2.7. Особенности процесса электроэрозионного упрочнения, легирования и восстановления деталей

В зависимости от назначения изготовляемых деталей может быть несколько видов упрочнения:

с одновременным наращиванием значительного слоя металла для восстановления изношенных участков детали;

с нанесением тонких покрытий из благородных металлов, на­пример серебра для электрических контактов;

без изменения размеров детали. При этом добиваются упрочне­ния поверхности за счет изменения физико-химических свойств материала поверхностного слоя, а весь нанесенный слой снимают на последующей операции.

Перед упрочнением поверхности деталь должна быть очищена от загрязнений, следов коррозии.

Расчет режима упрочнения выполняют, исходя из условия по­лучения требуемой шероховатости поверхности. Практически большинство выпускаемых установок для упрочнения имеют несколько режимов – «грубые», «черновые» и «чистовые», поэтому расчеты для них можно не проводить. Контроль режима обработки вклю­чает (кроме оценки силы тока) поддержание расхода воды на ох­лаждение электрода-инструмента и заданной частоты его коле­баний.

Во избежание микротрещин и ухудшения шероховатости при разработке технологического процесса следует ограничить ско­рость перемещения электрода-инструмента по упрочняемой поверх­ности и число ходов по одному участку (не больше пяти). Установ­лено, что при числе ходов больше пяти возможно образование мик­ротрещин и возрастание шероховатости детали.

Одной из важных особенностей процесса (электроискрового легирования, упрочнения и восстановления деталей (ЭИЛ)) является возможность формировать слои на рабочих поверхностях деталей и элементов конструкций с большим диапазоном физико-химических и механических свойств [ 14 ].

При ЭИЛ в результате комплексных превращений в поверхностном слое катода происходит значительное изменение твердости – обычно она увеличивается. Основны­ми факторами, приводящими к изменению твердости, является термосиловое воздей­ствие импульсного разряда, закалочные явления, образование химических соединений (карбидов, нитридов, интерметаллидов), осаждение на поверхности катода материала анода. Только за счет первых трех факторов можно значительно изменять твердость поверхностных слоев, что было установлено еще в первых работах при изучении элек­трической эрозии армко-железа и сталей.

Исследования поверхностных слоев на образцах из армко-железа и сталей, под­вергнутых электроэрозионной обработке в углеродосодержащих жидкостях, показали, что микротвердость таких слоев ("белого" слоя), состоящих из дендритов аустенита и аустенитно-цементитной эвтектики, зависит от количества карбидной эвтектики в районе отпечатка и может находиться в пределах 5000...10500 МПа. При обработке в других средах, например, в воде или суспензии каолина в водных растворах буры с бор­ной кислотой, значения микротвердости уменьшаются, что связано, главным образом, с отсутствием карбидообразующего элемента - углерода.

Наибольшего увеличения твердости можно достичь при ЭИЛ электродами из ма­териалов с высокой твердостью за счет их осаждения на поверхности катода, причем отмечалось, что формируемые слои могут иметь твердость более высокую, чем сам наносимый материал.

Например, при ЭИЛ стали 45 твердым сплавом Т15К6 микротвердость формируе­мого слоя достигала 32000...36000 МПа, в то время как микротвердость самого исход­ного сплава Т15К6 (наиболее твердой его составляющей) не превышала 26000 МПа, а исходного образца стали – 8000 МПа. Аналогичное явление отмечено при ЭИЛ пе­реходных металлов V-IV групп тугоплавкими боридами. Обработка циркония, хрома и вольфрама боридами этих же металлов приводит к формированию поверхностных слоев, микротвердость отдельных составляющих которых превышает микротвердость самих боридов; так, в системе Тi-Zr-В максимальное значение микротвердости 41700 МПа, в системе Тi-Сr-В – 43100 МПа, Тi-W-В – 40000 МПа, что, соответственно, в 1,85; 2,4 и 1,54 раза превышает значение микротвердости боридов циркония, хрома и вольфрама. Гетерогенная структура слоев, сформированных боридами, дает большие колебания значений твердости. Средняя величина твердости "белого" слоя чаще всего ниже, чем у исходного анода. Столь высокие значения твердости, наблюдаемые при обработке сталей и переходных металлов, объясняются образованием карбонитридов титана и вольфрама, а также образованием сложных боридных фаз.

