III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Одним из методов формирования функциональных износостойких покрытий на металлических поверхностях является электроискровое легирование (ЭИЛ). Метод ЭИЛ основан на действии низковольтных электрических разрядов в газовой среде, при этом осуществляется эрозия материала анода, его перенос, диффузия, образование на катоде измененного поверхностного слоя (ИПС). Для нанесения покрытий электроискровым методом на упрочняемые поверхности можно использовать не дорогое мобильное оборудование, позволяющее наносить локальные электроискровые покрытия, свойства которых можно улучшить использованием новых электродных материалов и формированием многослойных покрытий.

В данной работе использовался новый для электродов материал - твёрдые сплавы на основе карбонитридов титана с молибденово-никелевой металлической связкой, полученные методом порошковой металлургии. Соотношение никеля к молибдену в процентах (по массе) поддерживалась постоянной 3:1. Полученные таким образом сплавы использовали для электроискрового легирования, которое выполняли на установке ЭФИ-46А. Образцы перед нанесением покрытия электроискровым методом шлифовали, обезжиривали венской известью и сушили. Рабочая часть электрода имела форму конуса, с радиусом вершины около 1,8 мм. Перемещение электрода по обрабатываемой поверхности выполнялось круговыми движениями с одновременным продвижением в сторону. Скорость перемещения электрода поддерживалась около 0,07 м/мин.

С помощью трёхфакторного метода планирования экспериментов установлено влияние состава электродов, токового режима ЭИЛ, состава покрываемой стали на микротвёрдость ЭИП, рассчитано уравнение регрессии:

ŷ = 9,4385 - 0.748x₁ + 1,0388x₂ + 1,87045x₃                                    (1)

Из анализа уравнения (1) следует, что микротвёрдость (ГПа) получаемых  ЭИП увеличивается: с понижением содержания металлической молибденово-никелевой связки в твёрдосплавных электродах с 30% до 16% (электрод КНТ-16), при увеличении силы тока от 0,8 до 2,5А, при повышении содержания углерода в покрываемой стали от 0,2 до 1,0%. Максимальная микротвёрдость покрытия, образованного электродом КНТ-16, достигала 15,6ГПа, что выше по сравнению с микротвёрдостью покрытий получаемых при использовании твёрдосплавных электродов ВК6М, Т15К6.

На стенде износа возвратно-поступательного движения конструкции ЛТИ, изучалась износостойкость ЭИП, полученных как с помощью только электродов КНТ-16, так и с применением электродов двух видов. В качестве контртела использовалась закалённая сталь У10А, из такой же стали изготавливали цилиндрические образцы высотой и диаметром 20 мм с упрочняемой площадью 3,14 см², на которые наносили покрытия. На два образца электродом КНТ-16 нанесли ЭИП, используя следующие режимы: сила тока 2,0-2,5А (режим 5), виброрежим - 9, время обработки одного образца 3 мин. После нанесения покрытия оба образца шлифовали. Далее один из образцов был обработан электродом, изготовленным из припоя ПОС-40. При этом использовались следующие режимы: сила тока  1,2-1,5А (режим 2), виброрежим - 6, время нанесения -  3 мин. Режимы были подобраны таким образом, чтобы происходило подплавление контактирующей с обрабатываемой поверхностью части электрода ПОС-40, и осуществлялась максимальная заполняемость микровпадин. Затем поверхность, подвергнутая ЭИЛ, снова была отшлифована. Припой заполнял поры, микротрещины, улучшая качество поверхности. Износ ЭИП, образованного электродом КНТ-16, составил 0,37 мкм/км. ЭИП, полученные с помощью электродов КНТ-16 и дополнительно обработанные припоем ПОС40, имели износ 0,087 мкм/км, т.е. в 4,2 раза меньше. Припой ПОС-40 состоит из 40% олова и 60% свинца и при истирании работает как твёрдая смазка. Двухслойное электроискровое покрытие можно получать блестящим и беспористым. Для этого верхний слой ЭИП, образованный с применением электрода ПОС-40, обрабатывали полировником. Разработанное электроискровое покрытие может наноситься на стали и сплавы титана. В частности его можно рекомендовать для повышения стойкости и восстановления изношенных деформирующих инструментов. Другое направление - это повышения износостойкости титана и его сплавов. Известно, что титан обладает высокой склонностью к адгезионному схватыванию, что приводит к интенсивному триборазрушению за счёт глубинного вырывания частиц износа с поверхности трения, износ можно существенно уменьшить с помощью разработанного двухслойного ЭИП, формируемого с помощью электродов КНТ-16 и ПОС-40

Таким образом, изучено влияние состава электродов для ЭИЛ и режимов нанесения ЭИП на качество и свойства получаемых покрытий, что позволило разработать двухслойное антифрикционное покрытие, обладающее повышенной износостойкостью.

Код для цитирования: Скопировать