RU2709548C1 - Способ электроэрозионной обработки поверхности молибдена - Google Patents
Способ электроэрозионной обработки поверхности молибдена Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709548C1 RU2709548C1 RU2019106835A RU2019106835A RU2709548C1 RU 2709548 C1 RU2709548 C1 RU 2709548C1 RU 2019106835 A RU2019106835 A RU 2019106835A RU 2019106835 A RU2019106835 A RU 2019106835A RU 2709548 C1 RU2709548 C1 RU 2709548C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molybdenum
- roughness
- treatment
- molybdenum carbide
- voltage
- Prior art date
Links
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 24
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 17
- QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 1lambda4,2lambda4-dimolybdacyclopropa-1,2,3-triene Chemical compound [Mo]=C=[Mo] QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000009760 electrical discharge machining Methods 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 10
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 10
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008423 Si—B Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электроэрозионной обработке поверхности металлов и сплавов, используемой для повышения твердости, жаропрочности и коррозионной стойкости деталей машин. Предложен способ получения покрытия из карбида молибдена на детали из молибдена, включающий электроэрозионную обработку детали высоковольтной электрической дугой высокого давления в атмосфере водорода с фиксированным зазором между электродами, при которой в качестве катода используют обрабатываемую деталь, а в качестве анода - легирующий электрод из графита. При этом обработку осуществляют при напряжении 2000 B, токе разряда 0,5-1 А с частотой следования импульсов 60 Гц, причем путем изменения скважности импульсов контролируют шероховатость получаемого покрытия из карбида молибдена. Изобретение обеспечивает получение на поверхности молибдена покрытия из карбида молибдена с шероховатостью Ra=0,08-0,4 мкм. 2 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к электроэрозионной обработке поверхности металлов и сплавов, используемой для повышения твердости, жаропрочности и коррозионной стойкости деталей машин.
В тексте патента используются термины и определения установленные ГОСТ Р МЭК 60974-1-2012 «Оборудование для дуговой сварки. Часть 1. Источники сварочного тока» и ГОСТ 25331-82 «Обработка электроэрозионная. Термины и определения».
Электроэрозионная обработка поверхности - процесс, основанный на разрушении электрода (анода) при искровом разряде и переносе продуктов эрозии на поверхность изделия, служащего катодом. Известны две схемы процесса: а) перенос материала происходит в виде очень мелких капель с кратковременным замыканием искрового промежутка и физическим контактом анода на изделие, и б) с постоянным (фиксированным) зазором между электродами. Вибрация легирующего электрода с периодическим контактом с поверхностью изделия облегчает ведение процесса, а поддержка постоянного межэлектродного зазора требует сложной автоматики. Широкое распространение получила первая схема, хотя, стоит заметить, что современное развитие высокодинамичных автоматизированных систем, например, линейных серводвигателей, нивелирует сложность регулировки межэлектроного зазора. Электроэрозионная обработка поверхности характеризуется: а) высокой адгезией материала анода с поверхностью обрабатываемого изделия; б) локальной обработкой поверхности с минимальной зоной термического влияния; в) относительной простотой реализации; г) отсутствием жестких требований к подготовке поверхности перед нанесением и д) высокой надежностью оборудования.
Характерным недостатком электроэрозионной обработки является увеличение шероховатости поверхности обрабатываемого изделия, причем, чем больше энергия электрического разряда при электроэрозионной обработке, тем больше шероховатость. Увеличение шероховатости, в свою очередь, влечет за собой рост площади поверхности теплообмена, что и было положено авторами в основу изобретения для оребрения трубы теплообменника способом электроэрозионного легирования поверхности [Тарельник В.Б., Марцинковский В.С., Тарельник Н.В., Коноплянченко Е.В. // Патент РФ №2615096.03.04.2017. Бюл. №10] - аналог. Без дополнительной обработки для снижения шероховатости поверхности методами поверхностно-пластического деформирования в частности безабразивной ультразвуковой финишной обработки, предложенный способ электроэрозионной обработки не пригоден для создания износостойких покрытий с низкой шероховатостью (Ra=0,08-0,4 мкм), используемых в парах трения, в деталях и узлах газо- и гидродинамических установок. Применение шлифовки после электроэрозионной обработки не представляется возможным, так как в данном случае удаляется 50-100 мкм поверхностного слоя, причем слоя с наибольшей твердостью.