Обычно высокая поверхностная твердость при ЭИЛ достигается за счет использо­вания в качестве анодов твердых сплавов ТК и ВК и тугоплавких соединений.

Если химическая активность и твердость электродных материалов невелики, то основное увеличение твердости обработанной поверхности обуславливается закалочны­ми явлениями. Кроме того, при ЭИЛ сталей оказывают влияние ее предшествующая термическая обработка и химический состав. Например, нормализованная сталь 45 при ЭИЛ той же сталью и хромом дает относительно более высокие стабильные значения микротвердости, чем та же сталь в состоянии поставки или термически улучшенная. И если на стали 45 при легировании ее хромом максимальная микротвердость рав­на 6000 МПа, то на стали 50ХФА (азотированной) она превышает 13000...14000 МПа (рис. 2.43).

Существенное влияние на твердость поверхностных слоев оказывают параметры импульсного разряда. Так, при ЭИЛ на режимах с t_и = (5...15)∙10^-5 с и = 1 Дж получена наибольшая микротвердость, обусловленная незначительными физико-химическими превращениями в перенесенном материале анода.

Рис. 2.43. Распределение микротвердости в поверхностном слое стали 50ХФА, легированной

При грубом ЭИЛ твердость поверхностных слоев, сформированных из сплавов ТК и ВК, обычно не превышает 10000...12000 МПа. Применение очень коротких импульсов ( (5...10)∙10^-6 с), например, установки типа ЭЛФА при "чистовом" ЭИЛ, дает такие же значения поверхностной твердости.

Как уже отмечалось, между основой и "белым" слоем находится переходная зона – подслой. В зависимости от исходного обрабатываемого материала наличие такого подслоя может играть положительную или отрицательную роль. В работе Лазаренко представлены микроструктуры стабильных образцов, упрочненных твердым сплавом Т15К6 при одинаковых режимах обработки. У сырого образца подслой тверже, чем исходный образец, и твердость подслоя является как бы переходной к повышенной твердости нанесенного слоя. В этом случае подслой является полезным.

При электроискровом легировании закаленной стали подслой является зоной отпус­ка, так как твердость его ниже твердости исходного материала образца. Это необхо­димо учитывать при обработке изделий с закаленной поверхностью.

Энергетические режимы обработки должны быть такими, чтобы термическое вли­яние электрических импульсов на подслой было возможно меньше. Эти условия вы­полняются при ЭИЛ с энергией электрических импульсов < 1 Дж и = (50...150)∙10^-6 с.

Явление отпуска подслоя при ЭИЛ отмечается при обработке металлов и сплавов, подвергающихся закалке. На материалах, у которых закалочных явлений нет, твер­дость обработанной поверхности определяется величиной твердости обрабатывающе­го электрода или получаемых на поверхности соединений, если между материалами электродов и межэлектродной средой протекают химические реакции (табл. 2.2). Из данных таблицы видно, что ЭИЛ можно существенно (в 2...10 раз и более) повысить поверхностную твердость цветных металлов и сплавов.

Таблица 2.2

Микротвердость (в МПа ) катода из меди

при ЭИЛ различными анодами

Материал анода	Исходная медь	Подслой	Слой
Кадмий	920…1010	920…1010	3000…4400
Бериллий	920…1080	920…1080	4400…10300
Хром	920	920…1080	2540…8380

Таким образом, ЭИЛ можно в широком интервале изменять поверхностную твердость деталей из различных материалов. Это можно осуществлять за счет как материала электродов, так и за счет физико-химических превращений, происходящих в поверхностных слоях при ЭИЛ.

Нестационарные процессы нагрева и охлаждения материала электродов в зоне им­пульсного разряда являются причиной появления в слоях, полученных ЭИЛ, значи­тельных напряжений.

Известно, что фазовые превращения в металлах и сплавах сопровождаются объем­ными изменениями, которые приводят к образованию в них напряженного состояния. Эти превращения могут протекать с увеличением удельного объема (мартенситные превращения) или с его уменьшением. В процессе ЭИЛ при взаимодействии мате­риала анода с катодом происходит образование новых фаз, которые сопровождаются возникновением структурных напряжений.

