電火花沉積層組織結(jié)構(gòu)的研究畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 11.1選題的背景及意義 11.1.1化學(xué)熱處理技術(shù) 11.1.2電刷鍍技術(shù) 21.1.3熱噴涂技術(shù) 41.1.4氣相沉積鍍膜 71.2電火花沉積 81.2.1電火花沉積工藝的發(fā)展概況 91.2.2電火花沉積的理論研究現(xiàn)狀 101.2.3電火花沉積工藝的發(fā)展趨勢(shì) 121.3研究?jī)?nèi)容及方法 131.3.1研究?jī)?nèi)容 131.3.2測(cè)試工具 13第二章電火花沉積原理及沉積設(shè)備 142.1電火花沉積原理、過程及特點(diǎn) 142.1.1電火花沉積原理 142.1.2電火花表面強(qiáng)化的沉積過程 142.1.3電火花沉積強(qiáng)化的特點(diǎn) 152.2沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu) 162.3電火花沉積材料的選擇 17第三章實(shí)驗(yàn)過程及分析 193.1表面預(yù)處理 193.2基材的選取與制備 203.2.1試樣沉積 213.2.2沉積層線切割 223.2.3鑲樣處理 233.2.4后期處理 243.3實(shí)驗(yàn)方法 253.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 273.4.1電火花沉積層顯微觀察 273.4.2電火花沉積層成分分析 283.4.3電火花沉積層相結(jié)構(gòu)分析 293.4.4電火花沉積層隨時(shí)間變化規(guī)律293.6本章小結(jié) 30第四章結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致謝 35附錄一任務(wù)書 36附錄二開題報(bào)告 39附錄三中文譯文 47附錄四外文原文 55摘要本文通過采用新型電火花沉積設(shè)備，以WC-Co硬質(zhì)合金為電極材料，以H13鋼為基體材料進(jìn)行電火花沉積工藝實(shí)驗(yàn)。通過工藝試驗(yàn)，研究沉積時(shí)間對(duì)沉積層厚度的影響規(guī)律，用X射線衍射儀分析沉積層的組織結(jié)構(gòu)，通過硬度實(shí)驗(yàn)和抗磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)定沉積層的硬度和抗磨損性能，得出電火花沉積時(shí)間對(duì)沉積層相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，基材（H13鋼）在隨時(shí)間變化沉積時(shí)，沉積層厚度并不是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而無(wú)限增厚,達(dá)到一定厚度后延長(zhǎng)沉積時(shí)間反而會(huì)使沉積層變薄；通過金相照片可以看見白亮層情況惡化，沉積層破碎減薄,孔隙較多,產(chǎn)生撕裂、碎化的傾向更嚴(yán)重,有的地方出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,沉積層質(zhì)量較差；經(jīng)過電火花沉積強(qiáng)化后，沉積層的硬度和抗磨損性能提高。電火花沉積后組成工件和電極的各元素均發(fā)生擴(kuò)散和移動(dòng)，在極短的時(shí)間內(nèi)形成分布，工件元素和電極元素呈一定的梯度分布。關(guān)鍵詞:電火花沉積；WC-Co沉積層；沉積層厚度；沉積時(shí)間

AbstractThenewsparkdepositionequipmentusesWC-Cocarbideaselectrodematerials,andH13steelassubstratematerialtomakesparkdepositionprocessexperiments,whichleadstoamorein-depthstudyabouttheorganizationalstructureoftheelectricsparkdepositionlayer.Throughtheprocesstest,effectofdepositiontimeondepositionlayerthickness,microstructureofdepositedlayerbyXraydiffraction,hardnessandwearresistanceoftheexperimentaldeterminationofthehardnessofdepositedlayerexperimentandwearresistance,theelectricsparkdepositiontimeimpactonphasestructureofsedimentarylayer.Fromtheanalysisofexperimentalresults,thesubstrate(H13steel)inthechangewithtimeofdeposition,depositionlayerthicknessandnotwiththeextensionoftimeandinfinitethickening,prolongthedepositiontimereachesacertainthicknessbutwillmakethedepositionlayerbecomesthinner;throughmetallographicphotoscanseewhitebrightlayerconditionworsens,sedimentarylayerbreakingthinning,poremore,haveapropensitytotearing,breakingthemoreserious,sheddingphenomenonappearedinsomeplaces,thepoorqualityofthedepositionlayer;Aftertheelectricsparkdepositionstrengthening,coatinghardnessandabrasionresistance.Theelementalcompositionofworkpieceandelectrodesparkdepositionoccurredafterthediffusionanddistributionofmobile,formedinaveryshortperiodoftime,acertaingradientdistributionofworkpieceandelectrodeelementsareelements.Keywords：sparkdeposition;WC-Cocoatings；Sedimentthickness;depositiontime第一章緒論1.1選題的背景及意義自改革開放以來(lái)，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展極大的推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的崛起。其中，在各表面加工行業(yè)中，設(shè)備的表面由于長(zhǎng)期接觸高溫高壓，雨雪天氣，以及高速重載等相對(duì)惡劣的環(huán)境中，因此一些大型設(shè)備和關(guān)鍵設(shè)備的部件很容易收到侵蝕、磨損和破壞，對(duì)生產(chǎn)加工的進(jìn)度和精度等產(chǎn)生了極大的影響，也影響了經(jīng)濟(jì)效益。在以往，由于工具的加工表面以及一些細(xì)微零件的表面磨損失效，腐蝕，開裂等引起產(chǎn)品不合格的事故時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)于設(shè)備的表面，各行業(yè)都非常重視其性能，對(duì)其性能也提出了相當(dāng)高的要求。因此，為了增加經(jīng)濟(jì)效益，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，以及工具的壽命，對(duì)加工工具和零件的表面進(jìn)行強(qiáng)化處理已經(jīng)迫在眉睫，各行業(yè)也急需這方面技術(shù)的研究。在傳統(tǒng)的表面加工工藝研究中，很難達(dá)到目前加工行業(yè)的要求水準(zhǔn)，一種嶄新的表面強(qiáng)化處理技術(shù)呼之欲出。出現(xiàn)的技術(shù)之一是零件表面強(qiáng)化處理，這可以有效的提高零件和加工工具的使用壽命和實(shí)用性。在這技術(shù)當(dāng)中，激光、電子束表面處理，等離子表面熔敷，電刷度，熱噴涂，電火花沉積等都可以提高零件的耐磨性和可靠性，對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益和規(guī)模效益的提升也是顯而易見的，因此得到了充分的開發(fā)和應(yīng)用。在這些表面處理方法中，主要包括化學(xué)熱處理技術(shù)、電刷鍍技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、氣相沉積鍍膜技術(shù)等；近幾十年中發(fā)展起來(lái)的表面處理技術(shù)包括電火花沉積、熱噴涂、TD處理等都具有自己的優(yōu)勢(shì)和特色。面對(duì)眾多的表面處理技術(shù)，如何選擇成為一個(gè)問題，因此，選擇一種技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的表面強(qiáng)化技術(shù)已成為重中之重。