ мс'олое ГтДЛЧеН щифЬП' ел?. ТЯЛтК'Щ ЙХ ЖНЛЛ'Л силой М'ПНМЛ! • И

жар «его «гостию является эдетод -*ие»строиск«о*1о1'0 нения глИЛР

И ре ЧУ г*МЯ? .-(МП-О'-З.ПНЧ С ТО Я црп

ц; С КрОНОЙ О-М^'НМН V !■ уй Л Л?? Л Л НИ'1 !'еДДДК'Н?.. ЛрУЛ

Л'ЛТОСО- л ТеПЛОГ Т^КОПЛД К0РР*Л^*НШ0И п Д}ОЛ?ОВйЛЙ СТОЙКОГИ5 И - 'М

данный летод н? *ре*>ует сглмд? *льной шдготовки олпяллттл» поверхностей, по.-^оля^т производить л^р^потху дегллел ря-шгонм? размерив л ллн'длгур-ншй, л:?'лтл« ленных ме ляеиыл лтллей. олшл летел лрле'лтел

ЛрЕГДеИЛ'/йОК? ЛЛОрУДОЕйЛИЛ И ДОС 13104 НО ВЫСОКОЙ Лр0Л'.;В0ДйТЛЛ?:Л10'1Л 1Л0

процесс«,. возможно упрочнение локальных, наиболее ??0д1лдшен!шх иелоеу у!;астл'ОЕ, етеугслл\лл 1 гегллердпт^ые леформаллл уиролл5!г?лугс аеделнл. реальна :;у.;::млжлсм:п, йллесенля ?л!л<.лх лллец лггару&щах эл?н?итае [3.5,7]. Вы лл- арг;йя .вследспи?е ада л г, й леуе елаестл флегпео^лл елщллстл пплпеесл ллл. о .флйалля л, » члепшепл еролл;

лл^ллллл; анода ;; «аллда.. фор^лфелшгая упрочненного елоя, з1лкялия лл;лкаала лае*;; л-д^а на фгШча-л елапллел.ае а екеллуатачлощше еаолхлле ;,е 1 ¿ч,.0г- ллглн л елля .д;груднем аыллр »мтгишшьпык ййрнллглл яеле<л;*. ал-ллллл? легарлва^шя для оллулеааа са^сл»

V ...ц, -¿Н«е ; Л ЛчЛЯ. 11л< - <<• та? цСЛик' лтЛпЛ Л рНООШ ЛоЛл^'С* нСТЛеЛЛа Лп «.V

•• «ч, ищи и"-!«';'!', H!>tH!en;í! ,?H;î ни кнчetrrnt? «ишучаеншх но крыт и й и • чг « í'-ü'e • (mmhm^uhwx условий <ку*деста че-ния электроискровой обработки

í. ' ' N i Л.Р Л Г ¥ i' H H ï'i «P

\1 ' 11 "> »! <>. t * \ I } ч • •<■.»■! «• « < t • IM < r » ' I ' Л» 1 ' « ■ чН'1 1

.-! • i к i i-i ( Hi k M" и Ид И Pi.) Н а H И .H

i j • ¡<■"■■11 • > I , Г ,,, I , , . , , , , ,

м л r s* n Г« 5Т ÎTi! M ил rnt) игттлп л гтп ттт.тт5г и пптггчтт. л» •"•т- л гг -« 1ч ■•« ¡»ПОЯГР ?Т п,то*т?тт? до пп1: пор ïïo сущест*?ует. п^скяяья:^ ттоянтт*и v^-tt?, ^ге

м пп f'onrif»П гт! "-п гщни-. тоЯЬКО Г оцу&щ ^nnw

55fr " Tv-ИИ I ! *» ? ."M Hf'wnv СЛОЖНОСТИ Я1Л f?P ггг г?;"'! ..'И.M

Ш - 111' _ ......il;

упречплпш лл: ел

iiVivi; ¿ 0 р Ü «» ¿í Лч i- ¿ i-Л■ V¡ il ¿i Л b. i-i-j i-i - ¿ Л С i i. V.' 'i ¡i id *i,;¿i¿ i- -J ii « 'Ù -, ... -«->

лещшлкл) л;л: ü; p íl'ícC ли u) рл:р:лщл. Кролд;, «илшл;л.иш.ц лн <ил;лл и^^лл^л

¿t..' л :li i ¿i . i t * , vit . дч ^мЛ/.'v/u . •„ >.: .. .. 'Hi (, t ;.< rtf11I I , t t -» ^ í ■ / > . J •

ЛЛС V рЛ ti ЛЛ Л ií Л.р «< Л Л Л «i ^p í tin Д».. <>.Л v' ii iiïi Л С «i д ¡J ü i» i.;¿jj.,4 v ЛЛ •• í l л «i v» O

iiüú ¿ti;¿i . -J..iüii\.