Измерения величины остаточных напряжений в поверхностных слоях после ЭИЛ стальной основы показали, что на величину и знак остаточных напряжений в поверх­ностных слоях, а также на характер их распределения влияют материал обрабатыва­ющего электрода, удельное время ЭИЛ, энергия разряда и межэлектродная среда.

Природа материала обрабатывающего электрода существенно влияет на распреде­ление остаточных напряжений по глубине сформированного слоя. Например, при ЭИЛ металлами, образующими с железом неорганические твердые растворы, остаточные напряжения достигают максимальных значений у поверхности упрочненного слоя, а в остальных случаях – на границе "белого" и переходного слоев. Более высокие значения остаточные напряжения имеют при ЭИЛ анодами, образующими с материалом осно­вы интерметаллиды (ниобий, тантал), а также в случае ограниченного растворения материала анода (молибдена, вольфрама) в материале основы. Абсолютные величи­ны остаточных напряжений могут значительно отличаться. Так, обработка стали 45 карбидами циркония и титана сопровождается образованием в поверхностных слоях остаточных напряжений величиной соответственно 74 и 38 МПа, а при использовании в качестве анода карбида бора и ниобия – соответственно 340 и 550 МПа.

Энергия разряда и удельное время обработки неоднозначно влияют на величину остаточных напряжений. Но общая тенденция увеличения последних с ростом этих параметров ЭИЛ наблюдается практически во всех случаях (рисунок 2.44).

При ЭИЛ порошковыми материалами в поверхностных слоях катода также возни­кают растягивающие остаточные напряжения, величина которых сопоставима с ве­личиной наблюдаемых при использовании компактных электродов. На величину и характер распределения этих напряжений также оказывают влияние размеры МЭП, при котором наносятся порошковый материал, и значения электрического поля.

Рис. 2.44. Зависимость привеса катода и остаточных напряжений в формируемых слоях от времени обработки. Катод – сталь Ст3. Анод: а – хром, б – вольфрам, в – железо, г – никель.

Таким образом, при ЭИЛ деталей машин для улучшения их различных характеристик необходимо учитывать величину и характер остаточных напряжений, возникаю­щих при этом в поверхностных слоях, и в каждом конкретном случае оптимизировать режим обработки (энергию разряда, время легирования, межэлектродную среду) и ма­териал обрабатывающего электрода.

Так как при ЭИЛ можно существенно упрочнить поверхность, очевидно, при этом следует ожидать и увеличения усталостной прочности. Однако было установлено, что ЭИЛ снижает усталостную прочность в результате накопления в формируемом слое растягивающих напряжений.

Полученные результаты свидетельствуют о понижении до 22 % усталостной проч­ности стали 45 после ЭИЛ различными тугоплавкими соединениями (карбидами и боридами). Предварительно, при тех же условиях ЭИЛ, измерялась величина и знак остаточных напряжений. Результаты показали в большинстве случаев образование в поверхностных слоях растягивающих напряжений, которые, как известно, снижают динамическую прочность материала. Такой же характер влияния ЭИЛ на усталостную прочность обнаружен и при использовании в качестве анодов чистых металлов IV-VI групп периодической системы. Предварительно на обработанных этими материалами образцах определяли величину и знак остаточных напряжений; остаточные напряже­ния были растягивающими. Затем на таких же режимах обрабатывались образцы для испытания на усталостную прочность, которая оказалась пониженной.

Во всех других подобных исследованиях также отмечается понижение усталост­ной прочности при ЭИЛ, связанное с образованием растягивающих остаточных на­пряжений в поверхностных слоях. Поэтому была изучена возможность уменьшения и даже исключения растягивающих напряжений в электроискровых покрытиях путем поверхностной пластической деформации (ППД) слоев, которая, как известно, широко используется в технике для повышения эксплуатационной надежности деталей.

ППД валов, предварительно легированных электродами из ВК8, повышает предел выносливости до 255 МПа, что на 70 % выше, чем легированных без ППД, и на 6,5 % выше, чем эталона (сталь 45). Общее понижение усталости образцов отмечается при увеличении энергии разряда, что связано с повышением температуры в зоне обработки, а следовательно, увеличением термических напряжений в поверхностных слоях.