1.1.1化學(xué)熱處理技術(shù)化學(xué)熱處理是一種金屬熱處理工藝，目的是為了使零件的表層成分和組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，一般采用的是化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)候也使用物理方法進(jìn)行輔助，最終使材料達(dá)到更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。一般來(lái)說(shuō)，很多的零件和加工工具長(zhǎng)時(shí)間工作在相對(duì)比較惡劣的環(huán)境，如雨雪環(huán)境、高溫、高壓等，很容易引起零件表面發(fā)生化學(xué)變化，從而導(dǎo)致零件表層磨損、開裂、腐蝕等問題，從而使零件失效，加工精度降低。經(jīng)過化學(xué)熱處理后的零件表層由于發(fā)生了結(jié)構(gòu)和成分的變化，相當(dāng)于把表層替換成了一種新的深入合金元素的的物質(zhì)材料，而底部仍然是原始的母材。由于底部和心部之間結(jié)合緊密，耐磨性和實(shí)用性均得以提升，所以相對(duì)于電鍍等表面復(fù)護(hù)技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)，性能也更好?；瘜W(xué)熱處理的方法有很多，應(yīng)該根據(jù)性能的需要以及綜合經(jīng)濟(jì)性等各方面的影響因素來(lái)綜合選取。一般來(lái)講，熱處理的方法可用滲入元素來(lái)命名，如滲鋁、滲氮、滲碳、滲硼、滲硫等，也可以形成的化合物來(lái)命名，如硫氰共滲、碳氮共滲、碳（氮）化鈦覆蓋等。滲入不同的元素會(huì)產(chǎn)生不同的效果，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行選擇。如要提高零件的耐磨性，可以考慮滲氮或者滲碳，既可以滿足質(zhì)量的要求，又比較節(jié)省資本投入。對(duì)于零件尺寸要求條件比較苛刻時(shí)，可以考慮滲氮處理，在低溫550℃左右的條件下進(jìn)行，可大大提高尺寸精度的要求，但是滲氮層的堆積比較緩慢，所需時(shí)間比較長(zhǎng)，因此也是一種不是很經(jīng)濟(jì)的方法。化學(xué)熱處理的效果：1、疲勞強(qiáng)度的提升。利用滲碳、滲氮等表面熱處理工藝，可以有效的提高零件的疲勞強(qiáng)度，在零件表面強(qiáng)化的同時(shí)形成殘余壓應(yīng)力。2、抗蝕性和抗高溫氧化性的提高。零件暴露在外，往往在空氣中收到腐蝕，而采用滲氮技術(shù)則可提高其耐腐蝕性能；同時(shí)，為了得到穩(wěn)定的保護(hù)膜，可以對(duì)鋼件進(jìn)行滲鉻、滲鋁等可有效提高溫、抗氧化性。3、耐磨性的改善。不同的鋼件采用化學(xué)熱處理后會(huì)得到不同的組織，例如，為了獲得合金鋼件的彌散硬化表層，也可用滲氮方法可實(shí)現(xiàn)；為了得到高碳馬氏體硬化表層，可以考慮采用鋼件滲碳淬火法。運(yùn)用這些方法得到的表層厚度可以達(dá)到相當(dāng)強(qiáng)的硬度。為了得到較高的耐磨性，也可在鋼件表面形成抗粘結(jié)薄膜，減磨等降低磨損程度。化學(xué)熱處理工藝包括參數(shù)的確定，化學(xué)成分和比例的確定，工件的準(zhǔn)備，滲透溫度和時(shí)間，滲透分解反應(yīng)過程控制，滲透程序和熱處理后冷卻，工件的化學(xué)清理，裝爐量等等。在滲碳中，按照滲碳劑的不同，具體可劃分為氣體滲、固體滲和液體滲碳，在實(shí)際加工生產(chǎn)過程中，體滲較為常用。滲碳零件必須淬火和回火，經(jīng)過滲碳處理后，零件的抗疲勞性和韌性得以提高，同時(shí)，表面強(qiáng)度和耐磨性也更好。滲碳過程中，應(yīng)用范圍的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)主要有：氣體滲碳操作方便，具有較高的生產(chǎn)效率，易于控制滲碳淬火后滲層的質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景，可用于大規(guī)模生產(chǎn)，但需要操作很長(zhǎng)一段時(shí)間；液體滲碳操作簡(jiǎn)單，快速加熱，滲碳，淬火，直接適用于大批量生產(chǎn)，但大多數(shù)的滲碳劑是有毒的，如果工件表面沾有剩余的鹽，是需要清理的;固體滲碳時(shí)間長(zhǎng)，工作條件差，控制層質(zhì)量差，只適合適合小批量生產(chǎn)。1.1.2電刷鍍技術(shù)電刷鍍（electrochemicalmachining），是一種在工件表面利用電解的方法獲取鍍層的加工過程。通過電刷鍍加工，加工工件的耐磨性、耐腐蝕性、外觀性等得以改善，表面性能得以強(qiáng)化和提高，另一方面，表層的物理性能，如特殊光、電、磁、熱性能也得到改善，同時(shí)在機(jī)械配合、改變工件尺寸以及修復(fù)磨損、超差而報(bào)廢的工件等方面也有著特殊的功效，因此，這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)中。電刷鍍技術(shù)是一種電化學(xué)鍍覆技術(shù)，加工過程中不需要鍍槽，其基本原理如圖1。電刷鍍的設(shè)備主要由刷鍍液、鍍筆和電源組成，在工作時(shí)，刷鍍時(shí)的陽(yáng)極，也就是直流電源的電極接鍍筆；刷鍍時(shí)的陰極，也就是工件，要接電源的負(fù)極。在加工過程中，沉積過程不能連續(xù)進(jìn)行，工件要與裹著浸滿鍍液包布的鍍筆以一定的壓力相接觸，在一定得電流和電壓環(huán)境下，兩者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣就利用了電鍍液中的非金屬陽(yáng)離子或金屬在工件相接觸的部位產(chǎn)生極化反應(yīng)，從而發(fā)生電化學(xué)沉積，經(jīng)過堆積形成鍍層[1]。VVA電源電鍍筆手柄陽(yáng)極電刷鍍液工件電鍍液收集盤+—圖1-1電刷鍍技術(shù)示意圖電刷鍍表面改性技術(shù)在鍍層的快速高效沉積方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)點(diǎn)包括：1、維修質(zhì)量?jī)?yōu)異，工件不易變形，金相組織也不容易發(fā)生變化；2、沉積速度快，利用效率高，生產(chǎn)率也得到提升；3、設(shè)備輕便，可以在工件現(xiàn)場(chǎng)隨意的移動(dòng)，能夠解決一些大型、重型零件修復(fù)的難題；4、鍍層的種類繁多，可用于銅、鐵、金、錫等金屬的刷鍍，也可沉積多用途的合金鍍層，單金屬以及組合鍍層等，用途廣泛，并且加工后不需要機(jī)械加工，非常方便；然而，電刷鍍技術(shù)的應(yīng)用也有一定的限制，也有其局限性，其缺點(diǎn)包括：1、加工過程中的電源必須是專用的，有嚴(yán)格的限定；2、高強(qiáng)度鋼的電刷鍍加工過程后，為了避免氫脆的發(fā)生必須在加工結(jié)束后進(jìn)行烘烤；3、被刷鍍面具有一定的形狀，陽(yáng)極的工作面應(yīng)盡量與其一致，因此需要根據(jù)鍍件表面的形狀把電鍍筆制成相應(yīng)的樣式，過程較為復(fù)雜；4、電解液在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)時(shí)不易收集，有些電解液是有毒的，這些有毒的電解液從工件表面流落到地面上，會(huì)對(duì)土壤造成污染。1.1.3熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)，是一種將非金屬或金屬噴涂材料在燃燒能、電能等熱源的作用下達(dá)到熔化或半熔化狀態(tài)，并以較快的速度噴射沉積，在基體表面形成涂層的技術(shù)。經(jīng)過熱噴涂技術(shù)處理，材料的表面形成了一個(gè)獨(dú)特的工作表面，其耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化性等均得到提升，不僅節(jié)省能源，也節(jié)約了材料，提升了材料的使用壽命和利用效率。熱噴涂技術(shù)作為一種材料表面加工技術(shù)，在改善零件表面性能方面具有的優(yōu)點(diǎn)有：1、基體的熱溫度可控，可以使基體的溫度不至于過高，從而零件不至于變形；2、由于涂層的厚度可控，因此可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇；3、一些合金，陶瓷，以及眾多的金屬均可作為噴涂材料，所以可用于噴涂材料種類繁多，圖層的成分和性能能夠均可制備，可用于各種基體的表面加工處理。然而，熱噴涂技術(shù)也具有一些不容忽視的缺點(diǎn)，在其應(yīng)用方面也有一定的局限性。其缺點(diǎn)主要有：1、操作者必須要有一定的防護(hù)裝置。在熱噴涂加工過程中，操作者需要穿戴特殊的呼吸裝置或者防護(hù)面具，因?yàn)楣ぷ鬟^程中空氣中會(huì)有大量的粉塵，這些粉塵是由噴射到基體上的熔融涂粒轉(zhuǎn)化而來(lái)。另外，操作者還需要穿戴眼睛、耳朵保護(hù)裝置，因?yàn)榭諝庵胁粌H有粉塵，還有很強(qiáng)的紫外線輻射、電弧以及強(qiáng)烈的光等，同時(shí)噪聲也比較大，所以這樣的防護(hù)措施對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)是必不可少的。