搭扣电火花表面涂敷的原理和特性

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电火花表面涂敷指利用电的高能量密度对表面进行强化 处理的工艺。它是通过火花放电的作用.把作为电极的导电材 料熔渗进金属工件的表层,从而形成合金化的表面强化层,使 工件表面的物理、化学性能和力学特性得到改善。目前.该工 艺在模具、刀具和机械零件的强化与修复方而得到较为广泛的应用。(挂锁锁扣)

1.电火花表面涂敷的原理

电火花表而涂敷的堪本原理,是储能电源通过电极以 10~10 000 Hz的频率在电极与工件之间产生火花放电, 在5~105内电极与工件接触的部位达到800。~25000℃ 的高温.使放电能星在时间和空问上高度集中.同时由于 放电的热作用、电磁力作用和机械作用而产生极大的放电 作用力,将熔化的电极材料扩散在工件表而.这就是所谓 的电蚀现象。电极材料与工件材料产生冶金结合形成强 化层。(不锈钢搭扣锁扣不住)

如图6一2所示是电火花表面涂敷设备的结构原理图. 设备主要由振动电源、脉冲电源和振动器构成.由振动电源向 振动器供电.振动器工作.使夹持在振动器上的电极做上下往 复运动或旋转运动,而脉冲电源向电极和工件供电.使两者之 间产生火花放电。采用X射线衍射仪、金相显微镜、TEM、 SEM、显微硬度计等现代科学仪器对强化层(涂敷层)分析结 果表明,强化层是由电极材料与工件材料组成的新合金层.大致组成如图6一3所示。合金 层组织较细,具有较高的硬 度,较好的耐高温性能和耐磨 性。厚度可达5一150尸m·硬 度可以达到1200HV以上, 相当于72 HRC以上。(锁扣生产厂家)

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2.电火花表面涂敷层的特性

根据电火花表面涂敷原理可知.涂敷层是电极与工件之 间经过多次放电后形成的。由于火花放电会产生瞬时高温. 在工件表面发生高温物理冶金作用.形成高硬度、高耐磨性和 高抗蚀性的强化层,从而显著提高工件的使用寿命。涂敷层 具有其独特的特性.主要表现在表面形貌、金相组织、厚度、元 素分布、结构、硬度、耐磨性、耐蚀性、残余应力状态等。(搭扣锁磨损)

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(1)表面形貌电火花涂敷工艺制备的涂层表而形貌与 传统的机械加工得到的形貌不同。机械加工形成的表而形貌 是由切削刃或磨料运动痕迹形成的,存在一定规律的方向性。 对于电火花涂敷工艺而言。表面是经过多次放电所形成的强 化点的融合和重叠的结果.因此由无数密集的强化点和放电 凹坑构成涂层.宏观上呈现银灰色的橘皮状。如果要求工件 表面粗糙程度高,涂敷后即可使用,否则需要对涂层研麟 抛光。

(2)金相组织涂敷层具有较高的耐蚀性能,金相组织 呈自亮色。它是由电极材料和工件材料的过渡元素组成的。 由电极材料YGS和工件材料GCrls制备的自亮涂层,是由 电极材料和工件材料的元素及其化合物以及氧化物、氮化物 组成。用普通的光学显微镜无法分辨组织。由电镜分析可知. 其组织主要由一些特殊结构的碳化物组成。

(3)厚度 涂敷层的厚度包含白亮层厚度和扩散层厚度 两部分。由于用常规的金相分析方法较难分辨出扩散层.根 据大量实骏表明.白亮层厚度和强化后工件的增厚员相近.通 常近似地用白亮层厚度表示涂敷层的厚度。(窗户搭扣)

(4)化学元素分布 电火花涂敷层的化学成分与电极和 基体金属材料的化学成分以及周围介质相关,而化学成分的 分布情况和制备工艺有关。在电火花放电过程中.产生的温 度可达1000。℃左右.电极和工件材料的各种元素及空气电 离产生的氮离子等都发生强烈的扩散。

(5)组织结构 电火花表面涂敷工艺不是简单的镀租过 程,而是由组成电极和工件的各种元素及空气中氮等电离的 离子.在电火花强化过程中发生强烈而复杂的熔渗、扩散和重 新合金化、氮化等物理化学反应.使涂层中产生一系列特殊结 构的碳化物.从而改善工件的机械、物理和化学性能。在电极 材料CrZB、基体材料3CrZWSV条件下.涂层组织为细树枝 品,相结构主要为CrZB及a一Feo

(6)显微硬度测量 显微硬度的方法:将试件的断而经 过磨制、抛光和腐蚀而形成金相断面,然后川71型显微硬度 计在1习试验力下分别测量各个区域的硬度值.这是由于白 亮层内存在高硬度的碳化物(w:C、Cr:C,、frC)等结构的缘 故。过热影响区的显微硬度比基体组织略有下降.而基体组 织的硬度保持不变。另外,由于电极材料或拢体材料的不同. 涂层的显微硬度都存在差别。(工具搭扣)

(7)耐磨性 涂敷层的耐磨性是一种综合的力学性能. 对刀具、模具和工件的耐用程度起着关键性的作用。与机械搭扣加工表面相比.电火花表面涂敷层有更好的耐磨性能。这是 涂敷层的表面形貌、组织结构和性能综合影响的结果。表而形貌有利于储存润滑油并减少摩擦;由于涂敷层的特殊相结 构而具有高的硬度;回火处理使组织稳定和均匀化,并且降低 残余内应力。

(8)耐蚀性 经过电火花表面涂敷后的工件比未经强化 的同类金属材料的耐蚀性高得多,在有腐蚀性的介质中工作 时其化学稳定性和可靠性较高。

(9)残余应力在制备涂敷层时.由于在脉冲放电中形 成的瞬时高温.使放电区的金属熔化或汽化。在熔化的金属 熔滴中.电极材料和工件材料产生熔渗、扩散和重新合金化, 随后又迅速地被基体金属所冷却凝固,形成强化层。在此过 程中.涂敷层产生较大的热应力和组织应力。对涂敷层进行回火处理能够降低应力.提高力学性能。

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