ß p.;,.iV .JM T ií i "i" i. ; i Л w'.'4 •.. ; t-i in'iir.o-i piítiii.íUíñ.ií vi. Üiíi ii .ií

7' í .,....'4

i/>'i iv i,,...ít^v. i i- i.í i.í Ц vi >í i Л ^ il il.i. . «íiii/ih v j'iiïi pv i i. v/í j4«i

^сл.ч-^.лл «f^'.i, jh!4!h«v< ü. 0 «'it-' * •'■»-•- * 1- '' " i>i v a» ■ л •> «л ¿i v iiiu.i. .< л. -. í i ; ¡ , « i v>. i i " ¡ л í.

H >.• ■ s'i,. .„ Ii iví iíji»; ¡i» -, V ií.Hf •«»«'> н ïu HQíV ¡¡i/^^m.i ¿i ¡ív' < • л ni у •!' ' íi t-<<.\ i» ''tsff •i--.- I! <•>•"•. 'i •! Л 'М(Ы -Mvlirii Ш ^jiíiKitM «4« u i i j i T Л к n't i\'.

^«Ú'ÍH i„ü Í.HÍ»! С * лрлт ítíiWiVi ht л л i, ;лр « TtttiiHi^r

iijH.H »M.vr( ?гм. ^ 'Ii- iviM-rtV4'íbñ V Í ЛГф-1 Л Í! ni 1.- ' j.í O .îrt 1 V \ сЛЛ . «Л I íp п

.¡ОЛгЛН^М ¡i,i„VHí'.!Ífi..' i (Ми* Л «H. Л Л iH-Л« s н i Л." ü Л í лКЛпЛ? M ч.- íviC !" •'«.■(« Лрч-«i и и

H г< 1|Л»; ^ V f i i -Л-í с mí Л?ЛЛ »¡ ■ i riiir^tíi ** ЛЛ i * .:.4>viv.

Л ' ' 'S '' '< ¡ ' i t. Л (Mlj) VAltl'HÎ '"!! 1,¡Í \ ii'' 1Л Í ' Л. У' -Л Ч. • *Л f (. V Л 'i «-'in

перешедшего с анода на катил и наоборот. -шкяснт от свойств материалов электродов. Многократное повторен«*? яейстний электрических разрядов «а обргтатьмаемую иоверхнос гь и распределение чти го действия и а определенной площади обеспечивает плоскостную обработку рабочих поверхностей янструшен топ

ЭШЯ может осуществляться как компактными электродами, гак и порошковыми млгериаяннI» Н. 2 ]. нокерляоетйый слой катода в peiy.ii,гаде уярочнеимя, как правмло. меняет состав и структуру. Характера стиками такого слоя можно картировать в широких пределах, подбирая материал электродов а время нанесения покрытия. Таким образом, применение ЭИЛ. в качестве метода упрочнения предполагает наличие больших возможностей для создания рабочих поверхностей с заданными эксплуатационными характерастнкаяя [13].

10. ЗЛКОТЮМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫ К

СЛОЕВ ПУН ЭИЛ.

Формирование поверхностные слоев осуществляется поочередные локальным воздействием я «ну ль с но го разряда на асе участки обрабаг&шаемой пС'ВерлНосч'й каюда. При '-но*?. как правило, требуемые характеристики <:-оя нолучяюкя нуюм многокршяоео яро хождения анода над одним « тем же ■участком каюда.