2、殘余應(yīng)力的影響。熱噴涂加工過程中涂層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是由于快速運(yùn)動(dòng)的融粒在撞向基體時(shí)，溫度快速降低而收縮，以至于形成的圖層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力。因此，熱噴涂處理后應(yīng)對(duì)涂層做相應(yīng)的消除殘余應(yīng)力的處理。3、噴涂層的均勻性比較差，且圖層的孔隙率很高，結(jié)合強(qiáng)度不高，對(duì)于一些小面積的噴涂來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性較差。熱噴涂技術(shù)主要可分為以下三種：（一）電弧噴涂電弧噴涂是利用高速氣流對(duì)霧化的金屬離子進(jìn)行加速，使這些高速離子噴向工件表面形成涂層的加工技術(shù)。在加工過程中，金屬熔化的熱源來(lái)源于需要依靠?jī)筛B續(xù)送進(jìn)的金屬絲的燃燒所產(chǎn)生的電弧，熔化的金屬可以在高速氣流中霧化。也就是說(shuō)，電弧噴涂的熱源為電弧，預(yù)處理后的工件表面經(jīng)過霧化的熔化例子高速撞擊形成涂層。在電弧噴涂系統(tǒng)一般包括電弧噴槍，控制裝置，送絲機(jī)，以及專用電源等。電弧噴涂工藝經(jīng)過不斷的發(fā)展革新，已經(jīng)可以制造出高質(zhì)量的涂層，其性能甚至比等離子噴涂更為優(yōu)異。電弧噴涂的特點(diǎn):1、安全性能高電弧噴涂加工過程中，不需要使用乙炔、氫氣、氧氣等易爆氣體，因此安全性方面有保證，所以此技術(shù)方法在基礎(chǔ)設(shè)施如欄桿、長(zhǎng)梁等修復(fù)中得到較多的青睞。電弧噴涂工藝是一種較為常見的合金噴涂工藝，廣泛應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用工程中鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕，機(jī)器零件修復(fù)等，由于其優(yōu)異的防腐蝕性，所以在一些軍事機(jī)械的修復(fù)工程中的應(yīng)用也較為普遍。2、方便現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)電弧噴涂設(shè)備可以手持，不是很復(fù)雜，只有送絲機(jī)，電源以及干凈的壓縮空氣機(jī)等，簡(jiǎn)便易行。1-直流電源2-絲盤3-金屬絲4-送絲滾輪5-導(dǎo)電6-導(dǎo)電嘴7-空氣噴嘴8-壓縮空氣9-電弧10-噴涂粒子流11-涂層12-工件圖1-2電弧噴涂示意圖火焰噴涂火焰噴涂加工常常采用乙炔-氧氣作為熱源，在工作過程當(dāng)中，噴槍料斗中的粉末從進(jìn)粉口流向乙炔-氧氣燃燒的焰流中心區(qū)，在氣流的推動(dòng)作用下，熔化或半熔化狀態(tài)下的粉末持續(xù)不斷的沉積到基體的表面，從而在基體表面形成連續(xù)的涂層。火焰噴涂可以廣泛應(yīng)用于噴涂鋅、鋁、低熔點(diǎn)合金以及軸承合金等，并且此工藝的花費(fèi)相對(duì)較少。上世紀(jì)八十年代，超音速火焰噴涂工藝逐漸發(fā)展起來(lái)。它是基于普通火焰噴涂工藝的一種新型加工工藝，與傳統(tǒng)的火焰噴涂相比，其火焰流速度可達(dá)超音速，并且能以很高的速度噴射到預(yù)處理后的基體表面形成涂層，因此孔隙率低，硬度較好，組織細(xì)化，涂層與基體的結(jié)合也更為緊密，耐磨性更高。然而，噴涂過程中噴槍堵塞也成為這一工藝要解決的一大難題。圖1-3火焰噴涂示意圖（三）等離子噴涂等離子噴涂工藝（plasmaspraying）是一種能在預(yù)處理后的基體表面形成一層特殊性能涂層的加工工藝，在加工過程中，金屬或非金屬粉末在等離子弧焰流中被加熱到熔融或半熔融狀態(tài)后隨等離子焰流運(yùn)動(dòng)，高速噴射到工件表面上，形成特殊涂層。特殊涂層具有良好的耐磨性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性、耐高溫性等性能，工藝很容易控制且重復(fù)性優(yōu)良。等離子弧焰流中心溫度很高，能達(dá)到30000K以上，因此作為噴涂材料必須保證在高溫下不分解才可以形成涂層。等離子噴涂工藝具有以下特點(diǎn):1、工藝穩(wěn)定性良好。在噴涂加工過程中，電流、電壓、送粉量等都易于控制，方便可行。2、噴涂的質(zhì)量有保障。等離子噴涂形成的特出涂層孔隙率較低，結(jié)合強(qiáng)度大。3、工件不易變形。能量輸入不大，所以工件不容易變形，而且由于加工過程中工件溫度可以控制在2500℃以下，故原熱處理性質(zhì)以及基體組織也不會(huì)發(fā)生較大的改變。圖1-4等離子噴涂1.1.4氣相沉積鍍膜等離子噴涂氣相沉積技術(shù)（vapordeposition），是利用氣相原子或分子在真空中發(fā)生的物理化學(xué)變化，在基體材料的的表面形成具有特殊的金屬或涂層的技術(shù)。氣相沉積主要包括CVD（化學(xué)氣相沉積）和PVD（物理氣相沉積）。利用氣相沉積技術(shù)，可對(duì)一些金屬進(jìn)行裝飾鍍膜，為金屬表面鍍一層外觀良好的金屬膜；可以在高速鋼表層制備耐磨、耐腐蝕、耐氧化的TIC薄膜；也可制備光敏、光電轉(zhuǎn)換、熱敏等功能性薄膜。1、CVD（化學(xué)氣相沉積）CVD是ChemicalVaporDeposition的縮寫，是利用碳?xì)浠衔?、氫氣與氣化的金屬鹽在高溫的基體接觸后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在基體表面沉積金屬間或金屬化合物的一種加工工藝。這種加工工藝廣泛應(yīng)用在大規(guī)模集成電路中，經(jīng)過化學(xué)氣相沉積處理后，表面處理膜的密著性得以提高，同時(shí)也可防止拉伸、彎曲等產(chǎn)生的劃痕。由于熱力學(xué)條件的限定，一般反應(yīng)的溫度較高，因此CVD的應(yīng)用范圍受到了一定的限制。另外，很多CVD處理的工具需要重新加熱，并且此工藝經(jīng)過氣密減壓反應(yīng)容器后的排出物有害人類的身體健康，也會(huì)污染環(huán)境。PVD（物理氣相沉積）PVD（HYPERLINK物理氣相沉積），是PhysicalVaporDeposition的縮寫，是指在真空環(huán)境中，采取大電流、低電壓電弧放電技術(shù)，利用各種物理方法產(chǎn)生的原子或分子沉積在基體的表面形成特殊的涂層或薄膜的一種加工工藝。為了得到具有良好耐腐蝕性、耐磨性以及耐熱性等的超硬化合物涂層，可以在PVD處理過程中使用不同的的蒸發(fā)物質(zhì)和反應(yīng)氣體。物理氣相沉積需要蒸發(fā)源，真空等離子系統(tǒng)等，由于設(shè)備的價(jià)格較高，因此只適于濟(jì)效益較大的工件或者小型工件的處理。上述PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學(xué)氣相沉積）、化學(xué)表面熱處理、熱噴涂等表面強(qiáng)化加工工藝均可以提高零件的耐磨性、耐腐蝕性以及硬度等性能，可以提高產(chǎn)品的使用壽命。然而，上述幾種表面強(qiáng)化方法也存在各種各樣的缺陷，如設(shè)備成本費(fèi)用高昂，工作周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜等許多方面的問題，因此常適用于經(jīng)濟(jì)效益大或者批量生產(chǎn)的零件，應(yīng)用的規(guī)模有限。與上述表面強(qiáng)化方法相比，電火花沉積處理作為一種新的表面處理工藝方法，是一種集經(jīng)濟(jì)性、簡(jiǎn)便性以及靈活性于一體的加工工藝，同時(shí)又可以顯著提高工件的耐磨性和表面硬度。電火花沉積技術(shù)作為一種表面強(qiáng)化工藝,具有獨(dú)特的的優(yōu)點(diǎn)，如強(qiáng)化層與母材通過冶金結(jié)合，加工過程中熱輸入量低，電極材料也容易選擇等，由于上述獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，電火花加工工藝在各領(lǐng)域都得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。本文旨在研究電火花表面強(qiáng)化技術(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)分析研究其組織結(jié)構(gòu)和性能。1.2電火花沉積電火花沉積（ElectorSparkDeposition），是一種對(duì)金屬表面進(jìn)行沉積處理的加工工藝，它利用的是具有高密度能量的電能，使電極材料和工件材料產(chǎn)生冶金結(jié)合從而形成沉積層。在加工過程中，硬質(zhì)合金如TIC、WC等電極材料作為陽(yáng)極，也就是工作電極，金屬工件作為陰極，利用氫氣中陽(yáng)極和陰極之間的電火花放電作用產(chǎn)生的高能量，在極短的時(shí)間內(nèi)（10-5～10-6s）使相接觸的部位達(dá)到8000～25000℃的高溫，火花放電的能量能夠?qū)㈦姌O材料移動(dòng)到基體的工作表面，從而形成沉積層。經(jīng)過電火花加工后，形成的沉積層具有特殊的作用，心部的組織和力學(xué)性能沒有改變，但是工件表面的化學(xué)性能、力學(xué)性能以及物理性能均得到提高，并且沉積層與基體的結(jié)合也非常緊密。在工件表面，甚至能形成顯微硬度高達(dá)1000~1700HV的白亮層，同時(shí)還有過渡層形成。