Скачать статью в pdf.

УДК 621.9.078.4

DOI: 10.15507/0236-2910.028.201803.302-320

Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования

Верхотуров Анатолий Демьянович
главный научный сотрудник, Институт водных и экологических проблем ДВО РАН (680000, Россия г. Хабаровск, ул. Дикопольцева, д. 56), доктор технических наук, умер в апреле 2017 г.

Иванов Валерий Игоревич
заведующий лабораторией «Электроискровые технологии», ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», (109428, Россия г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), кандидат технических наук, ResearcherID: H-4076-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4568-8553, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Дорохов Алексей Семенович
профессор РАН, член-корреспондент РАН, заместитель директора по научно-организационной работе, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (109428, Россия г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), доктор технических наук, ResearcherID: H-4089-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3058-5903, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Коневцов Леонид Алексеевич
научный сотрудник, Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН (680042, Россия г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, д. 153), кандидат технических наук, ResearcherID: H-4087-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7212-3953, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Величко Сергей Анатольевич
профессор кафедры технического сервиса машин, Институт механики и энергетики, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), кандидат технических наук, доцент, ResearcherID: G-9021-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-6254-5733, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Достоинства метода электроискрового легирования металлических поверхностей, предложенного Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко, заключаются в возможности нанесения на обрабатываемую поверхность изделия из любых токопроводящих материалов упрочненного легированного слоя материала с целью обеспечения высокой твердости, жаростойкости, износостойкости и других свойств исполнительных поверхностей деталей. В работе показана возможность формулировки критериев, устанавливающих эффективность процесса электроискрового легирования и свойства легированного слоя в зависимости от свойств d-элементов, определяемых их положением в таблице Менделеева и числом (s+d)-электронов электродных материалов. Аналогичный подход выявления критериев эффективности может быть рекомендован и для других высокоэнергетических процессов воздействия на материалы.
Материалы и методы. В качестве материала подложки использовалась сталь 45, в качестве анодных материалов для формирования легированного слоя – тугоплавкие d-металлы IV–VI групп: Ti, V, Cr, Zr, Nb, Vo, Hf, Ta, W; а также d-металлы: Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Cd, Re, Os, Ir, Pt, Au и p-металлы: Al, Bi, Sb, Sn, Pb. Установки, применяемые для электроискрового легирования: ЭФИ-10M, ЭФИ-46А, ЭФИ-25М, ЭФИ-66, Электром-10, ЭЛФА-541, Элитрон-22, ИМЭИ-01-2А; Корона-1101; микроскопы МИИ-4, МИМ-10, БИОЛАМ-М, ЭМА-100, Axiosplan-2; профилограф П-201 «Калибр»; микротвердомеры ПМТ-3М, DUH-W201 Shimadzu. При исследовании эрозии использовали установку «Atovic absorption spectrophotometer, Varian AA-4»; для лазерной обработки – генератор ГОС-3ОМ и установку СЛС-10-1.
Результаты исследования. Проведено обобщение схем процесса электроискрового легирования при единичном и многократном воздействии модельными анодными материалами. На катоде возникает лунка с различной степенью заполненности материалом катода или представляющая зону взаимной кристаллизации материала анода и катода. При воздействии искрового разряда в газовой среде наблюдаются различия в формировании лунок в связи с более интенсивным переносом эродированного материала на противоположный электрод, особенно на катод. Получены и представлены зависимости некоторых свойств (микротвердость, температура плавления, модуль упругости) тугоплавких d-металлов от их расположения в IV–VI периодах таблицы Менделеева. Например, установлены их размерные и объемные связи при электроискровом легировании. Получены зависимости свойств модельных электродных материалов от статистического веса атомных стабильных конфигураций, а также зависимость эрозии анода из переходных металлов от числа (s+d)-электронов и межэлектродной среды. Представлены закономерности эрозии d-металлов при электроискровом легировании и других видах высокоэнергетического воздействия на поверхность.
Обсуждение и заключения. Для улучшения свойств покрытий и увеличения эффективности электроискрового легирования необходимо отдавать предпочтение анодным материалам с максимальным статистическим весом атомных стабильных конфигураций. Можно утверждать наличие связи свойств материалов электродов с величиной их эрозии и параметрами эффективности формирования легированного слоя при электроискровом легировании, которые для конкретных условий определяются методом подбора соотношений и сравнения с количественными экспериментальными данными ранее установленных зависимостей. Возможен общийподход к формулировке критериев достижения новых свойств материалов в результате высокоэнергетического воздействия на них. Сформулирована гипотеза об определении сходных зависимостей изменения физических и эксплуатационных свойств d-элементов для различных методов локального высокоэнергетического воздействия.