Известен способ электроэрозионной обработки поверхности [А.Е. Кудряшов, Д.Н. Лебедев, А.Ю. Потанин, Н.В. Швындина, И.В. Сухорукова, Д.В. Штанский, Е.А. Левашов. / Кинетика осаждения, структура и свойства электроискровых покрытий Cr-Al-Si-B на жаропрочном никелевом сплаве. // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2015. - №4. - С. 59-70.] -аналог. Авторами установлен оптимальный высокочастотный режим электроэрозионной обработки: энергия импульса Е=0,048 Дж, ток искрового разряда I=120 А при напряжении U=20 В, частота следования импульсов f=3200 Гц, длительность импульса т=20 мкс, характеризующийся минимальной эрозией катода при удовлетворительной скорости осаждения покрытий и относительно низкой шероховатостью (при толщине покрытия 15-25 мкм шероховатость Ra варьируется от 3 до 8,5 мкм при исходной шероховатости образца Ra=0,38 мкм). В работах других авторов, например, [Игнатенко Э.П., Верхотуров А.Д., Маркман М.З. / Формирование поверхностного слоя при электроискровом легировании легкоплавкими металлами // Электронная обработка материалов. - 1979. - №3. - С. 26-29.] установлено, что воздействие на поверхность электродов единичных искровых импульсов приводит к образованию лунок на аноде и катоде. Несмотря на одинаковое число искровых импульсов, воздействующих на поверхность электродов с одинаковой энергией, характер изменения массы последних различен: в режиме единичных импульсов всегда отмечалось уменьшение массы анода и катода, а в случае непрерывной подачи импульсов уменьшение массы у анода и повышение у катода. Приведенные экспериментальные данные объясняются тем, что в газовой среде вблизи электродов происходят чрезвычайно сложные процессы при возникновении разряда [Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток./ под ред. Л.А. Сена и В.Е. Голанта. М., Наука, 1971.]. В частности, из-за негативного влияния пинч-эффекта (сжатие канала дугового разряда, вызванное силами магнитодинамической природы, зависящими от силы тока) в прикатодной области разряда возникают потоки плазмы, направленные от электрода, препятствующие осаждению легирующего материала. При токах разряда выше критических значений (50-100 А) катодный депозит образуется с большим трудом и наблюдается эрозия катода. По этой причине, получение износостойких покрытий с низкой шероховатостью (Ra=0,08-0,4 мкм) в известном способе электроэрозионной обработки поверхности при токах 120 А невозможно при любой длительности и частоте следования импульсов, что и наблюдается в ухудшении шероховатости поверхности в десятки раз по сравнению с исходной.
Известен способ цементации стальных деталей электроэрозионным легированием [Марцинковский В.С., Тарельник В.Б., Братущак М.П. // Патент РФ №2468899.10.12.2012 Бюл. №34] - прототип. Задача изобретения - снижение шероховатости поверхности стальных деталей после процесса цементации электроэрозионным легированием с сохранением качества поверхностного слоя: отсутствие микротрещин, наличие слоя повышенной твердости, 100% сплошность. Технический результат достигается за счет того, что последующее электроэрозионное легирование поверхности детали выполняют поэтапно тем же графитовым электродом, что и цементацию, при этом на каждом последующем этапе снижают энергию разряда режима электроэрозионного легирования. Наилучший результат по снижению шероховатости поверхности до значений Ra=0,8-0,9 мкм достигается при следующих режимах электроэрозионной обработки: энергия разряда Е=0,1 Дж, производительность 2 мин/см2. Процесс цементации стальных деталей электроэрозионным легированием проводили на открытом воздухе с физическим контактом анода на изделие при значениях тока, ведущих к эрозии катода (детали), что категорически неприемлемо для создания функциональных покрытий из карбида молибдена Мо2С с низкой шероховатостью (Ra=0,08-0,4 мкм).
Задачей настоящего изобретения является разработка способа электроэрозионной обработки поверхности деталей из молибдена графитовым анодом для получения функциональных покрытий из карбида молибдена Мо2С с шероховатостью не хуже Ra=0,08-0,4 мкм.
Технический результат достигается тем, что процесс электроэрозионной обработки поверхности проводят высоковольтной электрической дугой высокого давления в атмосфере водорода с фиксированным зазором между электродами и жесткой внешней характеристикой источника тока, причем скважность импульсов варьируется в зависимости от заданной шероховатости покрытия из карбида молибдена Мо2С.