經(jīng)過電火花沉積，零件的表面粗糙度增大，抗疲勞性能有所提高，并且零件的耐磨性、高溫抗氧化性、耐腐蝕性以及硬度等有效提升，此外，電火花加工還可以在磨損工件的微量修補(bǔ)方面得到應(yīng)用。在現(xiàn)代化的生產(chǎn)加工中，維修的重要性與固定資產(chǎn)的重要性不分伯仲，零件的維修以及機(jī)械設(shè)備的修復(fù)等變得越來(lái)越重要，可以說(shuō)，維修是一種生產(chǎn)力。為了提升經(jīng)濟(jì)價(jià)值，已磨損的機(jī)器零件、模具等的微量修補(bǔ)過程中不應(yīng)該花費(fèi)更多的資金去實(shí)現(xiàn)，而利用電火花加工，很好的的達(dá)到了技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的結(jié)合。電火花沉積技術(shù)是一種星新材料表面強(qiáng)化技術(shù)，在提高零件表面耐腐蝕性、耐磨性、耐氧化性方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅可以用于刀具、模具以及各種工具等工藝，而且在一些軍事機(jī)械以及核反應(yīng)堆等高端零件上面的應(yīng)用也具有非常良好的前景。電火花沉積技術(shù)操作較為簡(jiǎn)便，能夠降低資源的消耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，再加上加工成本較低，因此目前在工程領(lǐng)域內(nèi)它已經(jīng)成為一種舉足輕重的再造技術(shù)。電火花沉積的應(yīng)用效果和應(yīng)用范圍收到其設(shè)備和工藝水平的限制，所以，在擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定性以及可靠性方面，更加深入的研究和探討沉積設(shè)備的制造水平和工藝水平有著深遠(yuǎn)的意義。1.2.1電火花沉積工藝的發(fā)展概況1943年，前蘇聯(lián)的拉扎連科夫婦發(fā)明了電火花強(qiáng)化技術(shù)，這種技術(shù)在很多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到推廣和應(yīng)用，效果顯著。50年代中期,這一技術(shù)改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。高功率管，閘流管，與其他高頻脈沖電源的使用，使生產(chǎn)率可以在相同的表面粗糙度條件得以改善。前蘇聯(lián)對(duì)YJIP系列電火花表面強(qiáng)化機(jī)的研制做出了突出的貢獻(xiàn)，同時(shí)，在工藝學(xué)研究所，中央機(jī)器局對(duì)ME系列電火花表面強(qiáng)化機(jī)械儀器投入了大量的研究。1964年，在摩爾達(dá)維亞科學(xué)院的應(yīng)用物理研究所，在基希涅夫?qū)嶒?yàn)工廠研制了機(jī)械化和手工操作沉積機(jī)系列，這些產(chǎn)品在前蘇聯(lián)的很多部門得到快速的應(yīng)用，如儀器制造、機(jī)器產(chǎn)品制造、工具等部門；七十年代，此研究部門利用晶體管脈沖發(fā)生器以及可控硅制造出了新型強(qiáng)化機(jī)產(chǎn)品，通過使用新型操作工具，改變了合金化控制方法[6]。據(jù)數(shù)字統(tǒng)計(jì)，前蘇聯(lián)在1978～1979年應(yīng)用的37臺(tái)中M-78型強(qiáng)化設(shè)備，總共節(jié)約了高達(dá)40萬(wàn)盧布的資金。五十年代和六十年代，歐美和日本分別從開始對(duì)電火花表面強(qiáng)化加工工藝進(jìn)行研究和應(yīng)用，主要產(chǎn)品成果包括有美國(guó)制造的F5型、1269型以及TVNGCARB220型，英國(guó)制造的SPARKCARD，日本研制的DEPOSITION，，法國(guó)制造的CARBUMATIG等。這些手工操作設(shè)備主要用于刀具和模具的表面強(qiáng)化，功率不是很大，一般都在200W以內(nèi)。另外，保加利亞專家運(yùn)用非接觸電火花加工方法，利用獨(dú)立式脈沖電源的研制出了E型A系列產(chǎn)品，同時(shí)匈牙利等國(guó)也開始生產(chǎn)此類產(chǎn)品。九十年代后，電火花沉積強(qiáng)化技術(shù)在日本得到很大發(fā)展。日本研制的Sparkdepo強(qiáng)化設(shè)備可獲得較為均勻的強(qiáng)化涂層，并且涂層的厚度也有所增加。電火花加工的原理如圖5所示。沉積層沉積層保護(hù)氣基體火花圖1-5電火花沉積工藝示意圖比較性能新型設(shè)備國(guó)產(chǎn)設(shè)備日產(chǎn)設(shè)備功率（W）140060~160900~1200電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)化材料碳化物等WC-Co碳化物等氣體保護(hù)氬氣——?dú)鍤馔繉雍穸龋é蘭）<200<30<150涂層表面連續(xù)涂層點(diǎn)堆積連續(xù)涂層國(guó)內(nèi)沉積機(jī)的研制收到條件的限制，從五十年代開始研制，但是并沒有得到廣泛的應(yīng)用。七十年代，國(guó)內(nèi)一些單位重新關(guān)注電火花強(qiáng)化技術(shù)在模具和刀具的方面的應(yīng)用，并在此方面進(jìn)行了研究。D91系列在蘇州電加工機(jī)床研究所被研制，隨后在泰州海陵電器廠進(jìn)行批量生產(chǎn)。近些年來(lái)，強(qiáng)化機(jī)的研制已有所突破，在中國(guó)農(nóng)機(jī)院所，一種新型脈沖發(fā)電電火花沉積設(shè)備被研制出來(lái)，它采用了先進(jìn)的功率開關(guān)元件IBGT，計(jì)的一套控制電路大大提高了放電能量，可用于控制設(shè)備的充放電過程，且加工過程的可靠性和穩(wěn)定性均有所提高；西安慶安集團(tuán)有限公司作為航空第一集團(tuán)的附屬，研制出了zs-116型號(hào)的電火花強(qiáng)化機(jī)，使用了旋轉(zhuǎn)電極，放電能量均衡，能夠用于多種電火花強(qiáng)化加工，并且電流調(diào)節(jié)范圍也很大，沉積層的質(zhì)量和厚度都得到了提高，同時(shí)表面粗糙度也有所降低。表1顯示了電火花沉積的新型設(shè)備與國(guó)產(chǎn)強(qiáng)化機(jī)、日產(chǎn)設(shè)備性能的比較：表1-1新型設(shè)備、國(guó)產(chǎn)及日產(chǎn)強(qiáng)化機(jī)性能比較1.2.2電火花沉積的理論研究現(xiàn)狀國(guó)外許多學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)電火花表面強(qiáng)化理論的研究作了比較廣泛的研究，1943年，蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連科夫婦發(fā)明研究了電火花加工技術(shù)之后，脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進(jìn)促進(jìn)了這一技術(shù)迅速的發(fā)展，也就是用HYPERLINK電阻、電容回路，即所謂的RC回路。50年代中期,這一技術(shù)改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。與此同時(shí)，由于采用了脈沖發(fā)電機(jī)之類的長(zhǎng)脈沖電源，蝕除效率得以快速的提高，工具電極的相對(duì)損耗也大大降低。那么高功率管，閘流管，與其他高頻脈沖電源的使用，使生產(chǎn)率可以在相同的表面粗糙度條件得以改善。20世紀(jì)60年代，晶體管和可控硅脈沖電源的使用，對(duì)提高能源利用效率和降低工具電極損耗，擴(kuò)大調(diào)諧范圍的粗精加工等方面起到了相當(dāng)大的作用。20世紀(jì)70年代，高低壓，多回路脈沖幅度脈沖和可調(diào)波形脈沖功率的出現(xiàn)，使得表面粗糙度，加工精度和降低工具電極損耗的復(fù)合脈沖等出現(xiàn)了新的進(jìn)展。在控制系統(tǒng)方面，從最初的放電間隙控制工具電極的進(jìn)退，逐步發(fā)展到使用微機(jī)和電氣參數(shù)和非電參數(shù)的各種因素進(jìn)行及時(shí)控制[3]。20世紀(jì)80年代，工業(yè)級(jí)CPU控制，G代碼編輯功能等大大提高了使用性能。日本牧野（牧野）于1980年發(fā)明了第一臺(tái)數(shù)字控制放電加工機(jī)。到90年代，多軸控制和換刀裝置（ATC）技術(shù)廣泛的使用。近年來(lái)，電阻技術(shù)，直線導(dǎo)軌技術(shù)，混合粉的技術(shù)等一些新技術(shù)也被成功地用于電火花加工機(jī)床中。前蘇聯(lián)學(xué)者通過研究后發(fā)現(xiàn)，在提高工具表面質(zhì)量的方法方面，非接觸火花放電系統(tǒng)的前景相對(duì)來(lái)說(shuō)是最好的，因?yàn)闉榱吮ＷC必要的生產(chǎn)率，采用了高頻獨(dú)立式脈沖發(fā)生器，以及減少單個(gè)脈沖能量等，并對(duì)強(qiáng)化層可能出現(xiàn)的一些基本形式進(jìn)行了研究。通過這一系列的研究后，得出了影響強(qiáng)化效果的一些因素。