Таким образом, ППД деталей, подвергнутых ЭИЛ, не только восстанавливает ис­ходную усталостную прочность, но и позволяет даже увеличивать ее.

Изменения, которые происходят в поверхностных слоях деталей при воздействии на них импульсных разрядов, приводят к тому, что значительно повышается их из­носостойкость. Связано это с образованием упрочненного слоя за счет закалочных процессов, появления мелкодисперсных карбидов. При электроэрозионной обработке металлов и сплавов (медь, латунь) в жидкости, которые не дают соединений с углеро­дом и обычно не закаливаются, упрочненный слой не образуется и изменения их изно­состойкости не наблюдается. Поэтому при ЭИЛ, когда помимо "чистого" воздействия импульсного разряда на поверхность катода возможно нанесение различных материалов, характеристики износостойкости можно варьировать в широком диапазоне.

Первые этапы исследований по повышению износостойкости деталей ЭИЛ были связаны, в основном, с обработкой сталей и чугунов. Для легирования использовались электроды из различных металлов и композиций, а процесс обработки проводился на режимах, меняющихся в широком диапазоне. Сформированные на чугуне и стали 45 (нормализованной и закаленной) поверхностные слои из твердого сплава Т15К6 (об­работка проводилась при ручном и механизированном ЭИЛ при = 250 В, _р = 0,6 А) испытывались в условиях сухого трения. Износостойкость легированных образцов по сравнению с закаленными возрастала в два раза.

В указанных исследованиях отмечается, что ЭИЛ двух сопрягаемых деталей не­целесообразно, так как это способствует снижению износостойкости пары трения в целом. Положительный эффект электроискрового упрочнения трущихся поверхностей наблюдается, когда из двух сопрягаемых поверхностей одна подвергается ЭИЛ, а дру­гая – закалке или химико-термической обработке.

Анализ экспериментальных данных показывает, что независимо от используемых при ЭИЛ материалов электродов, чаще всего, при увеличении энергии разряда и про­должительности обработки, наблюдается снижение износостойкости легированных образцов. С увеличением энергии импульсных разрядов растут неравномерность поверх­ностных слоев и количество дефектов в них, что снижает в конечном итоге их сопро­тивление износу.

Применение для ЭИЛ электродов из оказывает более высокое упрочнение. При этом благоприятное влияние оказывает аммиак, использование которого позволяет по­высить микротвердость поверхности до 24000...33000 МПа. ЭИЛ электродами из позволяет получить при обработке на воздухе микротвердость порядка 27000...31000 МПа, при ЭИЛ в аммиаке наблюдаются отдельные участки слоя с микротвер­достью до 33000 МПа.

Микроструктурное исследование показало наличие в структурах "белого" слоя пе­реходной зоны (подслоя) и матрицы. Применение в качестве среды обработки аммиака увеличивает протяженность упрочненной зоны.

Отличие состава упрочненных "белых'' слоев от состава материалов электродов является следствием химико-термического воздействия искрового разряда на матери­алы электродов, контактов разогретых микрообъемов материалов электродов с эле­ментами межэлектродной среды и друг с другом, диссоциации соединений материала анода при прохождении через искровой промежуток, различной скорости эрозии струк­турных составляющих материала анода и различной способности их закрепляться на упрочняемом материале.

ЭИЛ может быть эффективно использовано для повышения износостойкости цвет­ных металлов и сплавов, что подтверждают исследования износостойкости меди, ле­гированной бериллием, хромом, твердым сплавом Т15К6, кадмием, алюминиевыми сплавами и другими материалами.

Многие узлы машин и агрегатов работают в условиях сухого трения при высоких температурах. ЭИЛ позволяет решить проблему создания надежных и долговечных узлов трения за счет широкого выбора материалов покрытия при относительно простой технологии их нанесения.

В промышленности широко используется титан и его сплавы, которые, как из­вестно, наряду с высокими прочностными и антикоррозионными характеристиками обладают низкими антифрикционными свойствами. В некоторых работах приводят­ся результаты по использованию процесса ЭИЛ титана и его сплавов для повышения износостойкости. Опыты показали, что упрочнение сплава титана ОТ4 карбидами хрома и титана, а также керметом значительно повышает его износо­стойкость и существенно расширяет температурный диапазон использования сплава в узлах трения.