При карбидизации тугоплавких металлов и сплавов, имеющих большое сродство к кислороду (вольфрам, молибден), для получения достаточно чистых по составу карбидных покрытий необходимо использовать защитные газовые смеси, не содержащие кислорода и его соединений [Самсонов Г.В., Эпик Л.П. / Тугоплавкие покрытия. // Изд. 2-е, пер. и доп. М. - «Металлургия». - 1973.]. В качестве защитного и плазмообразующего газа наиболее дешевым с экономической точки зрения и эффективным с термодинамической является использование водорода.
Из уровня техники известно, что использование электроэрозионной обработки поверхности с физическим контактом анода на изделие при токах 100-120 А даже с минимальной энергией импульса Е=0,05-0,1 Дж не может обеспечить шероховатость поверхности лучше, чем Ra=0,8-0,9 мкм. Поэтому в предлагаемом способе была выбрана схема процесса с фиксированным зазором между электродами, для того, чтобы однозначно исключить влияние пинч-эффекта на процесс обработки, ток разряда был снижен в 100 раз, по сравнению с прототипом, и варьировался в диапазоне 0,5-1 А. Напряжение между катодом и анодом было выбрано 2000 В, исходя из подводимой мощности (от 1 до 2 кВт), для достижения типовых значений производительности процесса 1-5 мин/см2. Источник тока имеет жесткую внешнюю характеристику. Во избежание поражения оператора электрическим током, частота следования импульсов выбрана 60 кГц - выше рекомендованного порогового значения 50 кГц [А.Г. Качалов В.В. Наумов / Основы электробезопасности. Методические материалы для работников охраны труда и ответственных за электрохозяйство. 3-е издание. // Издательство УПЦ «Талант» - 2003]. На фиг. 1 представлен график, поясняющий характер следования импульсов и их скважность (ϕа=2000 В - потенциал анода; ϕк=0 В - потенциал катода). Изменяя скважность импульсов (S) можно регулировать скорость массопереноса материала анода и контролировать шероховатость поверхности катода. На графике цифрами обозначены возможные режимы разряда, при которых: (1) S=1,1; (2) S=2; (3) S=10.
На фиг. 1 представлен график, поясняющий характер следования импульсов и их скважность.
На фиг. 2 представлено изображение рельефа поверхности, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии.
Способ электроэрозионной обработки поверхности детали из молибдена (катод) с исходной шероховатостью после токарной обработки Ra=50-100 при использовании анода из графита в атмосфере водорода при давлении 0,1 МПа характеризуется следующими примерами.
Пример 1. Ток дугового разряда I=1 А, напряжение между электродами U=2000 В, межэлектродный зазор δ=2 мм, скважность импульсов S=1,1. Наблюдается активная эрозия анода с получением катодного депозита и карбидизацией Мо2С поверхности детали из молибдена. После электроэрозионной обработки шероховатость поверхности снизилась до значений Ra=0,8 мкм.
Пример 2. Ток дугового разряда I=0,5 А, напряжение между электродами U=2000 В, межэлектродный зазор δ=2 мм, скважность импульсов S=2. Эрозия анода снижается, производительность процесса карбидизации Мо2С поверхности молибденового изделия замедляется, шероховатость поверхности после обработки Ra=0,4 мкм.
Пример 3. Ток дугового разряда I=0,8 А, напряжение между электродами U=2000 В, межэлектродный зазор δ=2 мм, скважность импульсов S=10. Наблюдается выглаживание поверхности катода с «залечиванием» лунок и эрозией наростов, производительность процесса карбидизации Мо2С минимальна, шероховатость поверхности стремится к значению Ra=0,08 мкм. На фиг. 2 представлено изображение рельефа поверхности, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии (Solver Р-47, NT-MDT).
Таким образом, предложенный способ электроэрозионной обработки является перспективным для создания покрытий на поверхности деталей из тугоплавких металлов, используемых в парах трения, в деталях и узлах газо- и гидродинамических установок.