最近，電火花沉積(Electro--SparkDeposition)等新工藝的出現(xiàn)，是在一些傳統(tǒng)表面加工工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，而且，這種新工藝被國(guó)內(nèi)外工業(yè)界接受和應(yīng)用，這也是不久之前的事情[2]。在應(yīng)用研究方面，國(guó)外許多學(xué)者也做了大量的研究性工作。1999年，在中國(guó)表面工程研究所，農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所與哈爾濱汽輪機(jī)廠完成了電火花堆焊工藝表面的合作，首次成功修復(fù)電廠30萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)軸密封磨損的表面，從而解決了許多類似案例技術(shù)問題，如刷涂料的性能差，損壞，無(wú)法修復(fù)的焊接，噴涂、粘接強(qiáng)度不夠等缺陷。在北京，山西，云南，山東，廣東，黑龍江，甘肅，并在隨后的四年當(dāng)中，成功地修復(fù)了許多地區(qū)中型電廠的百余件同類產(chǎn)品。在國(guó)內(nèi)，關(guān)于電火花表面強(qiáng)化的研究中，對(duì)于傳統(tǒng)工藝?yán)碚撗芯恳延羞M(jìn)展和突破，天津機(jī)床工業(yè)研究所，浙江大學(xué)，以及原原機(jī)械部第八設(shè)計(jì)研究院等從事研究工作的部門在強(qiáng)化機(jī)理和應(yīng)方面也有很多的成果。硬度，耐磨性，粗糙度，以及高溫穩(wěn)定性強(qiáng)化層的相結(jié)構(gòu)，應(yīng)力狀態(tài)，物理和化學(xué)性能等因素對(duì)加工中的強(qiáng)化過程都有重要的影響。因此，在關(guān)于強(qiáng)化性能影響因素方面的研究中，很多學(xué)者都做了大量的研究，以期事先預(yù)測(cè)強(qiáng)化層的特性。在這些影響因素中，主要有電極振動(dòng)方式，介質(zhì)成分，以及電極材料等。然而，在電火花沉積工藝的理論方面，國(guó)內(nèi)報(bào)道的寥寥無(wú)幾，其應(yīng)用方面的報(bào)道也不是很多。電火花沉積金屬陶瓷材料酬鋁液熱浸蝕方面，黃小歐做過詳細(xì)的研究;電火花表面光潔度和沉積涂層厚度的分析方面，趙樹萍在遼寧有過編譯；關(guān)于電火花沉積不銹鋼1Crl8Ni9Ti，中國(guó)科學(xué)網(wǎng)站對(duì)其后沉積層的抗高溫氧化性做過報(bào)道?？梢悦黠@的看出，在研究中，對(duì)沉積層組織結(jié)構(gòu)，沉積工藝，機(jī)理等方面的的研究不多，而且這些研究的全面性方面也存在一些問題?？梢灶A(yù)見，電火花沉積工藝在實(shí)用性和實(shí)用性方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，然而其理論研究卻沒有跟上應(yīng)用的腳步，因此，本文著重從沉積層的組織結(jié)構(gòu)和性能方面，對(duì)電火花沉積加工做了一些討論。1.2.3電火花沉積工藝的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，工業(yè)正發(fā)生著日新月異的變化，如何最大限度的提高模具、工具等零件的使用壽命和性能已成為研究的熱點(diǎn)問題。因此，對(duì)于新技術(shù)、新工藝的要求，電火花沉積技術(shù)應(yīng)可以下方面重點(diǎn)發(fā)展：加強(qiáng)電火花沉積設(shè)備的更新?lián)Q代。對(duì)于沉積層來(lái)說(shuō)，其質(zhì)量和厚度受電火花沉積設(shè)備的影響很大，與傳統(tǒng)的強(qiáng)化機(jī)相比，現(xiàn)在的設(shè)備制備的沉積層厚度基本已達(dá)到應(yīng)用的要求，然而與一些其他表面處理技術(shù)設(shè)備相比，電火花沉積設(shè)備的效率較低，沉積層均勻性差，且大多是手工操作的小功率設(shè)備，因此，今后的發(fā)展方向應(yīng)該是毫米級(jí)沉積層厚度，均勻性好，高效率，機(jī)械化、自動(dòng)化高的大功率設(shè)備。由于電火花強(qiáng)化工藝對(duì)強(qiáng)化層的要求越來(lái)越高，因此應(yīng)該加快電火花設(shè)備的研制，及時(shí)的更新?lián)Q代，促進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步。2、擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域范圍。目前，電火花沉積工藝已經(jīng)在輕工、交通、紡織、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)械制造、電機(jī)、電器、化工等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，很多工具、模具的零部件都采用此技術(shù)進(jìn)行表面強(qiáng)化，所以，應(yīng)該加強(qiáng)電火花沉積技術(shù)在水利水電、冶金、醫(yī)療器械等行業(yè)中的應(yīng)用，尤其是發(fā)電行業(yè)的發(fā)電葉輪，冶金行業(yè)的各種軋輥等的表面沉積和修復(fù)中應(yīng)用前景十分廣闊。3、為了獲得最佳的沉積層質(zhì)量，應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究不同工件和材料的沉積工藝參數(shù)，并通過控制、選擇沉積參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；為了使電火花沉積工藝獲得更強(qiáng)的生命力，同一沉積表面應(yīng)用多種電極材料沉積工藝；研究復(fù)合沉積工藝，如電刷鍍-電火花沉積，激光-電火花沉積，可以在沉積面應(yīng)用多種沉積工藝。在涂層材料的研究中，國(guó)內(nèi)主要集中在硬質(zhì)合金和陶瓷材料方面，對(duì)于具有優(yōu)異性能的金屬間化合物和難熔金屬的研究也深有意義。4、為提高沉積層的沉積效率和質(zhì)量，應(yīng)研究沉積層的連續(xù)性和均勻性的關(guān)系，以及不同電極材料沉積層的形成規(guī)律、組織狀態(tài)、相結(jié)構(gòu)、特性等，深入研究沉積的機(jī)理，更進(jìn)一步研究沉積層的特殊性能，指導(dǎo)設(shè)備制造、電火花的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用及開發(fā)。這些研究工作的目的，是在原有的基礎(chǔ)上更深層次上提高沉積工藝的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定性以及可靠性，以適應(yīng)不同零件的沉積要求。1.3研究?jī)?nèi)容及方法為了深入研究沉積層的特性與沉積機(jī)理，研究出更加穩(wěn)定、高效、可靠的沉積技術(shù)，本文將采用WC-Co硬質(zhì)合金作為電極材料來(lái)沉積H13鋼，并通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)分析研究其沉積層隨沉積時(shí)間的變化規(guī)律及成因。1.3.1研究?jī)?nèi)容1、研究沉積層的形成規(guī)律及特性；2、沉積時(shí)間對(duì)沉積層厚度的影響規(guī)律，用X射線衍射儀分析沉積層的組織結(jié)構(gòu)，通過硬度實(shí)驗(yàn)和抗磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)定沉積層的硬度和抗磨損性能，得出電火花沉積時(shí)間對(duì)沉積層相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。1.3.2測(cè)試工具數(shù)字式顯微硬度計(jì)、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、金相顯微鏡、SEM、電火花沉積/堆焊機(jī)。