Аналогичные результаты были получены при обработке технического титана ВТ1 и сплава ВТ6. Можно ожидать, что ЭИЛ найдет применение для повышения износо­стойкости всего ряда титановых сплавов.

Исследовалось влияние ЭИЛ на кавитационную стойкость углеродистых сталей с различным содержанием углерода. Результаты испытаний на износостойкость пока­зали, что интенсивность изнашивания углеродистых сталей с содержанием до 0,8 % углерода равномерно уменьшается, а при дальнейшем увеличении содержания углеро­да практически не изменяется. Интенсивность изнашивания сталей после ЭИЛ посте­пенно уменьшается по мере увеличения содержания углерода, причем если для малоуглеродистых сталей кавитационная стойкость при этом значительно повышается, то для сталей с содержанием углерода свыше 0,6 % потери массы образцов после ЭИЛ возрастают.

Полученные данные объясняются тем, что кавитационная стойкость сталей после ЭИЛ определяется, в основном, интенсивностью изнашивания диффузионного подслоя, структура которого обусловлена протеканием как термодеформационных, так и диф­фузионных процессов. С увеличением содержания углерода в структуре этого слоя возрастает содержание мелкодисперсных карбидов и -фазы, что и обуславливает возрастание кавитационной стойкости сталей. При исследованных режимах сопро­тивление наружного слоя покрытий сталей микроударному нагружению после ЭИЛ низкое, и кавитационная стойкость сталей определяется, в основном, структурой и свойствами диффузионного подслоя.

Так же как и ЭИЛ компактными электродами, электроискровое нанесение порош­ковых материалов весьма перспективно для повышения износостойкости деталей ма­шин, работающих в узлах трения. Использование порошков позволяет значительно расширить круг материалов, применяемых для формирования электроискровым мето­дом износостойких поверхностных слоев, изменяя процентное соотношение составля­ющих порошковых смесей, можно варьировать фазовый состав и физико-химические свойства, а следовательно, и характеристики трения.

Высокую износостойкость и антифрикционные свойства этих покрытий можно объ­яснить фазовым составом покрытий, состоящих в основном из боридов железа и молиб­дена и небольшого количества интерметаллида и , и сравнительно высокими, для рассматриваемых покрытий, значениями микротвердости.

Анализ работ по износостойкости деталей пар трения показывает, что относитель­но высокая шероховатость слоев, сформированных ЭИЛ ( = 2,5...3,5 мкм и бо­лее), значительно повышает износ и коэффициент трения. Для повышения ресурса деталей необходимо уменьшать шероховатость поверхностных слоев при ЭИЛ, напри­мер, шлифованием и полировкой.

Однако износостойкость электроискровых покрытий можно значительно повысить отделочно-упрочняющей обработкой поверхностных слоев алмазным выглаживанием.

Несмотря на малый запас пластичности электроискровых покрытий, предваритель­ная обработка алмазным выглаживанием позволяет сгладить исходные неровности и повысить твердость. Совместное влияние деформационного упрочнения и улучшения геометрических параметров поверхностного слоя, а также снижение пористости элек­троискровых покрытий после выглаживания способствуют повышению работоспособности деталей.

Благодаря малой химической активности электроискровые покрытия в ряде слу­чаев можно использовать для защиты от газовой коррозии. Первые сведения по жа­ростойкости электроискровых покрытий были получены Лазаренко. Сравнительные исследования, проведенные со сталями марки ЗОХС и 40, показали значительное увели­чение жаростойкости этих сталей после ЗИЛ различными материалами. Испытания проводились при температуре 500...600° С и доступе воздуха. При этом наилучшие результаты дает легирование , феррокремнием и феррохромом. Несмотря на положительные результаты исследований, рекомендуется осторожно использовать процесс ЭИЛ для повышения жаростойкости металлических деталей. При этом методе затруднено формирование сплошных и беспористых покрытий, что является важным условием при защите рабочих поверхностей деталей от газовой коррозии. Последу­ющие исследования процесса ЭИЛ показали, что изменяя условия обработки, можно существенно повысить качественные показатели формируемого на катоде слоя и ис­пользовать это для защиты деталей от газовой коррозии при высоких температурах. Такой цикл работ был проведен для повышения жаростойкости титановых деталей. Для формирования защитных поверхностных слоев использовались материалы, кото­рые или сами по себе обладают высокой жаростойкостью, или в процессе ЭИЛ образу­ют жаростойкие химические соединения. Слои формировались анодами из , тугоплавкого соединения , а также после комбинированной обработки и на основах из титанового сплава ВТ6, который широко используется в промышленности. Затем в диапазоне температур 700...1200˚ С проводились структурно-кинетические исследования окисляемости легированных образцов, а для сравнения окислялись образцы без покрытия. Результаты исследо!