Формирование по в ер х но с I но го слоя при ЭИЛ - это динамичный процесс при к от оро б едино« цикле лромслодпт эрозия и перенос материала анода на ки? од, а 1акже носк'янное взаимное шешкваняе маг ер налов эле и родов,

К о л н ч е с 1 и о перенесенното ма» ер и ада анода ка катод обычно фиксируется в виде м:.Шс нения веса кагода. Изменение массы кат ода за 1 мянуп' ним обрабо!ке I С!«" поверхности называю! удельным привесом. Общий привес, полученный в течение о пределен ни со временя обработки I см"' »ю в ей х во с (н, называю! суммарным весом илй просто ирине-сом.

¥дгльп1тй ирнв^с является хярнкт'Дикоин!"нощчнк ! и процесса Э М ч. В 'случая«., ко «'.да загруднеао йено.чь.тванпе обратив или деталей с

малой и лошадь кк про«:;водительиость ¡может быть «ценена до величине а дот ада. обрабатываемо« н единицу времени, при условии получения со ответствук»ицего качества покрытия.

Массоперенос вещества электрода на обрабатываемую деталь пропорционален количеству электричества. пропущенному череп электроискровой промежуток Характер и интенсивность формирования поверхностного слоя, а гакже его качественные характеристики зависят от многих факторов, наиболее существенно йднлшт на этот процесс параметры импульсного разряда (энергия и длительность), продолжительность обработки, природа материала электродов, ^ежллоктродная среда, средний рабочий ток [14], и кпд движения анода, относительно катода |Лл|,

Вы1>ор мя?ериялок -.»лектродо» опредедяет химическим и фазовый состав слоя Прайм.чьно выбранный режим '4ИЛ может повысить стойкость й

несколько рал \ 1.7Л

А налит структурных прекращении, при упрочнений различным!? электродными материалами, на основе редких элементов -вольфрама, титана, кобальта тантала, сделан в работе П9|. В качестве анода исоолыокали графит-марки МИГ Ь. Со, Та. 'вердые сплавы Т15К6. ВКбЭ, также рассматривался комбинированный вариант - сначала производили обработку никелем, л затем карбидом кремния ». бор«. Мета.длотрафотеские исследований показали, лго а большинстве случаев на поверхности образцов формируется слой 20 -30 мкм, твердость которого в 3-5 раз превышает твердость подложки я наиоснмьи материалов, при этой сплошность покрытия составляет 80 - 90 %. Величина слоя определяется энер;яей разряда и временем обработки. Электр«йно-мякроскоййческие не следования подтвердаяи существенное влияние яа качество сформированного слоя материалаанода, Наиболее грубая поверхность во'шнка?! при обрабо1хе твердыми сплавами., когда пра полярно« переносе шшнш.} жалкой 8 паровой фазы возможен перенос паста аштериаяа анода и в ?8 ер дом вале Более равномерное распределение матери ада анода яслулаетск

нрн упрочнении кобальтом и танталом, а поверхность высокого качества формируется при ЭИЛ графитом.

Интересно., что дзл достижения моксмм«льиой то адкппы и о крыт мм предпочтительнее металлы образующее неограниченно твердые растворы, поскольку ото позволяет производить процесс легирования~оолее длительное время [20].

Необходимо также отметить, что использование чистых электродных материалов. как правило, менее ' эффективно, дает незначительный массоперенос по сравнению с комшшшиояньши электродными- материалами [15]. особенно много внимания уделяется составят на основе редких металлов -различный карбияиьш сплавам, как обладающим значительной твердостью так и высокой износостойкостью,

В работе |21] исследовалась возможность применения электроискровых яокрытяй в качестве технологического подслоя на электроконтактных материалах гнил А|- N1 - С. Было ошечено. что применен не хомпозяпноиамх материалов на основе никеля лае! возможность а 2 • 3 раза увеличить масса пере но с по сравнению с чимо никелевым электродом и, как следствие. гол:цл;;е наносимого покрытия, В варнанзе использования, медных покрыткй для зеего диапазона составов подложек, акторы рекомендуют чисто медный электрод, дающий доетаючно стабильный массо перенос для всех составов конш;?аых козадай ара шших зналепиях.рабочего тока. :

Мшеризд ••> л ектр ода вк с 1 р у « с а I а должен «меть высокую эрозионную стойкость, хорошую электро- й теплопроводность, температура плавления -подо должна быть меньше темпера? уры шшлсяих катода (теплонроуодкосгь я ¡еаперзтура и давления маг ер нала а вода должны быть, однако, не более чем в раз меньше катода) Сочетание этих свойств может быть