第二章電火花沉積原理及沉積設(shè)備2.1電火花沉積原理、過程及特點(diǎn)2.1.1電火花沉積原理電火花沉積技術(shù)是電火花加工的一種，它的基本原理包括是儲(chǔ)能電源在振動(dòng)器的作用下使電極以較高的的頻率與工件之間產(chǎn)生電火花放電，在～內(nèi)工件與基體相接觸的部分可以高達(dá)8000℃～25000℃，在高溫的條件下，局部材料熔化、等離子化以及氣化，電極材料發(fā)生融化，電極材料高速擴(kuò)散到工件的表層，從而在基本表面形成一層合金結(jié)合性的強(qiáng)化層。通過電火花沉積工藝，基體的物理性能（硬度、強(qiáng)度和耐磨性等）、化學(xué)性能以及機(jī)械性能等據(jù)得到改善，其工作示意圖如圖2-1所示。2.1.2電火花表面強(qiáng)化的沉積過程電火花沉積強(qiáng)化過程可分為三個(gè)階段:低壓擊穿條件形成階段;火花放電階段;電極與工件分離階段，此過程如圖2-1所示:a)電極移向工件b)火花放電c)電極擠壓熔化區(qū)d)電極離開工件圖2-1電火花沉積過程的電極狀態(tài)此過程主要強(qiáng)調(diào)強(qiáng)化過程中電極運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的階段性變化。其中在低壓擊穿條件形成階段過程中,如圖a所示,電路暫時(shí)處于斷路狀態(tài);在圖b和圖c中可以看出，火花處于放電階段。間隙中空氣必須在在電壓的作用下，當(dāng)電極與工件緩慢相近至一定距離時(shí)才可被擊穿，從而產(chǎn)生火花放電,如圖b中所示。在此階段中，電極和工件材料表面在高溫的作用下會(huì)產(chǎn)生局部熔化或氣化。在圖c的階段中，電極材料逐漸與工件材料相接近至接觸，并在接觸點(diǎn)處流過短路電流,并通過一定的壓力作用于電極，使相接觸的局部繼續(xù)加熱,使熔化的材料相互粘結(jié)并擴(kuò)散形成熔滲層。最后階段，如圖d所示，電極與工件相離開。電極材料和工件材料分離后,靠近工件的熔化層由于吸收、傳到的熱容量較大，所以會(huì)快速冷卻散熱,導(dǎo)致電極材料的表層與熔融材料粘結(jié),并覆蓋在工件上形成涂層。圖2-2電火花沉積2.1.3電火花沉積強(qiáng)化的特點(diǎn)電火花沉積強(qiáng)化工藝與傳統(tǒng)的熱噴涂，化學(xué)熱處理等表面強(qiáng)化工藝相比具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：1、可對(duì)一般的幾何形狀的曲面、平面等進(jìn)行沉積，也可對(duì)表面進(jìn)行局部沉積，以提高耐磨性和硬度。并且，在整個(gè)沉積過程中由于電火花放電時(shí)間很短，熱作用只發(fā)生在表面很小的區(qū)域，因此不會(huì)使工件熱變形或退火。2、沉積層與基體通過冶金結(jié)合后，連接非常牢固牢固，不像電極材料簡(jiǎn)單的涂覆和堆積，因此不易發(fā)生剝落。同時(shí)，電極的材料可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，一些常見金屬如碳素鋼、紫銅、黃銅等均作為電極材料，不僅消耗量少，且來(lái)源廣泛。3、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要真空系統(tǒng)或者特殊、復(fù)雜的裝置設(shè)備，只需在氨氣或空氣中進(jìn)行，因此，設(shè)備有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)等機(jī)械構(gòu)件，花費(fèi)較低，移動(dòng)和搬運(yùn)也非常方便，為大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了有力的條件。4、通過對(duì)沉積時(shí)間的控制和沉積參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以獲得不同的沉積層厚度和質(zhì)量，得到不同的效果，并且可作為最終的工序使用，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，用銼刀等工具進(jìn)行鉗工修理，不用拆卸被修復(fù)件，操作方法簡(jiǎn)單，對(duì)工作人員的要求較低，也不會(huì)產(chǎn)生污染物、有毒氣體污染環(huán)境。5、適用的范圍很廣,所有能導(dǎo)電、可熔的金屬或陶瓷材料均可應(yīng)用，并且設(shè)備簡(jiǎn)便，方便移動(dòng)，可在原地或在線修復(fù)，能用于一些大型工件或在線設(shè)備。2.2沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)電火花沉積設(shè)備主要由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，脈沖電源等部件構(gòu)成。其中，脈沖電源可以為電火花沉積過程中的火花放電提供能量。通過對(duì)火花沉積實(shí)驗(yàn)和電火花沉積過程進(jìn)行分析后，可以得知脈沖電源還可在電極和零件發(fā)生短路時(shí)提供一定的短路電流，從而得到一定的沉積層：其次，為了以較快的速度進(jìn)行沉積工藝，必須提供較高的放點(diǎn)頻率；第三，根據(jù)沉積工藝要求能方便地調(diào)整電氣參數(shù)；第四，為了盡量節(jié)儉電源的消耗，應(yīng)盡量提高電能的利用率。經(jīng)過電火花沉積/堆焊機(jī)工藝加工后，由于冷焊過程中集體的溫度不是很高，且熱輸入很低，所以對(duì)母材影響不大，涂層與母材結(jié)合緊密，無(wú)咬邊、氣孔及殘余應(yīng)力,使用壽命提高。圖2-3電火花沉積設(shè)備圖2-4電火花沉積設(shè)備面板簡(jiǎn)圖復(fù)位開關(guān)2、3、4.輸出功率檔位開關(guān)、遙控器插口6、沉積槍輸出接口（正）7、保護(hù)氣出口8.輸出負(fù)極輸出脈沖頻率調(diào)節(jié)旋鈕10.、輸出功率高低檔位開關(guān)11.、電源開關(guān)圖2-5手持沉積槍簡(jiǎn)圖1、電極2、保護(hù)氣冒3.、絕緣槍柄4.、電機(jī)5.、開關(guān)自鎖按鈕（松開，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)；按下，電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)）6.、保護(hù)氣輸入管7、沉積正極電源輸入線8、電機(jī)電源輸入線9、電機(jī)開關(guān)2.3電火花沉積材料的選擇經(jīng)過電火花沉積工藝，工件表面的耐腐蝕性、耐磨性、硬度等物理化學(xué)性能均得到提高。在沉積過程中，電極材料和基體材料在高溫高壓的條件下分別熔化或氣化，從而發(fā)生合金化的化學(xué)反應(yīng)而相互融滲。所以，經(jīng)過電火花沉積工藝，工件的表面會(huì)形成一層致密的冶金結(jié)合涂層，并不是像傳統(tǒng)的表面加工工藝一樣進(jìn)行簡(jiǎn)單意義上的涂敷。在選擇電極材料的時(shí)候，電極與基體的結(jié)合方式并不是主要的考慮依據(jù)，沉積層所要求的性能或功能才是需要考慮的指標(biāo)。一般來(lái)講，電極材料常常以鈷或鎳等作為粘合劑，另外選擇一些過度金屬形成的難溶碳化物，如碳化鈦、碳化鎢、碳化釩等，或者利用一些粉末合金方法制造的合金材料。之所以選擇以上材料作為電極材料，是因?yàn)檫@些材料在高溫下能保持較高的硬度，耐磨性強(qiáng)，具有穩(wěn)定的化學(xué)性能，熱膨脹系數(shù)較小，并且具有很高的彈性模量。另外，應(yīng)該根據(jù)需求來(lái)選擇所用的材料，但是有一點(diǎn)應(yīng)特別注意，選用的電極材料必須具有導(dǎo)電性。例如，在對(duì)刀具、模具以及一些耐磨零件進(jìn)行沉積強(qiáng)化時(shí)，可以考慮用YG型硬質(zhì)合金電極以得到TiC層、WC層；粗電極的使用會(huì)大大降低生產(chǎn)效率，而采用大功率的電擊棒也會(huì)導(dǎo)致電極過熱，因此可以采用截面積較小的電擊棒進(jìn)行小功率的沉積工藝，以保證加工表面的質(zhì)量。電火花沉積強(qiáng)化，不僅可以對(duì)零件表面進(jìn)行強(qiáng)化，還可對(duì)零件表面部分區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化修復(fù)，應(yīng)用范圍非常廣泛。在加過程，可以根據(jù)不同的沉積對(duì)象選擇與之相匹配的電極材料。如碳化鎢硬質(zhì)合、碳化鎢基的硬質(zhì)耐磨合金以及硼化物等作為電極可提高零件表面耐磨性；鈦鋁合金、優(yōu)質(zhì)鎳基耐蝕合金、不銹鋼等可提高零件的耐腐蝕性；另外還有一些難熔的金屬電極材料以及Fe，Ni，Cr等合金。本文采用WC-Co硬質(zhì)合金為電極，以H13鋼為基體材料進(jìn)行電火花沉積強(qiáng)化。

第三章實(shí)驗(yàn)過程及分析經(jīng)過電火花沉積強(qiáng)化，電極材料和工件材料發(fā)生合金化的冶金反映，形成合金化的沉積層，從而改善了工件表層的物理化學(xué)性能、力學(xué)性能等，然而卻并沒有改變心部的力學(xué)性能和組織性能，所以沉積強(qiáng)化后的工件使用壽命得到提高。本文采用WC-Co硬質(zhì)合金為電極，在氬氣保護(hù)中對(duì)對(duì)H13鋼的電火花沉積強(qiáng)化，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備觀察研究沉積層隨沉積時(shí)間的影響規(guī)律。3.1表面預(yù)處理1、檢查工件表面看是否有油污，如果有的話，可以用油污洗滌劑進(jìn)行清理，沒有的話，可直接進(jìn)行第二步；2、仔細(xì)觀察工件表面的的氧化層，然后用銼刀輕輕銼去氧化層，然后用砂紙小心的打磨其表層，直到工件表面露出嶄新潔凈的金屬表面為止；3、用汽油或者丙酮清洗焊條表層的油脂以及工件表層；4、最后，應(yīng)仔細(xì)檢查工件表面是否有損傷，如劃痕、凹痕等，特別是那些與碳鋼件接觸造成的損傷應(yīng)及時(shí)的進(jìn)行打磨清理，處理干凈為止。3.2基材的選取與制備在此實(shí)驗(yàn)過程中，采用WC-Co硬質(zhì)合金為電極，如圖3-1所示，主要成分包括WC、Co等?；w采用的是不經(jīng)過任何熱處理的H13號(hào)鋼，主要成分如表3-1所示，并切割為128mm×60mm的試樣，用砂紙打磨表面。在大功率氬氣的保護(hù)環(huán)境中，電火花沉積強(qiáng)化采用DL-4000型電火花沉積／堆焊機(jī)進(jìn)行加工，手工操作，其具體參數(shù)如表3-2所示。