Разработка научных основ формирования измененного слоя на металлах и сплавах с заданными свойствами при низковольтной электроискровой обработке - Автореферат

Разработка научных основ формирования измененного слоя на металлах и сплавах с заданными свойствами при низковольтной электроискровой обработкеК числу таких методов относится и технология получения измененных слоев путем электроискровой обработки, которая традиционно называется электроискровым легированием (ЭИЛ). Однако для метода электроискрового легирования не достаточно изучены условия возникновения, основные факторы и явления, сопровождающие протекание низковольтного электроискрового процесса; нет оценки степени их влияния на формирование структуры; не исследован механизм формирования структуры измененных слоев, его зависимость от исходной структуры электродных материалов; отсутствуют простые и эффективные методы неразрушающего контроля качества измененных слоев. Процессы структурообразования непосредственно определяют качественные характеристики измененных слоев, а их контроль в процессе формирования позволит оптимизировать свойства измененных слоев, определить необходимые параметры состава и структуры электродных материалов. В связи с этим, перспективным направлением в области создания покрытий на деталях из железоуглеродистых сплавов со специальными свойствами (жаростойкостью, коррозионностойкостью, износостойкостью и др.) может стать синтез комплексно-легированных белых чугунов, обеспечивающих снижение стоимости и повышение эксплуатационных свойств измененного слоя. Работа выполнялась в рамках: межрегиональной научно-технической программы «Дальний Восток России» (1997 - 1999 г.) «Синтез литейных и металлургических материалов на базе дальневосточного минерального сырья», исследований Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН (2003 - 2005 г.) по заданию ГКНТП «Разработка и получение функциональных материалов и покрытий с использованием минерального сырья и исследование их свойств» (№ гос. регистрации 01.2.00106190) и «Физико-химические и методологические основы создания функциональных материалов и покрытий с нанокристаллической и аморфной структурой с использованием концентрированных потоков энергии» (2006 - 2008 г.), (№ гос. регистрации 01.2.0010619).В результате ЭИЛ (как и при использовании других источников КПЭ) на поверхности металлов и сплавов образуется слой, обладающий высокой стойкостью против воздействия растворов кислот, в публикациях он традиционно называется «белый слой» (БС). Однако, структура некоторых металлов, например, меди и ее сплавов, выявляется методами металлографии, что можно использовать для исследования механизмов формирования слоя. Анализ показал недостаточное количество работ, в которых исследованы изменяющиеся в результате электроискрового воздействия структуры контактирующих материалов во взаимосвязи с параметрами акустического сигнала, для разработки технологии неразрушающего контроля их свойств. Для изучения процесса рекристаллизации в слое, полученном при использовании электродов с исходной линейно-ориентированной структурой, проводили термическую обработку образцов со слоем при температурах 100, 200, 300 и 400° С и длительности выдержки в печи 600 с. Микроструктура переплавленного слоя: а,-слой, полученный на алюминиевой бронзе при ЭИЛ медью; б - слой, полученный на меди при ЭИЛ вольфрамом, 1 - участок вольфрама в слое, 2 - основа, 3 - участок меди в слое.Научные основы структурообразования металлов и сплавов при ЭИЛ позволяют получать покрытия с заданными свойствами при: предварительной активации поверхности катода и приработке анода; проведении процесса обработки в автоматизированном режиме реального времени с регулированием температуры анода и катода; контролируемом составе окружающей газовой среды; подборе анодного материала соответствующего состава структуры и свойств; финишной термической обработке. Установлено, что при использовании электродов меди, бронз, стали и вольфрама слой на катоде формируется в результате многократного переноса материала между электродами, даже в условиях монотонного увеличения массы на катоде. Одновременная регистрация световой вспышки, акустического сигнала, электрических параметров и перемещения анода позволила установить продолжительность и стадии низковольтного электроискрового процесса, а сравнительный анализ основных факторов процесса по величине давления в материале катода показал, что основное влияние на увеличение твердости слоя оказывают деформации, обусловленные термоупругими напряжениями. Исследовано влияние добавок (мас.%: 3,5 - 21,0) легирующих элементов (Cr, W) как по отдельности, так и в комплексе на их структуру и свойства, а полученные ЭИЛ покрытия на стальных и чугунных изделиях позволяют повысить эксплуатационные свойства (окалиностойкость, износостойкость, коррозионостойкость). Исследования измененных электроискровым и дуговым воздействием структур медных контактных проводов и угольных вставок, позволили выявить механизм разрушения проводов контактной сети, заключающийся в возникновении локальной пластической деформации вследствие электроискрового или электродугового воздействия на провод.

. Основное содержание работы