дос!ш нVIо ну к-я сянкза, например, типа ЧУ-Гц. из компонентов. не гшш одейс скуют их в широко« интервале температур и сохраняющих нр не няне им с^онслйи : ледь - ;к«ч«геяьную элск?ро- и {силолровсдяоси. п да с г кч но с г '« о льф р ш. как яркий «рсдставшсль редких аде галлов, - высокую

температуру плавления и испарения, механическую твердость, прочность [22]. в Данией работе было изучено влияние состав и. структуры и свойств нсевдосплавов на основе соединений редких металлов. в частности карбида вольфрама, на технологические параметры при электроискровой обработке. Данные соединен««» обладают достаточной пластичностью в условиях ?кспдуатании. вязко-хрупкий переход происходят в области отрицательны* температур. .-Но значительно повышает ^р от ионную стойкость п сев лоси лав ов но сравнению с чистым карбидом вольфрама. Структура гетерогенной ком по тин ни обуславливает селективное испарение легкоплавкой составляющей. что способствует повышению производительности электроискровой обработки тугоплавких металлов и сплавов .ВК. Хаки» образом, введение добшкп с «опой работой выходя существенным обршом в.яняег на прогтояительностъ пронесся что было учтено нон выполнении нашей работ!.»

В работе 121* | изучен процесс ЭНЯ стальных подложек электродными материалами, на основе твердых соединений редких элементов - карбидов ¡тана и борндов плана я хрома. Свойства поверхностных слоев, упрочненных данными электродными мат ер налам а. характеризуют неся оптимальным хнияпескяя составом а сцн'кпгрой при провеленнн процесса упрочнения на 3 м режиме установки ЭФ И - 78 при удельной длительности обработки 1 мин/см4 следующие- твердость - 12М Г,0а и 1б--19 ГПа соответственно, сплошность 100 и 60-70 'V юлщяна 50-80 н 20-25 мкм, хорошая относительная иг&ососюйхость при абразивном «знатнвавнн. Данные сплавы перспективны кля упрочнения быстроизнаш«вающяхея деталей машин м механизмов ¡15'}.

Если россмагршшь динамику формирования поверхностных слоев, то у и а хиргшеритуччея !ем. что шй енсквнеи и< переноса материала с анода на катил вмеммалыкы в перш* моченш проведения процесса, при последующей о б р аб о и' е V м г п ь ш ае гея.

В конечном итоге, при определенных значениях днериш разряда, череное еадеимгчея эритлий ¥-ке и «несенною с ж? я иривее катода ечниивнтся

отршштечьньш. Протекли ш? конкурирующих процессов формирования и разрушения, слоев цра преобладании последнего с увеличением времевн обработки приводит к ограничению толщины формируемого сдоя, а кривые зависимости нрнвеса катода, от времени имеют максимум [И].

Время, »ри когором досниаеюя максимум суммарного «равеса катода или впервые фиксируйся отрицательное шаиение привеса катода, называется порогом хрупкого розрушсияя легирующего слоя [24, 25]. Зависимости суммарною привеса о г времена напыления показывают о гяо стельно высокие злаченая порога хрупкого разрушения: до б минут дли сплавов и до 8 минут для ероада, наарамер [25|. Это связано с образованием неограниченно твердые раторов железа с хромом. чю является одним из необходимых условий наращивания легированною слоя.

Для различных материалов ш режимов оптимальное время обработки неодинаково и ояределяеюя эксперммеипмьно. Обычно, в диапазоне энергии разряда О Л - 3 Дж. обрабопса .км" поверх носги в ¡ечеине 0.5-2 минут дает максимум или блгошо к ней величину привеса к а гола. Параметры качества легированно«'о с но л мои с быть заданы через анерг^ичеллше и часготные параметры процесса; ток короткою гамык.ания. час гот у. емкость и од [261

Связав функционально с тонкость инструмента с параметрами ЗШ1 н нронессом исполыовяпия покрытия, можно оптимизировать операцию легирования применительно к упрочнению инструмента.

Увеличение ласины вибраннк катода, силы тока и напряжения заряда накопительного конденсатора способствуем росту толщины нанесенного слоя однако шщ работе на грубых режима* (