圖3-1WC-Co硬質(zhì)合金電極棒圖3-2H13鋼FeCrMnMoCV88.37%4.75~5.50%0.20~0.50%2.00~3.00%0.33~0.43%0.20~0.40%表3-1H13鋼化學(xué)成分工藝參數(shù)功率（W）電壓（V）比沉積時(shí)間（min/cm2）頻率(HZ)保護(hù)氣工藝11400W100V4700氬氣表3-2DL-4000型電火花沉積／堆焊機(jī)參數(shù)3.2.1試樣沉積1、設(shè)備的安裝與調(diào)試（1）在主機(jī)箱的對(duì)應(yīng)插座上面分別正確連接電源輸入插頭、沉積槍連接插頭、保地線插頭、護(hù)氣輸入輸出插頭等；（2）在氬氣瓶上安裝氣體流量計(jì)，檢查氬氣瓶是否漏氣：將氬氣流量計(jì)安裝到氬氣瓶上，將機(jī)箱保護(hù)氣輸入接口與氬氣流量計(jì)出口相連接；（3）將220V、50Hz的輸入電源用接在三孔插頭（15A）、插座，同時(shí)將地線連接在工件上；（4）打開電源開關(guān)，開啟機(jī)箱電源開關(guān)，能觀測(cè)到電源指示燈開啟，同時(shí)機(jī)箱內(nèi)冷卻，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)；（5）拿好旋轉(zhuǎn)電機(jī)，并按下開關(guān)，檢查電極是否正常旋轉(zhuǎn)，保護(hù)氣體是否連續(xù)舒暢；（6）旋轉(zhuǎn)電機(jī)正常工作時(shí)，將旋轉(zhuǎn)的電極與工件的表面輕觸，檢查電火花是否正常出現(xiàn)，正常出現(xiàn)電火花則證明工作正常。2、操作設(shè)備流程（1）將工件與電源的地線連接起來(lái)；（2）將槍頭與電極材料連接，調(diào)整緊夾，使電極處于中心位置；（3）根據(jù)強(qiáng)化的進(jìn)度及時(shí)的調(diào)整輸入功率以及輸出頻率；（4）開啟氬氣瓶的開關(guān)，調(diào)整流量，保證氬氣的持續(xù)保護(hù)；（5）打開氣槍的開關(guān)扳機(jī)以及自鎖開關(guān)；（6）開始沉積過程，用電極在工件表面按一定方向緩緩移動(dòng)，形成連續(xù)的沉積層。若電極與工件之間沒有電火花產(chǎn)生，可能是由于電極壓在工件的表面過緊，不能產(chǎn)生電火花，電極與工件表面應(yīng)保持呈30°~40°角度，上下移動(dòng)，移動(dòng)幅度為1~2mm；左右進(jìn)行擺動(dòng)沉積，擺幅約為10～40mm，擺動(dòng)的速度要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，原則上應(yīng)能夠使沉積層均勻覆蓋工件表層。圖3-3電火花沉積3.2.2沉積層線切割有的試件的形狀特殊，尺寸偏大或偏小，以及為了保護(hù)試樣的邊緣、對(duì)試樣進(jìn)行夾持，所以要對(duì)試件進(jìn)行線切割，切割成一定尺寸的長(zhǎng)方體，便于對(duì)試件進(jìn)行夾持。試件切割的尺寸大小應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行切割，以便能夠在實(shí)驗(yàn)設(shè)備中清晰的觀察所要研究的組織結(jié)構(gòu)。圖3-4金相試樣切割機(jī) 圖3-5切割試樣3.2.3鑲樣處理金相試樣根據(jù)需要一般理想的形狀是正方體或圓柱體，但是由于零件的材料眾多，要想得到較為理想的形狀和尺寸是很不容易的，一般試樣的高度是其邊長(zhǎng)或直徑的一半即可達(dá)到要求，所以可依據(jù)實(shí)際情況而確定。進(jìn)行線切割后，金屬沉積層不方便直接打磨，需要應(yīng)經(jīng)過鑲樣處理。鑲嵌的方式有兩種，分別是熱鑲嵌和冷鑲嵌。熱鑲嵌是用加熱、加壓的方式對(duì)試樣和鑲嵌材料進(jìn)行處理，然后冷卻脫模；冷鑲嵌則是在常溫下使鑲嵌材料固化一般熱鑲嵌在鋼材料上的應(yīng)用比較多，所以在此我們使用熱鑲嵌法。熱鑲嵌的主要步驟包括：一、混粉。去適量的黑色膠木粉與金屬粉末，按照1：1的比例進(jìn)行混合，并攪拌均勻得到混合粉；二、裝粉?；旌戏燮戒伒耐瑫r(shí)用黑色膠木粉、細(xì)黑色膠木粉進(jìn)行填充；三、鑲樣。本次實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備是型號(hào)為XQ-2B的金相鑲樣機(jī)。XQ-2B型鑲樣機(jī)操文都自控范圍的選擇很方便，操作也不是很復(fù)雜，缺點(diǎn)是不能強(qiáng)制冷卻，模套固定而不能隨意變更，因此對(duì)試件的尺寸有固定的要求，適應(yīng)性不強(qiáng)。熱鑲嵌的試件為40-50分鐘，溫度為100-140℃，每次熱鑲嵌的時(shí)間可控制在8min-10min。XQ-2B型鑲樣機(jī)配置了定時(shí)器，能顯示溫度，也可自設(shè)溫度，可獲得令人滿意的試樣。利用XQ—2B金相鑲嵌機(jī)制備尺寸大小為Ф30mm×10mm的圓片試樣，然后進(jìn)行后期處理。 圖3-6金相試樣鑲嵌機(jī)3.2.4后期處理一、打磨試樣打磨的方式有兩種，粗磨和細(xì)磨。細(xì)磨包括機(jī)械和手工磨光兩種，其目的是消除一些遺留的表面缺陷凹痕等，為下一步的拋光做準(zhǔn)備。試樣制備完首先進(jìn)行粗磨，然后進(jìn)行細(xì)磨。采用手工打磨的方式，用不同的金相紙依次進(jìn)行細(xì)磨。磨樣過程中要注意力要適中，防止將上道工序的粗砂粒帶入下一道磨光工序中。圖3-7金相砂紙圖3-8打磨后的試樣拋光處理我們采用的是PG-2C型金相試樣拋光機(jī)，其基本組件包括拋盤、底座、拋光織物、拋光罩及蓋等。拋光織物被緊緊的固定在在拋光盤上，電動(dòng)機(jī)固定在底座上，拋光盤與電動(dòng)機(jī)軸用螺釘相連。電動(dòng)機(jī)接通電源后，可以用手對(duì)試樣加壓在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光盤開始拋光。可依次用500#、800#、1000#、1500#和2000#等金相紙進(jìn)行打磨拋光成鏡面。拋光流程：總共分兩步進(jìn)行，分別為粗拋和細(xì)拋。在粗拋時(shí)，一般用5μm左右的濃度較大的粗粒度的金剛石研磨膏或者氧化鉻粉、氧化鋁與水混合的懸浮液，并在毛呢或者細(xì)帆布進(jìn)行；細(xì)拋可采用小粒度、稀濃度的金剛石研磨膏或者氧化鉻、氧化鋁懸浮液在絲絨上進(jìn)行。 圖3-9PG-2C型金相試樣拋光機(jī)圖3-10拋光后的試樣腐蝕腐蝕的過程需用到侵蝕劑，可用4%的硝酸酒精配制，然后用侵蝕劑對(duì)試樣腐蝕三十分鐘，然用酒精沖洗后可用吹風(fēng)機(jī)吹干。吹干后可在金相顯微鏡下進(jìn)行觀察，如果試樣不合格，可重復(fù)以上工序直至試樣合格為止。3.3實(shí)驗(yàn)方法一、XRD檢測(cè)沉積層的相組成的分析用的是日本瑪珂科學(xué)儀器公司生產(chǎn)的21KW超大功率XRD衍射儀，如圖3-11所示。利用衍射原理，XRD衍射儀可以較為精確測(cè)定試樣內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)，應(yīng)力以及織構(gòu),并能通過物像分析來(lái)對(duì)試樣成分進(jìn)行定性和定量分析。此類型儀器在航空航天、石油換工、冶金材料等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。圖3-1121KW大型XRD衍射儀試樣的硬度檢測(cè)圖3-12數(shù)字顯微硬度計(jì)試樣腐蝕后，用數(shù)字式顯微硬度儀測(cè)試其硬度，測(cè)試結(jié)果顯示沉積層硬度為1500HV，而基體的硬度為420HV，可見沉積層硬度相對(duì)于基材有所提高。三、SEM檢測(cè)SEM設(shè)備采用JSM-6701F型掃描電鏡，并觀察沉積層表面形貌和截面組織，設(shè)備如圖3-13所示。 圖3-13JSM-6701F型掃描電鏡3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.4.1電火花沉積層顯微觀察用WC-Co硬質(zhì)合金電極棒對(duì)H13鋼進(jìn)行電火花沉積強(qiáng)化，對(duì)沉積層進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，可以觀察到與基體不同的三種金相組織，從外到內(nèi)，依次是白亮層、過渡層以及熱影響區(qū)，最里面的則是基材的原始組織[5]。圖3-14試樣斷面掃描在沉積層中的白亮層表現(xiàn)為亮白色，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，電極材料和工件材料的成分對(duì)決定了其主要的成分。過渡層緊鄰白亮層，在細(xì)化的基體組織上面附有細(xì)小的碳化物，在高溫下冷卻后腐蝕，從而表現(xiàn)為黑色，并且可以看到一些凹坑，這些凹坑是由脈沖放電造成的。在熱影響區(qū)，其組織主要是回火馬氏體，這層原始組織在電火花放電的高溫作用下受到影響，受熱溫度不同，所以腐蝕后的顏色也是由深到淺。圖3-15試樣斷面掃描（壓痕）在高倍顯微鏡中觀察白亮層，可以看到沉積層中具有大量達(dá)到納米級(jí)別的超細(xì)顆粒，而且這些顆粒呈彌散狀分布，起到了強(qiáng)化的作用，從而提高了沉積層的耐磨性以及硬度。電火花沉積強(qiáng)化是一個(gè)加熱迅速，迅速凝固的非平衡態(tài)過程，加熱速度和冷卻速度分別可達(dá)107℃/s以及106℃/s。正是這個(gè)原因，導(dǎo)致生成的新相奧氏體化形核率很高，且極不均勻，所以組織呈超細(xì)化狀態(tài)。