Изучалась стойкость к высокотемпературному окислению износостойких электроискровых покрытий на сталях различных марок (быстрорежущей, штамповой, углеродистой), полученных ЭИЛ стандартными (Т15К6, ВК8, ВК6М) и безвольфрамовыми твердыми сплавами на нитридной (НТНМ20, НЦХН45), карбидной (КТФН23, КТФН24) и боридной (БТФХ22, БТНА20) основах. Показано, что существенным фактором, увеличивающим сопротивление высокотемпературному окислению покрытий, является увеличение их сплошности. Достижение высокой сплошности покрытия (90 %) на углеродистой стали приближает ее по сопротивлению высокотемпературному окислению, к штамповой. Поэтому в ряде случаев возможна замена дорогостоящих легированных сталей углеродистыми. чистого алюминия.

Малая химическая активность и другие свойства поверхностных слоев, сформированных в процессе ЭИЛ, способствуют повышению не только их жаростойкости, но и коррозионной стойкости в различных средах. Это было показано в работе Лазаренко при коррозионных испытаниях стали марки Ст4, легированной различными материа­лами (таблица 2.3).

Весьма высокая коррозионная стойкость была получена при ЭИЛ стали алюми­нием. Поверхностные слои на стали Ст3 формировались с помощью вращающегося электрода, набранного из алюминиевой проволоки.

Результаты исследований показали, что нанесение алюминиевого покрытия способ­но повысить коррозионную стойкость стали в фосфорно-кислых растворах. При этом скорость коррозии образцов с алюминиевыми покрытиями ниже скорости коррозии образца из алюминия. Это можно объяснить наличием в покрытиях интерметаллидов железо-алюминий различного состава (от до ). Важно отметить, что даже при отсутствии сплошности в покрытиях и наличии пористости коррозионная стой­кость легированных образцов значительно выше, чем исходных, за счет протекторной защиты алюминия. В случае беспористых покрытий защитные свойства связаны с их экранирующим действием. При это можно ожидать, что свойства стальных образ­цов с покрытиями предельно возможной сплошности будут одинаковыми со свойствами чистого алюминия.

Таблица 2.2

Коррозионная стойкость стальных образцов

(сталь Ст4) после ЗИЛ различными материалами

Материал	Энергия импульса Wи, Дж	Время появления первых точек коррозии, ч
		Анод (сталь Ст4)	Катод (сталь Ст4)
Анод Сталь Ст4 Графит Феррокремний Феррохром Сплав Т15К6 Стеллит Кремний Хром Бериллий Чугун Чугун Чугун	без обработки 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Среда – керосин 1 0,05 Среда - вода 1	4 Среда – воздух - - - - - - - - - Среда – керосин 16 32 Среда - вода 8	4 Среда – воздух 18 24 24 24 48 48 48 48 66 - - -

При исследовании распределения в поверхностных слоях до и после испытаний в 10 % отмечается значительное увеличение его концентрации на поверхности.

Поскольку является эффективным катодом, увеличение его концентрации на по­верхности приводит к смещению потенциала в пассивную область. Скорость коррозии высокохромистого чугуна с палладиевым покрытием составляет 1,8 г/(м²∙ч), а чу­гуна без покрытия – 83 г/(м²∙ч), т.е. коррозионная стойкость чугуна с покрытием возрастает в 46 раз.

Детальные исследования коррозионного поведения поверхностных слоев, сформированных ЭИЛ на титане и его сплавах, которые широко используются в химической промышленности, выявили интересные и практически ценные характеристики таких слоев.