Ключевые слова: электроискровое легирование, электрод, материал, эрозия, электродный материал, легирование

Для цитирования: Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров [и др.] // Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28, № 3. С. 302–320. DOI: https://doi.org/10.15507/0236-2910.028.201803.302-320

Благодарности: Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (госзадание, направление – развитие компетенций, проект № 11.3416.2017/4.6) «Разработка технологий и средств повышения долговечности деталей, узлов, агрегатов машин и оборудования путем создания наноструктурированных покрытий источниками концентрированной энергии».

Заявленный вклад соавторов: А. Д. Верхотуров – разработка концепции и плана статьи, экспериментальные исследования и анализ результатов; В. И. Иванов – экспериментальные исследования и анализ результатов, написание статьи; А. С. Дорохов – методическое руководство; Л. А. Коневцов – экспериментальные исследования и анализ результатов, написание статьи; С. А. Величко – экспериментальные исследования и анализ результатов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

 Поступила 11.04.2018; принята к публикации 18.05.2018; опубликована онлайн 20.09.2018

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ставицкий Б. И. Из истории электроискровой обработки материалов // Электронная обработка материалов. 2010. Т. 1, № 261. С. 97–109.

2. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. Критерии оценки эффективности процесса электроискрового легирования // Труды ГОСНИТИ. 2011. Т. 107, № 2. С. 131–137.

3. Formation of thick layer electro-spark coatings for restoring worn-out parts of power hydraulic cylinders / S. A. Velichko [et al.] // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2017. Vol. 53, no. 2. P. 116–123.

4. Analysis of electric pulsed processes in electrospark treatment of metallic surfaces in a gas medium / V. I. Ivanov [et al.] // Welding International. 2017. Vol. 31, no. 4. P. 312–319.

5. Johnson R. N. Electrospark deposition: principle and application // Society of Vacuum Coaters 45^th Annual Technical Conference, Lake Buena Vista. 2002. P. 87−92.

6. Xie Y. J., Wang M. C. Epitaxial MCrAlY coating on a Ni-base superalloy produced by electrospark deposition Epitaxial MCrAlY coating on a Ni-base superalloy produced by electrospark deposition

7. Electro-spark alloying using graphite electrode on titanium alloy surface for biomedical applications / T. Chang-bin [et al.] // Applied Surface Science. 2011. Vol. 257, no. 15. P. 6364–6371.

8. Бурумкулов Ф. Х., Лялякин В. П., Пушкин И. А. Электроискровая обработка металлов – универсальный способ восстановления изношенных деталей // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2001. № 4. С. 23–28.

9. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. О влиянии физико-химических свойств чистых металлов на их эрозию при электроискровом легировании // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 125. С. 202–215.

10. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. Оценка эффективности формирования легированного слоя при ЭИЛ карбидами вольфрамосодержащих твердых тел // Труды ГОСНИТИ. 2017. Т. 127. С. 190–203.

11. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. О влиянии физико-химических свойств тугоплавких соединений и твердых сплавов на их эрозию при электроискровом легировании // Электронная обработка материалов. 2017. Т. 53, № 6. С. 8–17.

12. Matthews A., Leyland A. Developments in vapour deposited ceramic coatings for tribological applications // Key Engineering Materials. 2002. Vol. 206-213. P. 459–466.

13. The properties of nanocomposite coatings formed on a steel 20H surface by means of electrospark processing using rod-shaped electrodes of steels 65 G and Sv 08. / F. Kh. Burumkulov [et al.] // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2009. Vol. 45, no. 6. P. 455–460.

14. Formation of the surface layer on a low-carbon steel in electrospark treatment / V. I. Ivanov [et al.] // Welding International. 2013. Vol. 27, no. 11. P. 903–906.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.