Главная | Обратная связь

Ерозія електродів при ЕІЛ у насичувальному середовищі

В процесі ЕІЛ відбуваються складні фізико-хімічні явища завдяки тому, що в поверхневих шарах електродів локально виділяється велика кількість енергії. Наслідком електроіскрового розряду є руйнування електродів (ерозія). Ерозія є однією з найважливіших характеристик матеріалу легуючого електроду, що відповідає за формування отриманого шару покриття.

На даний час існують три теорії фізичної природи механізму ерозії:

· електромеханічна, в основу якої покладено урахування виключно механічних факторів, що є наслідком електричного розряду;

· електротермічна (теплова), в основу якої покладена електрична ерозія, зумовлена дією “теплового удару”;

· електродинамічна, яка полягає у тому, що поверхня електроду піддається дії ударів потоків дрібних та важких крапель.

Загальним у всіх трьох теоріях є те, що в основному передача енергії електродам здійснюється бомбардуванням їх електронами, іонами та нейтральними атомами, що мають велику кінетичну енергію. Усі теорії ерозії підтверджуються багатьма експериментами, не мають суттєвих протиріч, а лише доповнюють одна одну.

Процес ерозії матеріалів електродів при ЕІЛ залежить від ряду чинників: природи матеріалу, його ерозійної стійкості, впливу міжелектродного середовища, часу легування, електричних параметрів розряду.

При електроіскровій обробці матеріалів відбувається видалення матеріалу аноду в рідкій, паровій та твердій фазах. Співвідношення між цими фазами залежить від природи матеріалів електродів та режимів обробки. Ерозійна стійкість металів при видаленні речовини в рідкій та паровій фазах визначається їх теплофізичними сталими (температура плавлення, теплота випаровування, електропровідність, теплопровідність, пластичність та ін.); при крихкому руйнуванні – кристалічною структурою (твердість, крихкість, модуль зсуву, коефіцієнт термічного розширення та ін.), а отже, з макроструктурою, що не спостерігається при ерозії речовини в паровій та рідкій фазах.

Продукти ерозії не завжди мають структуру, властиву певному металу при його різкому охолодженні від високих температур. Основна маса частинок в продукті ерозії формується з рідкого металу, однак майже завжди присутні частинки, механічно відділені від поверхні електродів.

Результати мікроскопічних досліджень вказують на особливість появи та формування окремих частинок в продуктах ерозії, що свідчить про значну роль теплових факторів. Продукти ерозії переважно містять частинки, що мають сферичну або близьку до неї форму, що, на думку авторів, могли сформуватися під дією поверхневих сил (умови мінімуму поверхневої енергії) з рідкого стану. Поява частинок невизначеної форми пов’язана з дією ударної хвилі, взаємодією з іншими частинками або поверхнею електроду.

Продукти ерозії, що утворюються при ЕІЛ перехідними металами, мають сфероподібну форму, що свідчить про утворення їх з рідкої фази, однак виявляються частинки, що утворилися з твердої фази. Так, при зміцненні хромом вміст частинок, що виникли в результаті крихкого руйнування досягає 5 – 15% від загального числа частинок, що пов’язано з тим, що при невеликій тривалості процесу зміцнення (1 хв/см²) в інертному середовищі перехідними металами на стан продуктів ерозії впливає температура холодноламкості матеріалу аноду. Якщо вона нижче від температури розігріву аноду в процесі ЕІЛ, в продуктах ерозії спостерігаються переважно частинки, що утворилися з рідкої та парової фаз.

При збільшенні тривалості обробки (більше 1 хв/см²) склад продуктів ерозії матеріалу аноду помітно змінюється, особливо при ЕІЛ титаном та цирконієм. Уже після другої хвилини легування кількість частинок, утворених в результаті крихкого руйнування, збільшується втричі. При цьому збільшується також розмір часток, що пов’язано з тим, що легувальні елементи IV групи добре розчиняють в собі елементи втілення і крім того при нагріванні та охолодженні мають поліморфні перетворення, що в умовах багатократних імпульсних теплових навантажень посилюють ефект окрихчення.

Ерозійні характеристики матеріалу електродів змінюються при проведенні процесів в різних міжелектродних середовищах. Суттєвий вплив на ерозію електродів при ЕІЛ має склад газового середовища, а також тиск.

Процес ЕІЛ у повітряному, аргоновому, азот- та вуглецьвміщуючих середовищах супроводжується взаємодією матеріалу аноду з елементами міжелектродного середовища – киснем, вуглецем, азотом. При їх розчиненні у перехідних металах утворюються тверді розчини втілення або неметалічні сполуки по границям зерен, що збільшує поріг холодноламкості металу та сприяє його крихкому руйнуванню під дією циклічних навантажень іскрового розряду, а отже, призводить до підвищеної ерозії в процесі ЕІЛ.

Важливим технологічним параметром ЕІЛ є оптимальний питомий час обробки (3 – 9 хв./см²), протягом якого на робочій поверхні аноду формується шар змінної структури та складу завтовшки до 1000 мкм (вторинна структура), що стає істинним об’єктом ерозії. По суті на зразок переноситься не вихідний легуючий метал (сплав), а складний композиційний матеріал, що утворився в результаті дії на нього іскрових розрядів, міжелектродного середовища та зворотного масопереносу. Вторинна структура відрізняється підвищеною твердістю, причому ступінь зміцнення знижується у ряду перехідних металів Ме (IV)® Ме (VI). Зокрема висока розчинність кисню та вуглецю у Ме (IV) значно знижує пластичність поверхневого шару аноду, що в умовах термомеханічних навантажень обумовлює його інтенсивне крихке руйнування.

Кількість оксидних та нітридних фаз, що викликають окрихчення поверхні, зменшується при переході від атмосферного до розрядженого та інертного міжелектродного середовища, що пояснюється більш низьким рівнем ерозії металів при легуванні у аргоні у порівнянні з легуванням у хімічно активному середовищі. З іншого боку, виникнення оксидних та нітридних фаз на поверхні аноду сприяє зчепленню електродів, тим самим сприяючи формуванню легованого шару на катоді.

Таким чином, при використанні різних матеріалів електродів процес ЕІЛ є складним, оскільки інтенсивність ерозії електродів визначається великою кількістю властивостей матеріалів аноду, що неможливо врахувати всі сталі матеріалу аноду, від яких залежить його ерозія. Слід відмітити, що певні властивості, які мають рішуче значення для ерозії одних матеріалів, незначно впливають на ерозію аноду інших матеріалів. Взаємодія елементів хімічно активного міжелектродного середовища з робочою поверхнею аноду призводить до зміни її фазового складу, що сприяє окрихченню поверхні, та збільшенню ерозії у порівнянні з електроіскровим легуванням у інертному середовищі.