CN108441861B - 一种集束电极电火花沉积加工多层膜的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集束电极电火花沉积加工多层膜的方法及装置，所述方法包括在零件基体周围安装多个独立的电火花沉积单元，每个电火花沉积单元都包括由控制系统进行单独控制的集束电极，控制所述集束电极按照设定的速度与所述零件基体进行相对运动，所述多个电火花沉积单元按照顺序交替放电沉积或同时放电沉积，在所述零件基体表面形成所需的多层膜。

Description

一种集束电极电火花沉积加工多层膜的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种电火花沉积技术，具体地说是一种集束电极电火花沉积加工多层膜的方法及装置。
背景技术
电火花沉积技术是利用两极(导电集束电极与零件表面)之间脉冲放电时极间产生的10000℃以上的高温熔化或气化电极材料，使熔融的电极材料在电磁力、重力、离心力等的作用下，过渡沉积到零件表面，在零件表面生成所需的沉积层，提高表面硬度及表面质量。
现有技术中，对导电零件进行集束电极电火花沉积以生成单一涂层和原位生成强化涂层为主，尚未有利用集束电极进行电火花多层膜制备和损伤零件的修复再制造等方面的报道。本发明在常规电火花沉积基础上进行了较大创新，实现了在零件表面生成多层膜及修复再制造方面的创造。
发明内容
本发明的目的是提出一种集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，该方法工艺过程简单、设备成本低廉、加工过程足够稳定，并具有可制备某些特殊性能表面膜层，能有效提高零件表面质量和性能。
在本发明实施例中，提供了一种集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其包括：
在零件基体周围安装多个独立的电火花沉积单元，每个电火花沉积单元都包括由控制系统进行单独控制的集束电极，控制所述集束电极按照设定的速度与所述零件基体进行相对运动，所述多个电火花沉积单元按照顺序交替放电沉积或同时放电沉积，在所述零件基体表面形成所需的多层膜。
在本发明实施例中，所述集束电极的运动方式为直线或者与所述零件基体表面形状相吻合的空间曲线。
在本发明实施例中，所述集束电极为金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷之一。
在本发明实施例中，选用相应的强化材料做集束电极，熔化电极材料，过渡沉积到零件表面，生成特种材料膜。
在本发明实施例中，所述强化材料为金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷之一。
在本发明实施例中，还包括
通过向所述强化电极放电区域喷入强化介质，利用放电时产生的高温高压使强化介质与熔融的零件表面材料及电极材料发生反应，形成合金强化层。
在本发明实施例中，所述的强化介质可以为气态、液态或气液混合态甚至是固态粉末的单或多元介质。
在本发明实施例中，还提供了一种集束电极电火花沉积加工多层膜的装置，其包括电极控制系统、电源、保护气系统及用来进行电火花沉积和表面强化的集束电极系统，所述集束电极系统包括一个或多个电火花沉积单元，每个电火花沉积单元上设置一个相应的由所述电极控制系统单独控制的集束电极。
在本发明实施例中，所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的装置还包括两极间压力检测控制系统，所述两极间压力检查控制系统，通过检测两极之间的压力，采用脉冲或者持续加持的的方法，对沉积修复层和强化层进行磨削修整。
在本发明实施例中，所述集束电极中的单个电极形状为丝状或管状。
与现有技术相比较，本发明采用集束电极电火花沉积技术，在零件表面进行沉积，生成多层特性膜或混合合金膜，使零件的使用性能，如耐用性、耐磨性、疲劳强度、高温持久强度、耐腐蚀性等有明显改善，由于电火花沉积层可以做到很薄，因此对零件的形状、尺寸精度和表面质量的影响比较容易控制，而且可以通过电极材料的不同，生成不同性质的涂层，在此基础上可以通过对电参数和其它参数的控制，在零件表面获得组织连续、组分均匀、厚度一致的沉积膜层；作为损伤修复时，由于电极丝的多点放电，熔化沉积更加均匀，组织结构均匀，缺陷较少，致密性良好，有利于实现静、动平衡。沉积过程中，由于能量比较分散，对基体的热量小，热影响较小，能够保证零件性能的前提下，修复再制造零件。
附图说明
图1是本发明的集束电极电火花沉积加工多层膜的装置的结构示意图。
图2是单个集束电极的集束电极系统原理示意图。
图3是多个集束电极的集束电极系统原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，在本发明提供了一种集束电极电火花沉积加工多层膜的装置，其包括电极控制系统1、电源2、保护气系统3及用来进行电火花沉积和表面强化的集束电极系统4。
如图2和图3所示，所述集束电极系统4包括一个或多个电火花沉积单元，每个电火花沉积单元上设置一个相应的由所述电极控制系统单独控制的集束电极，所述电极形状为丝状或管状。
进一步的，所述采用电火花沉积技术对金属零件进行修复的装置还包括两极间压力检测控制系统(图未示)，所述两极间压力检查控制系统，通过检测两极之间的压力，采用脉冲或者持续加持的方法，对沉积修复层和强化层进行磨削修整。
本发明的集束电极电火花沉积加工多层膜的方法包括：
将零件置于电火花沉积装置，在电极和所述零件之间接入脉冲电源，进行电火花沉积，使所述电极融化来填充所述零件的损伤部位和超差部位；其中，所述电火花沉积装置包括一个或多个电火花沉积单元，每个电火花沉积单元上设置一个相应的由所述电极控制系统单独控制的集束电极。
