24 Электрофизические способы нанесения покрытий

В ремонтном производстве электрофизические способы применяют для наращивания изношенных поверхностей, обработки поверхностей деталей, легирования и упрочнения рабочих поверхностей деталей и других целей (удаления заломанных крепёжных деталей и инструментов).

Электроискровой способ основан на разрушении металла при электрическом искровом разряде между электродами. Во время проскакивания искры образуется мощный электроискровой разряд, который вызывает резкое повышение температуры (до 10 000–25 000 °С). При этом металл электродов плавится, частично испаряется и отрывается от поверхности обрабатываемого материала. Частицы расплавленного металла выбрасываются в пространство между электродами. В зависимости от среды межэлектродного пространства (газовая или жидкая) и полярности электродов расплавленный металл наращивается на катод или выбрасывается из зоны разряда. При наращивании деталь подключают к катоду, а электрод (инструмент) – к аноду. Нанесение износостойких покрытий толщиной до 0,1 мм относят к упрочнению, а нанесение покрытий большей толщины – к наплавке. Глубина зоны термического влияния в материале заготовки составляет 0,8–1,0 мм. Предел выносливости детали практически не изменяется.

Электроискровой обработкой можно восстанавливать изношенные детали и упрочнять режущие кромки инструментов нанесением покрытий из твёрдых сплавов, а также изменять свойства поверхностей деталей путём придания им антикоррозионных, жаростойких, фрикционных и антифрикционных качеств. Электроискровым способом восстанавливают шейки валов и осей, изношенные поверхности отверстий под подшипники, упрочняют трущиеся поверхности вместо термообработки. Способ получил распространение при восстановлении деталей топливной аппаратуры дизельных двигателей и золотников, изготовленных из стали 15Х и имеющих твёрдость 56–63 HRC. Износостойкость деталей после электроискрового упрочнения повышается в 3–8 раз. Для электроискрового упрочнения применяют металлокерамические твёрдые сплавы ВК6-ОМ, ВК-8, Т15К6, Т15К10-ОМ, Т30К4; сплавы ВЖЛ-2, ВЖЛ-13, ВЖЛ-17; стали 65Г, 20X13, ШХ-15, а также сормайт, вольфрам, стеллит и другие материалы.

Для нанесения покрытий наибольшее распространение получили установки моделей ЭФИ-23М, ЭФИ-46А, ЭФИ-54А и др., а также модернизированные мобильные установки типа «Элитрон» и «Вестрон», с помощью которых можно наносить покрытия толщиной 0,4–1,0 мм.

Электромагнитный способ нанесения покрытий заключается в следующем. Деталь помещают с некоторым зазором между сердечниками и электромагнитом, обмотки которых подключают к источнику выпрямленного тока. В зазор между деталью и сердечником непрерывно подают порошок. Электрическая цепь «деталь – сердечник» через подвижный контакт замыкается мостиком, состоящим из нескольких ферромагнитных элементов, которые ориентируются в зазоре вдоль линий магнитной индукции. При этом каждый элемент, соприкасаясь с соседним или с деталью, образует точечный контакт с большим сопротивлением. В момент короткого замыкания быстро нарастает сила электрического тока, что сопровождается выделением теплоты в точках контакта.

Процесс восстановления осуществляется в следующем порядке. Обрабатываемую деталь устанавливают на токарном станке в электроизолированных центрах или патроне. Электромагнитная приставка закрепляется в резцедержателе так, чтобы плоскость симметрии сердечника электромагнита, установленного с зазором по отношению к детали, была на линии центров. Деталь и наконечник сердечника подключают к полюсам генератора импульсов. При вращении детали из бункера в рабочий зазор подаётся порошок, который, удерживаясь в зазоре магнитным полем, замыкает электрическую цепь «сердечник – деталь», расплавляется и наносится на обрабатываемую поверхность. Восстановление деталей значительной длины осуществляется путём перемещения суппорта с определённой подачей.

Одним из основных условий осуществления процесса нанесения покрытий электромагнитным способом является непрерывная подача порошка, постоянная по времени и соответствующая количеству подводимой энергии. Стабильность процесса возрастает, если подача порошка осуществляется в потоке охлаждающей жидкости, в качестве которой можно применять 5%-ный водный раствор эмульсола. Проведение процесса в среде охлаждающей жидкости предотвращает разогрев детали, несколько снижает шероховатость поверхности, но при этом уменьшается толщина наносимого слоя. В производственных условиях электромагнитный способ используется для восстановления шеек валов под подшипники качения. Износостойкость покрытия при нанесении порошка ферробора в 1,5–2,0 раза превышает износостойкость закалённой стали.