電火花表面沉積工藝研究現(xiàn)狀

 引言
對于電火花沉積技術的概念闡述目前還存在許多種解釋，本文主要就電火花沉淀技術的概念分析為：通過特定電能對工作表面進行處理，通過火花將特殊的材質融入到工作物表面層，進而形成新的金屬表面層，從而改變金屬的各種性能。電火花技術在我國社會中的應用越來越廣泛，尤其是在高技術行業(yè)得到快速的應用與發(fā)展。
1 電火花表面強化技術基本原理和技術特點
電火花沉積的基本原理是，通過電極與工作件之間的以10～1000Hz的頻率在極短的時間內將二者之間的接觸點溫度瞬間達到8000℃～25000℃，進而將電極的溶解物進行融化并且擴散到工作件表層，形成電極工作金屬層。作為現(xiàn)代表面處理工作中的關鍵工藝，電火花沉淀技術具有以下特點：①電極接觸時間短，傳熱距離短，可以避免因為熱量的傳入導致工作件因為高溫等而出現(xiàn)性能或者外部的變形等。②結合強度高。③工作環(huán)境要求不高。④電極材料具有選擇的靈活性。
2 電火花表面沉積工藝研究現(xiàn)狀
2.1 電火花沉積工藝對沉積層厚度的影響 我國對于電火花沉積工藝對于沉積層厚度的影響研究已經經過多年的發(fā)展，汪瑞軍、陳偉偉等對沉積厚度的研究進行了深入的研究分析。汪瑞軍提出了沉積層是電火花質量評價的重要指標，電火花沉積厚度與生產工藝各因素之間有各種聯(lián)系。陳偉偉等人同樣是在TC1合金表面制備WC-8Co強化層，研究多項工藝參數(shù)同時變化時沉積層厚度的變化規(guī)律。4個沉積層厚度影響因子分別為工作電壓、電極轉速、放電電容和沉積時間，每個影響因子設定4個工藝水平，進行四因素四水平正交試驗。以WC-8Co沉積層厚度作為評價指標。結果通過論證研究發(fā)現(xiàn)：工藝影響因素在電火花沉積厚度的影響程度中生產電壓的影響最大，放點電容的影響最小，因此規(guī)律的合理安排確定了優(yōu)化的電火花沉積工藝；沉積厚度隨著電壓的變化而具有關聯(lián)性，其關系呈直線上升趨勢；當轉速增大之后，沉積厚度就會變小，因此常用的電機轉速在1000—2000r/min之間。陳文華利用相關手段對電火花沉積研究：電容容量與沉積厚度的高低有著線性關聯(lián)，當電容容量越低，沉積厚度也就越小，其表面的光滑度也就越小；放電的頻率與工作件的表面粗糙程度有一定的聯(lián)系，當放電頻率達到最高值時其形成的強化作用就會越大，其表面的處理就會符合電火花沉積工藝的目的；當電壓輸出較高時，其與工作件的接觸點時間就會縮短，其對于厚度的影響也就會出現(xiàn)激烈的變化。
牛金輝等人通過對于特定材質進行電火花沉積實驗發(fā)現(xiàn)沉積厚度是評價45﹟鋼和不銹鋼基體表面電火花沉積TiN表面層工藝性的關鍵因素。同樣各種工藝影響因素對于沉積厚度都有不同的影響，主要表現(xiàn)在：對于45﹟鋼和不銹鋼基體放電的總量控制應該在一定的范圍內，合理的電壓范圍應該為高壓配置中檔電容；電火花的產生周期影響沉積的厚度，電火花周期越短，沉積厚度也就越大；沉積時間控制也要遵循一定的原則，合理的沉積時間能夠實現(xiàn)沉積層的優(yōu)化。A.Agarwa等人研究了在Cu基體上沉積TiB的情況。研究發(fā)現(xiàn)，強化層與Cu基體之間不能形成冶金結合，且沉積層厚度很不均勻。如果電極材料與工作件的材料使用不當就會造成結合層的實現(xiàn)不理想。