Claims (1)
- Способ получения покрытия из карбида молибдена на детали из молибдена, включающий электроэрозионную обработку детали высоковольтной электрической дугой высокого давления в атмосфере водорода с фиксированным зазором между электродами, при которой в качестве катода используют обрабатываемую деталь, а в качестве анода - легирующий электрод из графита, при этом обработку осуществляют при напряжении 2000 B, токе разряда 0,5-1 А с частотой следования импульсов 60 Гц, причем путем изменения скважности импульсов контролируют шероховатость получаемого покрытия из карбида молибдена.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106835A RU2709548C1 (ru) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Способ электроэрозионной обработки поверхности молибдена |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106835A RU2709548C1 (ru) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Способ электроэрозионной обработки поверхности молибдена |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709548C1 true RU2709548C1 (ru) | 2019-12-18 |
Family
ID=69006613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019106835A RU2709548C1 (ru) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Способ электроэрозионной обработки поверхности молибдена |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709548C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196665C1 (ru) * | 2001-09-10 | 2003-01-20 | Открытое акционерное общество "Иркутское авиационное производственное объединение" | Способ электроискрового легирования |
| US20110135845A1 (en) * | 2008-08-06 | 2011-06-09 | Akihiro Goto | Electrical discharge surface treatment method |
| RU2468899C1 (ru) * | 2011-07-20 | 2012-12-10 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Способ цементации стальных деталей электроэрозионным легированием |
| RU2615096C2 (ru) * | 2015-06-23 | 2017-04-03 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Способ электроэрозионного легирования поверхности стальной детали и его применение для оребрения трубы теплообменника |
-
2019
- 2019-03-11 RU RU2019106835A patent/RU2709548C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196665C1 (ru) * | 2001-09-10 | 2003-01-20 | Открытое акционерное общество "Иркутское авиационное производственное объединение" | Способ электроискрового легирования |
| US20110135845A1 (en) * | 2008-08-06 | 2011-06-09 | Akihiro Goto | Electrical discharge surface treatment method |
| RU2468899C1 (ru) * | 2011-07-20 | 2012-12-10 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Способ цементации стальных деталей электроэрозионным легированием |
| RU2615096C2 (ru) * | 2015-06-23 | 2017-04-03 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Способ электроэрозионного легирования поверхности стальной детали и его применение для оребрения трубы теплообменника |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0583473B1 (en) | Method and device for treatment of articles in gas-discharge plasma | |
| Kumar et al. | Surface modification by electrical discharge machining: A review | |
| Choudhary et al. | Current advanced research development of electric discharge machining (EDM): a review | |
| Yan et al. | Surface quality improvement of wire-EDM using a fine-finish power supply | |
| Chiou et al. | A study of the machining characteristics of micro EDM milling and its improvement by electrode coating | |
| Zhao et al. | Influence of polarity on the performance of blasting erosion arc machining | |
| RU2709548C1 (ru) | Способ электроэрозионной обработки поверхности молибдена | |
| Banu et al. | Investigation of process parameters for stable micro dry wire electrical discharge machining | |
| Yu et al. | Multi-channel aerosol dielectric electrical discharge machining ablation based on discrete electrode | |
| Kumar et al. | Surface modification during electrical discharge machining process–a review | |
| Chen et al. | The characteristics of cutting pipe mechanism with multi-electrodes in EDM | |
| Muttamara | Comparison performances of EDM on Ti6Al4V with two graphite grades | |
| EP1662022A1 (en) | Device for electrical discharge coating and method for electrical discharge coating | |
| RU2686505C1 (ru) | Способ плазменной обработки металлических изделий | |
| Verbitchi et al. | Electro-spark coating with special materials | |
| JP2004001086A (ja) | 電子ビーム照射による金型の表面処理方法と処理された金型 | |
| Mathew et al. | Study of tool wear rate of different tool materials during electric discharge machining of H11 steel at reverse polarity | |
| RU2541325C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности металлических изделий | |
| Jikang et al. | Influence of multi-beam electron beam welding technique on the deformation of Ti6Al4V alloy sheet | |
| Muniraju et al. | Investigation of an Environmentally Friendly EDM Process for Nitinol: A Comparative Study of Dielectrics and Tool Electrodes | |
| EP2269756B1 (en) | Devices designed to treat defects of the residual white layer left by the electrical discharge machining process | |
| Rana et al. | Study of powder mixed dielectric in EDM-A review | |
| RU2619543C1 (ru) | Способ импульсного электронно-пучкового полирования поверхности металлических изделий | |
| SU1812004A1 (en) | Method for machining cutting tool surface | |
| CN114318212B (zh) | 一种激光复合等离子电火花合金化方法 |