Спосіб електроерозійного легування

Изобретение относится к электрохимическим и электрофизическим методам обработки и, в частности, может быть использовано для электроэрозионного легирования. Наиболее близким по наличию сходных признаков к заявляемому является способ электроэрозионного легирования, включающий возбуждение разрядов между обрабатываемой деталью и электродом из материала детали, предварительное нанесение на упрочняемую поверхность порошковой экзотермической смеси, о которую вводят соединение типа CnNmOkHi с заданным соотношением n:m:k:l, образующие в процессе экзотермической реакции с металлами 4-6 групп периодической системы сплавы внедрения (карбиды, нитриды, карбонитриды, оксикарбиды, оксикарбонитриды), позволяющие формировать упрочнение слои с заранее заданными определенными свойствами [1]. Недостатком прототипа является то, что для расчета шихты стехиометрического состава требуется использование только чистых органических соединений, в состав которых входят С. N, О, Н. Кроме того использование в качестве растворителя полистирола четыреххлористого углерода (ССЦ) чревато отравлениями для работающих с таким веществом. Предлагаемое использование в качестве материала электрода основного металла детали не правомерен для деталей из алюминиевых сплавов. В этом случае металл подложки (катода) будет переноситься на электрод-анод, а предварительно нанесенная шихта разрушаться и переноситься в окружающую среду. Характер переноса алюминия с катода на алюминиевый анод экспериментально доказан. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ электроэрозионного легирования вводом в состав шихты новых компонентов в определенном соотношении и обеспечении возможности получения покрытия в регламентированном диапазоне частот электрических разрядов, что обеспечит получение покрытий высокого качества за счет увеличения толщины и сплошности покрытия. Поставленная задача достигается тем, что в способе электроэрозионного легирования, включающем предварительное нанесение на упрочняемую поверхность порошковой экзотермической смеси, состоящей из связующего, окислов легирующих металлов и элементов-восстановителей в стехиометрическом соотношении с последующей обработкой электроискровым разрядом, согласно изобретению в состав экзотермической смеси дополнительно вводят порошковую композицию на основе кобальта с одним или несколькими элементами из ряда никель, хром, вольфрам не более 13% в составе общей шихты, в качестве связующего вводят лак на нитроцеллюлозной основе в отношении к массе шихты 1:(9-10), а к основным элементам восстановителя добавляют алюминиевую пудру, не нарушая их стехиометрического соотношения, при этом процесс электроэрозионного легирования осуществляют в диапазоне частот электрических разрядов 0,5-8,0 кГц. Кроме того, осуществляют многократное покрытие после предшествующей электроискровой обработки, причем, после вторичного и последующих нанесений покрытия процесс ведут при частоте электрических импульсов 0,5 кГц. Дополнительный ввод в состав экзотермической смеси порошковой композиции на основе кобальта с одним или несколькими элементами, из ряда никель, хром, вольфрам обусловлен созданием на поверхности детали пластичной матрицы, состоящей из металлов этой композиции и подложки. Наличие неметаллов в составе шихты, таких элементов, как В, С, способствуют созданию износостойких фаз, образующих с пластичной матрицей прочную физико-химическую связь. При отсутствии в шихте порошковой композиции наблюдается чешуйчатое отслаивание износостойких фаз, что свидетельствует об их слабой связи с подложкой. Превышение содержания порошковой композиции сверх 13% дифрактограммы фиксируют снижение износостойких фаз на единицу поверхности. Введение лака на нитроцеллюлозной основе обеспечивает технологичность нанесения смеси, скорость высыхания, а также хорошую ее сцепляемость с подложкой. Изменение отношения количества лака к массе всей шихты, например, 1:8 увеличивает расход лака, приводит к охрупчиванию и сколам во время электроэрозионного процесса, снижает сплошность покрытия. Изменение этого соотношения в другом случае, например, соотношением 1:11 увеличивает расход дорогостоящей шихты без особого изменения свойств. Добавление к основным элементам восстановителя в стехиометрических пределах алюминиевой пудры фракцией 5-10 мкм (например, к кремнию и алюминию фракций 100-150) повышает энергетику процесса и обеспечивает электропроводность предварительно нанесенного покрытия, что повышает сплошность покрытия. Осуществление процесса в диапазоне частот от 0,5 до 8,0 кГц обусловлено тем, что уменьшение частоты ниже 0,5 кГц при первичной обработке приведет к разбрызгиванию наносимого слоя, а превышение частоты порога 8,0 кГц уменьшает удельную энергию единичного разряда, ухудшая тем самым сцепляемость высокотвердых фаз с подложкой. При повторном нанесении покрытия уже на эродированную поверхность количество шихты и ее сцепляемость с подложкой увеличивается за счет развитой морфологии рельефа, а обработка на частоте 0,5 кГц в единичном электрическом разряде не разбрызгивает шихту в таком количестве, как на исходной гладкой поверхности. Проведенные промышленные испытания гвоздильных пуансонов на Днепропетровском метизном заводе "Червоный профинтерн" показал, что пуансоны заявляемым способом по стойкости в два раза выше изготовленных по заводской технологии. Экспериментальные данные по упрочненным слоям представлены таблицей. Толщину слоя замеряли по микрофотографиям, изготовленными контактным способом по фотопластинкам, изображение которых было зафиксировано при одном и том же увеличении (х200). Рентгенофазовые исследования поверхностного слоя проводили на дифрактометре ДРОН-3. Взвешивание образцов выполняли на весах ВЛА-200М. Обработка образцов по признаку № 1 осуществлялось на частоте 4 кГц, связующее вводилось в соотношении 1:9. По признаку № 2 и далее на образцы наносилась шихта с содержанием порошковой композиции 13%. Обработка образцов по признаку № 3 также велась на частоте 4 кГц, а соотношение связующего к массе шихты здесь и по последующим признакам брапи 1:9. По признаку № 4 изменяли частоту, Здесь и далее добавка алюминиевой пудры к элементам-восстановителям - 30%. Влияние многослойнодти покрытия на характеристики упрочненного слоя исследовали на образцах, обработанных на частоте 0,5 кГц. По признаку № 6 использовали образцы при двукратном покрытии и обработке.