另一方面，電極和基體不斷撞擊產(chǎn)生的溫度和彈性形變也加速了組織的細(xì)化。同時(shí)，由壓痕大小也可以看出，基材和熱影響區(qū)的壓痕明顯大于白亮層的壓痕，可見沉積層相對(duì)于基體組織硬度有所增加。3.4.2電火花沉積層成分的分析電火花沉積強(qiáng)化中，所使用的電極材料和極材料對(duì)沉積層的成分息息相關(guān)，而沉積強(qiáng)化規(guī)范與否也直接影響著組織層成分的分布。在此次實(shí)驗(yàn)中，我們選用的基材是H13鋼，電極材料是WC-Co硬質(zhì)合金，通過XRD衍射儀對(duì)大功率沉積層的過渡層，白亮層以及熱影響區(qū)的成分進(jìn)行分析。對(duì)形成的沉積層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過X衍射分析后，在白亮層中，Co元素和W元素有明顯的增加，白亮層中碳元素和鐵元素明顯減少。在電火花沉積層中，W元素和Co元素是電極材料中的元素，它們?cè)诎琢翆又械妮^多，在過渡層以及熱影響區(qū)含量卻一次遞減，且呈梯狀分布。而在基體材料中的元素，如Cr元素、Fe元素、V元素在熱影響區(qū)含量較多，在過渡層和白亮層含量逐漸減少。可見，電火花沉積后組成工件和電極的各元素均發(fā)生擴(kuò)散和移動(dòng)，而且是在極短的時(shí)間內(nèi)形成分布。在基體材料中，碳元素、錳元素、鐵元素以及鉻元素均向表面擴(kuò)散，在較短的時(shí)間內(nèi)形成較薄的沉積層，結(jié)果導(dǎo)致白亮層中具有一定量的鐵元素和鎢元素，以及一些少量的錳元素、鉻元素、碳元素等。3.4.3電火花沉積層相結(jié)構(gòu)分析圖3—16沉積層的X射線衍射圖用x射線衍射儀對(duì)電火花沉積層金相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到的衍射譜如圖3-16所示，由圖3-16白亮層表面進(jìn)行X射線衍射分析，由射線衍射分析的結(jié)果，可以確認(rèn)沉積表層的結(jié)構(gòu)為C、C、C、、SiC等。由此可知，工件材料和電極材料的成分對(duì)沉積層組織結(jié)構(gòu)的影響很大。3.4.4電火花沉積層隨時(shí)間變化規(guī)律分析用WC-Co硬質(zhì)合金電極棒對(duì)H13鋼進(jìn)行電火花沉積強(qiáng)化，對(duì)沉積層隨時(shí)間變化進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察：圖3-17不同時(shí)間下的試樣斷面掃描沉積層為圖3-17中的白亮層，圖3-17從上到下沉積時(shí)間不斷增加，觀察掃描記錄時(shí)間依次是0.5、2、5（單位：min），沉積層厚度與沉積時(shí)間的關(guān)系：沉積時(shí)間從0.5min延長(zhǎng)到2min，沉積層厚度增加，繼續(xù)沉積到5min，沉積層厚度反而減小。沉積過程中在H13鋼基體表面上熔覆WC-Co硬質(zhì)合金電極材料，沉積層反復(fù)經(jīng)受冷熱作用造成很大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，使其熱學(xué)性能和力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，形成的沉積層塑性、韌性變差，最終在沉積層內(nèi)產(chǎn)生熱疲勞裂紋。熱疲勞裂紋不斷萌生擴(kuò)展,造成沉積層微塊剝落，使沉積層質(zhì)量和厚度增加困難，甚至減少，且沉積層性能惡化?？梢姡瑹崞趹?yīng)力是限制沉積層增厚的一個(gè)主要原因。沉積層化學(xué)成分的變化也是限制沉積層厚度增加的一個(gè)重要因素。在用單一電極沉積時(shí)，隨著沉積時(shí)間的增加，電極材料的物質(zhì)遷移量增加，被沉積試樣表面的合金成分逐漸接近電極材料的成分，此時(shí)遷移到試樣表面的電極材料將減少，最終沉積層厚度達(dá)到最大值并停止增加。研究證明，沉積層厚度達(dá)到最大后更換電極進(jìn)行沉積，沉積層厚度會(huì)繼續(xù)增加，達(dá)到新的最大值。圖3-18基體沉積后橫截面形貌（5min）圖3-18是沉積時(shí)間5min后沉積層的橫截面顯微形貌。此時(shí)沉積層裂紋漸多，沉積層破碎減薄，孔隙較多，產(chǎn)生撕裂、碎化的傾向更加嚴(yán)重，有的地方出現(xiàn)脫落現(xiàn)象[15]，沉積層質(zhì)量較差，沉積時(shí)間是影響電火花沉積層厚度與質(zhì)量的一個(gè)重要因素。追求沉積效率，減少沉積時(shí)間，就不能得到較大厚度的沉積層；另一方面，沉積時(shí)間過長(zhǎng)不但不能得到更大厚度的沉積層，反而會(huì)影響沉積層質(zhì)量。在一定條件下存在一個(gè)最佳沉積時(shí)間。合理選擇沉積時(shí)間才能在滿足厚度要求的同時(shí)保證沉積層質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)中2min為最佳沉積時(shí)間?；模℉13鋼）在隨時(shí)間變化沉積時(shí)，沉積層厚度并不是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而無(wú)限增厚,達(dá)到一定厚度后延長(zhǎng)沉積時(shí)間反而會(huì)使沉積層變薄。3.5本章小結(jié)本章主要研究了電火花沉積層的組織結(jié)構(gòu)，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到的金相分析可知，沉積點(diǎn)的相互連接和重疊形成沉積層。電火花沉積強(qiáng)化并不是像傳統(tǒng)表面加工工藝一樣的涂敷過程，而是工件材料和電極材料的各元素發(fā)生擴(kuò)散以及合金化反應(yīng)的過程。通過X射線衍射和電鏡掃描分析可知，基材（H13鋼）在沉積時(shí)，白亮層中主要含有C、C、C、、SiC等成分。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，基材（H13鋼）在隨時(shí)間變化沉積時(shí)，沉積層厚度并不是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而無(wú)限增厚,達(dá)到一定厚度后延長(zhǎng)沉積時(shí)間反而會(huì)使沉積層變?。煌ㄟ^金相照片可以看見白亮層情況惡化，沉積層破碎減薄,孔隙較多,產(chǎn)生撕裂、碎化的傾向更嚴(yán)重,有的地方出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,沉積層質(zhì)量較差；主要原因是由于電火花表面沉積是利用火花放電的能量使金屬材料在瞬間熔化甚至氣化,然后又急劇地冷卻而凝固,在這種驟熱驟冷的過程中,沉積層內(nèi)部存在著熱應(yīng)力,反復(fù)的熱作用使沉積層產(chǎn)生熱疲勞,達(dá)到一定程度后便產(chǎn)生裂紋而最后崩裂,導(dǎo)致碎化、脫落現(xiàn)象的出現(xiàn)。經(jīng)過電火花沉積強(qiáng)化后，沉積層的硬度提高。電火花沉積后組成工件和電極的各元素均發(fā)生擴(kuò)散和移動(dòng)，在極短的時(shí)間內(nèi)形成分布，工件元素和電極元素呈一定的梯度分布。

第四章結(jié)論本文通過對(duì)比電火花沉積工藝和一些傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化方法（熱噴涂、化學(xué)熱處理、氣相沉積鍍膜等），得出了電火花沉積強(qiáng)化工藝的一些優(yōu)勢(shì)。通過研究分析了沉積層的厚度隨時(shí)間變化，得出的結(jié)論主要包括：以WC-Co硬質(zhì)合金為電極，基材（H13鋼）在大功率長(zhǎng)時(shí)間沉積時(shí)，白亮層中主要含有C、C、C、、SiC等成分；可知電火花沉積對(duì)沉積層的相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；經(jīng)過大功率電火花沉積強(qiáng)化，沉積層的硬度為1500HV,對(duì)于基材有所提高；在電火花沉積層中，電極材料中的鎢元素和鈷元素在白亮層中的較多，在過渡層和熱影響區(qū)含量逐漸下降；基體材料中的鉻元素、鐵元素、釩元素在熱影響區(qū)含量較多，并向表層擴(kuò)散，所以白亮層中含有一定的鉻元素、鐵元素以及釩元素，可見電火花沉積是一個(gè)合金化的過程?；模℉13鋼）在隨時(shí)間變化沉積時(shí)，沉積層厚度并不是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而無(wú)限增厚,達(dá)到一定厚度后延長(zhǎng)沉積時(shí)間反而會(huì)使沉積層變??；通過金相照片可以看見白亮層情況惡化，沉積層破碎減薄,孔隙較多,產(chǎn)生撕裂、碎化的傾向更嚴(yán)重,有的地方出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,沉積層質(zhì)量較差；主要原因是由于電火花表面沉積是利用火花放電的能量使金屬材料在瞬間熔化甚至氣化,然后又急劇地冷卻而凝固,在這種驟熱驟冷的過程中,沉積層內(nèi)部存在著熱應(yīng)力,反復(fù)的熱作用使沉積層產(chǎn)生熱疲勞,達(dá)到一定程度后便產(chǎn)生裂紋而最后崩裂,導(dǎo)致碎化、脫落現(xiàn)象的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)[1]