VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Основным критерием при оценке хода процесса электроискрового легирования является определение удельного количества перенесенного материала с анода на катод. При рассмотрении физической сущности процесса и свойств легированных слоев мы уже видели, как различно протекает этот процесс в зависимости от условий его выполнения, состава действующих материалов и от характеристик применяемых режимов. Поэтому для установления какой-либо закономерности или даже просто при разработке технологического процесса для какой-то конкретной пары легирующего и легируемого материала необходимо получить зависимости удельного увеличения массы от продолжительности легирования. Иными словами, необходимо располагать точным и достаточно быстрым методом определения количества перенесенного материала при электроискровом легировании.

Удовлетворительный метод определения удельного переноса материала при электроискровом разряде, пригодный для широкого фронта исследований и доступный для контроля этого процесса в промышленности, пока не найден. Поэтому сейчас используют весовой метод определения привеса образца, отнесенного к единице площади (обычно к 1 см ). Этот метод можно рассматривать как контрольный, так как он дает хорошую сходимость результатов при одинаковых условиях выполнения установленного технологического процесса. Данный метод используют для проверки и отладки аппаратуры (по установленному режиму легирования и для определенных материалов). Им пользуются при выборе оптимального режима и удельной продолжительности легирования. Однако, применяя этот метод, необходимо помнить о его недостатках, чтобы правильно оценить сравнимость получаемых результатов.

В процессе легирования происходит электрическая эрозия обоих электродов. Следовательно, если определяют привес образца, то получают лишь разность между осажденным на катоде материалом и распыленным материалом катода, т.е. фактически количество осажденного на катоде материала всегда больше, чем по данным измерений. Насколько это количество больше, зависит от различных факторов, связанных с химическим составом материала электрода (от эрозионной стойкости, химической активности, режима обработки и пр.). Кроме того, при весовом методе получаемый результат искажается и в сторону увеличения, так как материал катода и перенесенный на него материал анода при разряде могут вступать в химические соединения с окружающей средой.

С другой стороны, имеются и такие сочетания материалов, при которых вообще не наблюдается привеса образца или масса его даже убывает (например, при легировании сталей углеродом, бериллием, кремнием и т.п.). Тем не менее свойства поверхности после такой обработки сильно изменяются, а ее химический анализ показывает присутствие значительного количества этих материалов. Например, в поверхностном слое чугуна в расчете на анализируемую толщину слоя (0,1 мм) появилось 1,3% бериллия, а в стали 30 - 1,6% алюминия и т.д.

В этих случаях следует использовать какой-либо из рассматриваемых ниже невесовых методов, установить для данной пары электродов определенный режим обработки и строго его придерживаться при практическом использовании способа. Но причинам, указанным для весового метода, а также вследствие образования шероховатой поверхности не подходит и метод измерения легируемого образца.

При использовании электроискрового легирования рекомендовано, кроме весового контроля, выполнять еще и визуальный осмотр легированной поверхности через 6-7-кратную лупу, чтобы не допустить пропусков в обработке или прижогов материала.

Определение количества перенесенного при легировании материала по толщине слоя металлографическим способом, кроме трудностей, связанных с изготовлением краевого шлифа (обязательно в струбцинах) и большой трудоемкости, имеет также и свои недостатки. Слои диффузионного проникновения и термического влияния при обычном травлении выявляются вместе со слоем покрытия в виде белого слоя (трудно протравливаемого). Для выявления структуры этого слоя необходимы специальные методы травления, при которых, однако, определить количество перенесенного материала также затруднительно.

Хорошие результаты при определении истинного количества перенесенного материала дает использование микроанализатора МАР-1. Здесь также необходимо изготовление микрошлифа в плоскости, перпендикулярной к поверхности покрытия, но в отличие от металлографического метода при этом получают непрерывную кривую процентного состава по определенному элементу в направлении от поверхности в глубь образца. Однако этим методом также нельзя абсолютно точно определить количество перенесенного материала, так как тонкий поверхностный слой (до 5 мкм) не измеряется.

Наиболее объективным методом является химический анализ поверхностного слоя, который охватывает нанесенное покрытие и диффузионный слой (около 0,1 мм при чистовом легировании). При таком методе получают абсолютное количество перенесенного материала. Поэтому в работах по исследованию процесса электроискрового легирования необходимо использовать метод химического анализа в сочетании с рентгеноспектральным анализом на микроанализаторе, показывающем послойное распределение исследуемых элементов.