Поверхностное модифицирование титана палладием, рутением, никелем позволя­ет создавать коррозионно-стойкие (малорастворимые) аноды на основе титана и ряда других легко пассивирующихся металлов, что эффективно можно осуществлять ЭИЛ,

При одних и тех же потенциалах анодно-поляризованный чистый титан растворя­ется с более низкой скоростью, чем титан с электроискровыми покрытиями. Некоторое возрастание скорости коррозии титана с электроискровым палладиевым покрытием, по-видимому, связано с увеличением шероховатости поверхности титана при электро­искровой обработке.

Анодное поведение титана с электроискровыми покрытиями изучали также в хлоридно-щелочных растворах, например, 120 г/л + 200 г/л при температуре 90° С.

Исследовались образцы из ВТ1-0, покрытые , а также образцы из сплава с покрытием.

Результаты исследований позволили выявить оптимальный фазовый состав поверх­ностных слоев, при котором титановый анод в указанных средах приобретает высокую стойкость и электрохимическую активность. Такому составу соответствует интерме­таллические соединения .

Испытания в условиях эксплуатации титановых сливных приспособлений, обрабо­танных методом ЭИЛ никелем, на линии электрощелоков показали, что срок службы устройств с покрытиями превышает 7 лет, тогда как применявшиеся ранее из стали разрушались за 3...6 месяцев.

В зависимости от материала обрабатывающего электрода ЭИЛ можно повышать или понижать электрическое сопротивление поверхностных слоев. Например, при ЭИЛ стали 35 той же сталью или твердым сплавом Т15К6 переходное электрическое сопротивление значительно увеличивается, а при обработке благородными металла­ми снижается. Последнее можно успешно использовать для уменьшения переходно­го сопротивления поверхности контактов электрических машин и аппаратов. На ПО "Уралэлектротяжмаш" многие годы применяется процесс электроискрового серебре­ния контактов воздушных выключателей, изготовленных из порошковых материалов АВС и АВМ, и роторных катушек синхронных компенсаторов [ 14 ]. Для обеспечения хо­рошего электрического контакта между бочкой ротора и бандажным кольцом в тур­богенераторах ТВМ также используют электроискровое серебрение. Тонким слоем серебра покрывают демпферные системы, используемые в отдельных конструкциях турбогенераторов для защиты от перегрева наиболее нагруженных вихревыми тока­ми элементов.

Институт прикладной физики АН Молдовы и НИИ "Сибэлектротяжмаш" провели исследования [ 14 ] по электроискровому серебрению деталей из меди МЗ, титанового спла­ва ВТ6А, дюралюминия марки Д16Т, стали 35ХНЗМ ФАР и 60ХЗГ8Н8В. Измерения переходного контактного сопротивления показали, что серебро, нанесенное ЭИЛ, по­нижает контактное сопротивления во всех случаях. На базе этих исследований были разработаны промышленная технология и оборудование для электроискрового серебрения деталей электрических машин.

Электроискровое серебрение используется для уменьшения электрического сопро­тивления медных контактных поверхностей в собранных узлах электрических машин. Обычно поверхностные слои формируются на 1-м и 2-м режимах установок типа ЭФИ-54А, ЭФИ-79, созданных специально для этих целей. Для улучшения качества поверхности после нанесения каждого слоя возможно механическое послойное сглажи­вание с использованием проволочных щеток. Последнее способствует более равномер­ному распределению покрытия, "залечиванию" сквозных микропор и, следовательно, увеличению коррозионной стойкости, а также снижению переходного электрического сопротивления за счет увеличения площади контактирования.

В отдельных энергосистемах широко применяется электроискровой способ серебре­ния для восстановления поврежденных в эксплуатации серебряных покрытий контак­тов выключателей, разъединителей и другой коммутационной аппаратуры.

Возможно получение электроискровым способом сопротивлений с нелинейной ха­рактеристикой по длине проводника, причем величина изменения сопротивления мо­жет быть заранее задана. Это можно использовать при создании высоконагруженных скользящих контактов, коллекторов электрических машин, когда непосредственному размыканию электрического контакта предшествует включение в коммутирующую цепь сопротивления.