进一步的，还可以选用相应的强化材料做强化电极，熔化电极材料，过渡沉积到零件表面，生成特种材料膜。
以下结合具体实施例对本发明的束电极电火花沉积加工多层膜的方法进行详细描述。
实施例一
首先，将需要修复的零件置于集束电极电火花沉积加工多层膜的装置电火花沉积装置中，进一步采用如图2所示的单个电极的集束电极系统，在电极和零件中间接入脉冲电源，进行电火花沉积。通过电火花放电产生的10000℃以上的高温，熔化电极材料，将其过渡沉积到零件表面，形成一层特定材料的膜，可以通过调节电参数和其它参数，调节沉积膜层的厚度和特性。
再次，更换电极材料，利用同样的原理沉积新的沉积层，重复此类操作，在零件表面生成所需多层膜。
本实施例所述的电极和零件材料包括：金属及其合金、半导体、导电陶瓷等所有导电材料。
实施例二
将需要沉积的零件置于电火花沉积装置中，采用如图3所示多个电极的集束电极系统，在电极和零件中间接入脉冲电源，同时进行电火花沉积，利用两种或两种以上的电极单元，利用两种以上电极材料，在电极和工件中间接入脉冲电源，进行电火花沉积。通过电火花放电产生的10000℃以上的高温，熔化电极材料，将两种及两种以上的电极材料，同时过渡沉积到零件表面，形成一层特殊的合金膜，沉积中可通过调节电参数和其它参数，调节沉积膜层的合金比例、特性和厚度。
本实施例所述的电极和零件材料包括：金属及其合金、半导体、导电陶瓷等所有导电材料。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
所述的强化对象包括金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷等导电材料。
实施例三
首先对损伤、超差等零件，根据损伤部位和超差范围，选择与修复零件所需的多种材料作为集束电极材料，将需要沉积的零件置于电火花沉积装置中，利用两种或两种以上的电极材料，在脉冲电源作用下，同时进行电火花沉积，在填充损伤部位和超差部位的同时，也使强化物质以合金的形式沉积到零件表面，使之达到使用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其特征在于，包括：在零件基体周围安装多个独立的电火花沉积单元，每个电火花沉积单元都包括由控制系统进行单独控制的集束电极，控制所述集束电极按照设定的速度与所述零件基体进行相对运动，所述多个电火花沉积单元同时放电沉积，在所述零件基体表面形成所需的多层膜；
所述同时放电沉积包括:利用两个或两个以上的电火花沉积单元，利用两种以上电极材料，在电极和工件中间接入脉冲电源，进行电火花沉积，将两种及两种以上的电极材料，同时过渡沉积到零件表面，形成一层特殊的合金膜；重复该过程，在所述零件基体表面形成所需的多层膜。
2.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其特征在于，所述集束电极的运动方式为直线或者与所述零件基体表面形状相吻合的空间曲线。
3.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其特征在于，所述集束电极为金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷之一。
4.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其特征在于，选用相应的强化材料做集束电极，熔化电极材料，过渡沉积到零件表面，生成特种材料膜。
5.根据权利要求4所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其特征在于，所述强化材料为金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷之一。
6.根据权利要求4所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其特征在于，还包括通过向所述电火花沉积单元放电区域喷入强化介质，利用放电时产生的高温高压使强化介质与熔融的零件表面材料及电极材料发生反应，形成合金强化层。
7.根据权利要求6所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的方法，其特征在于，所述的强化介质可以为气态、液态或气液混合态甚至是固态粉末的单或多元介质。
8.一种集束电极电火花沉积加工多层膜的装置，其特征在于，包括电极控制系统、电源、保护气系统及用来进行电火花沉积和表面强化的集束电极系统，所述集束电极系统包括多个电火花沉积单元，每个电火花沉积单元上设置一个相应的由所述电极控制系统单独控制的集束电极；所述多个电火花沉积单元同时放电沉积，在零件基体表面形成所需的多层膜；
所述同时放电沉积包括:利用两个或两个以上的电火花沉积单元，利用两种以上电极材料，在电极和工件中间接入脉冲电源，进行电火花沉积，将两种及两种以上的电极材料，同时过渡沉积到零件表面，形成一层特殊的合金膜；重复该过程，在所述零件基体表面形成所需的多层膜。
9.根据权利要求8所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的装置，其特征在于，还包括两极间压力检测控制系统，所述两极间压力检查控制系统，通过检测两极之间的压力，采用脉冲或者持续加持的方法，对沉积修复层和强化层进行磨削修整。
10.根据权利要求8所述的集束电极电火花沉积加工多层膜的装置，其特征在于，所述集束电极中的单个电极形状为丝状或管状。
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