4.4. Электроискровое легирование

4.4. Электроискровое легирование (ЭИЛ)

Искровой разряд можно использовать для переноса материала электрода Э, на поверхность детали Д (рис. 4.7). Процесс осуществляется в атмосфере при разряде конденсаторной батареи C на межэлектродный промежуток δ.

Рис 4.7. Принципиальная схема RC-генератора (а) и характера изменения напряжения и тока при искровом разряде (б)

Для искрового пробоя воздушного промежутка между электродами необходима напряженность электрического поля Е более 20 кВ/см Энергия, запасенная в емкости C, преобразуется в тепловую энергию искрового разряда в зазоре δ.

Разряд начинается в момент t_0, после замыкания ключа S. При этом ток в цепи разряда резко возрастает до максимального значения. Так как, существование разряда ограничивается некоторым минимальным напряжением, то при достижении I = 0 на конденсаторе остается некоторое остаточное напряжение U_ост.

Малое расстояние между электродами способствует тому, что 90% энергии, запасенной емкостью, поступает в электроды, и вследствие малости размеров разряда, ее высокая концентрация приводит к локальному плавлению и испарению материала электродов.

Ионизированные пары материала электродов под действием электрического поля осаждаются на катоде-детале. Это явление и используется для поверхностного легирования детали материалом катода.

Поверхностный слой при электроискровом легировании (ЭИЛ) образуется в результате многократного воздействия на деталь электрических импульсов и представляет собой множество хаотически расположенных бугорков от закристаллизовавших частиц.

Шероховатость поверхности детали после ЭИЛ во всех направлениях одинакова.

В зависимости от параметров искрового разряда состава электродного материала и других факторов слою поверхности детали можно придать требуемые свойства – повышенную микротвердость, жаропрочность и д.р.

Технологической характеристикой процесса ЭИЛ является интенсивность формирования поверхностного слоя, которая зависит от величины энергии разряда и среднего тока источника импульсов. Управление данными параметрами в процессе обработки осуществляется изменением электрических режимов. Различные режимы применяются в зависимости от требований, предъявляемых к формирующему слою: его толщине, микротвердости, пористости, сплошности, допустимой толщине переходного слоя, шероховатости.

Энергия разряда обычно варьируется в диапазоне от долей до 8-10 Дж, средний ток – от 0,2 до 70-80 А. Эти диапазоны изменения энергетических параметров режима обеспечивают проведение как чистовых, так и грубых процессов ЭИЛ.

Диапазон толщины покрытия для мягких режимов обработки – (энергия разряда менее 0,5 Дж) составляет 0,005-0,02 мм, при обработке с энергией разряда более 0,5 Дж толщина слоя достигает 0,03÷0,30 мм и более.

При назначении технологических параметров ЭИЛ конкретного изделия необходимо учитывать условия его взаимодействия с сопрягаемым телом или окружающей средой.

Обработке ЭИЛ могут подвергаться поверхности детали плоской, круглой, сложной формы с наружной и внутренней стороны изделия, но с обязательным обеспечением достаточно свободного доступа легирующего электрода к обрабатываемому участку.

Электроискровым методом можно осуществлять нанесение покрытий с учетом износа деталей – восстановление размеров изделий. При этом основываются на технически обоснованных требованиях к качеству поверхности и свойствах поверхностного слоя (посадочные места под подшипники качения: поверхности, истираемые абразивной средой и др.).

Изделия из токопроводящих материалов, подлежащих ЭИЛ, должны быть обработаны на соответствие следующим требованиям:

1. С поверхностей должны быть удалены все загрязнения.

2. Изделия не должны иметь трещин, сколов и других дефектов.

3. Исходная шероховатость R_a поверхностей, подлежащих ЭИЛ для нанесения сплошного покрытия, не должна превышать 2,5 мкм; для покрытий толщиной до 0,05 мм; 12,5 мкм – более 0,10 мм.

В качестве материала электрода при обработке ЭИЛ могут применяться токопроводящие материалы: чистые металлы и их сплавы: карбиды, нитриды, бориды и другие соединения тугоплавких переходных металлов; твердые сплавы, композиционные материалы.

При ЭИЛ большое влияние на формирование покрытия и его качество оказывает площадь сечения электрода. Это связано, как с изменением температурного режима работы электрода, так и с плотностью проходящего через него импульсного технологического тока.

Поперечное сечение электродов может быть круглой, прямоугольной (отношение сторон не более 3:1) формы, исходная длина их рекомендуется не менее 20 мм.

Отечественной промышленность выпускаются установки искрового легирования серии ”ЭЛИТОН” энергоемкостью до 15 Дж.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ (Глава 4)

Далее: 5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

5.1. Гальванотехника