Изучение морфологии серебряных электроискровых покрытий на меди показало, что покрытия имеют неоднородный характер: на достаточно тонком "фоновом" слое покрытия выделяются выпуклости в форме усеченного конуса, которые расположены хаотично, но, как правило, на равном расстоянии друг от друга.

Диаметр выпуклостей, их количество на единицу площади и высота зависят от ре­жима нанесения покрытия. Увеличение диаметра выпуклости при возрастании силы рабочего тока связано с увеличением объема порции жидкого металла, переносимой ка­ждым разрядом. Эффект "размывания" выпуклостей может быть вызван перегревом жидкой капли на аноде и ее растеканием по поверхности катода. Кроме того, перегрев капли может способствовать разрушению оксидной пленки, покрывающей поверхность катода. Жидкая капля расплывается по поверхности катода более тонким слоем, что уменьшает искажение силовых линий электрического поля и способствует выравнива­нию поверхности покрытия.

Следует отметить, что при нанесении золота, в отличие от других материалов, по мере электроискрового легирования интенсивность переноса материала анода на катод не замедляется, а наоборот, нарастает. Зависимость привеса катода и эрозии анода от времени легирования имеет вид расходящихся кривых. Соответственно привесу образ­ца происходит убыль веса анода, но только около половины золота, эродировавшего с анода, переносится на образец, остальное составляют потери (главным образом, в виде очень мелкой золотой пыли).

При нанесении контактных материалов, имеющих относительно невысокую тем­пературу плавления и твердость (например, ), более эффективными оказались вращающиеся щеточные и дисковые электроды. Они позволяют получить большую производительность процесса и лучшую чистоту обрабатываемой поверхно­сти, чем при использовании вибрирующего электрода.

Для электроискрового серебрения используются как обычные установки для элек­троискрового легирования, так и специальные, у которых электрические параметры ( ) подобраны таким образом, что формирование слоя происходит в более благоприятных условиях. Покрытия, полученные при помощи таких установок, обла­дают относительно более высокой равномерностью, сплошностью и плотностью.

Электроискровые поверхности по их способности рассеивать свет сравнивают с поверхностями, обработанными мелкой дробью, и указывают на их сходства. Благодаря такому свойству электроискровые поверхности можно применять для некоторых спе­циальных целей, например, при изготовлении экранов для телевизионных установок и т.п.

В настоящее время определены некоторые оптические характеристики поверхност­ных слоев, сформированных ЭИЛ, например, такие, как коэффициенты поглощения и излучения солнечной радиации. Эти параметры определялись для титановых и алюминиевых сплавов, легированных рядом чистых материалов. После ЭИЛ значения изменяются в пределах 0,45...0,93, а - от 0,3 до 0,6. При этом достигает мини­мального значения после легирования цирконием титанового сплава, а максимального (0,93) – при обработке графитом алюминиевых сплавов. Минимальное значение = 0,3 отмечается при обработке молибденом как алюминиевых, так и титановых подложек, а максимальное (0,67) – после легирования магнием титанового сплава ВТ6.

В последние годы возросла потребность в эмиссионно-активных электродных ма­териалах на основе тугоплавких соединений для специальных электронных устройств новой техники, таких, как термоэмиссионные модули, оптические квантовые генера­торы и др. В инженерном плане наиболее технологичным является использование таких материалов в виде покрытий, позволяющих получать электроды сложных форм и больших площадей.

Исследованы характеристики ЭИЛ и сталей У8, СтЗ для такого важного и широко используемого в технике материала катода, как гексаборид лантана и его сплавы. Установлено во всех случаях формирование гетерофазного покрытия с основ­ной составляющей из низшего борида металла подложки и соответствующей ей фазой на основе ; последняя обеспечивает уровень эмиссии покрытия. Введение в металлических добавок изменяет эффективность процесса нанесения, однако не оказы­вает существенного влияния на термоэмиссию покрытия.

Таким образом, варьируя электрическими режимами, материалом электродов, межэлектродной сре­дой, можно изменять структуру, фазовый и элементный составы, шероховатость, тол­щину и многие другие свойства формируемых ЭИЛ слоев, а следовательно, и их экс­плуатационные характеристики. Это обеспечивает широкую сферу практического использования этого метода.

104