2.2 電火花沉積工藝對沉積層硬度與耐磨性的影響
劉建超利用了自行研制的電火花表面強化設備并選用不同的電極材料，對45#鋼、Cr12MoV等工件材料進行了表面強化處理，從強度、耐磨等角度分析了電火花沉積工藝的影響因素，實驗結果表明：強化層的強度高點在白亮層，它們之間的結合點強度最低。耐磨性實驗表明，工作件的耐磨性與電極、材料以及強度時間有關。
狄平等人采用電火花表面強化設備，以硬質材料作為強化電極材料，白口鑄鐵為基體材料，研究了電火花表面強化工藝對強化層性能的影響，從試驗結果可知，強化的工作件的使用壽命比沒有強化過的工作件的壽命要長，磨損的平均寬度也比沒有強化過的工作件要低，由此可見強化的工作件具有良好的使用性能。這主要是因為電火花沉積所帶來的厚度影響，經過電火花的強化會在表面形成放電點與放電融化點，它們的交互錯綜就會形成表面的粗糙，進而減少在使用過程中的全部摩擦，進而提高工作件的硬度。劉先蘭等人經試驗證實，“白亮層”的硬度隨電極材料、基體材料的不同而變化，當采用YG8硬質合金作為工具電極材料時，強化層的顯微硬度可達1100～1400HV（相當于70～74HRC）甚至更高。由于工模具工作表面的強化層具有較高硬度，因此可顯著提高工模具的耐磨性，一般可使工模具的使用壽命延長1～3倍。經電火花表面強化的落料模在沖壓加工厚度0.75mm的硅鋼片和厚度4mm的鋼板時其工作壽命可提高2～3倍。
張維平等人利用DM7132型精密電火花成型機，采用不同的電火花強化工藝，以硅作為強化電極在45#鋼表面形成一層非晶態(tài)合金強化層。通過試驗結果可以看出，在相同的條件下，經過強化的試樣的磨痕寬度小于未經強化的試樣的磨痕寬度且在試驗過程中，當磨球在經強化的試樣表面上往復運動時平穩(wěn)且無噪聲；而在未強化的試樣表面上則出現(xiàn)振動現(xiàn)象，并發(fā)出刺耳的聲音。這表明強化層有良好的耐磨性能，硅電火花強化45﹟鋼形成的表面形貌是由無數(shù)分布均勻的圓盤疊加而成的，無方向性，這種表面形貌提高了強化層的耐磨性，同時強化層中金屬間化合物的增強作用，以及非晶與金屬間化合物之間良好的界面結合，也進一步提高了強化層的耐磨性。
I.A. Podchemyaeva等人在BT6鈦合金表面，使用難熔的Ti，Zr氮化物電極進行強化處理研究電火花合金化傳質動力學、涂層中元素的分布以及強化層的性能。經測試發(fā)現(xiàn)，合金層和熱影響區(qū)的顯微硬度分別是原始材料的3-5倍和1.5-2倍，強化后試樣的抗高溫氧化性能明顯提高。Mulin Yury等人以BT-1V鈦合金為基體，以硬質合金B(yǎng)K8、T5K10和11×15H25M611Γ2鋼作電極進行電火花合金化，制品表面的耐磨度與耐熱性提高60%-90%。
3 結束語
在經歷了六十年的發(fā)展之后，電火花表面沉積技術由于具有其獨特的工藝性能如：投資小，見效快，其涂層不僅讓工件獲得了電極材料特征，而且改善了工件的質量和延長了工件使用壽命等。但其也存在著一些不足之處，如電火花沉積操作大多數(shù)為手工操作，沉積層的均勻性差，生產效率低，可靠性不高，同時也限制了沉積技術在某些場合的使用[2]。因此，電火花表面沉積技術的發(fā)展趨勢為：①已有的電火花放電理論具有較大的局限性，需要進一步的修正和完善，直到形成完整的理論體系。②提高生產效率，進一步研制大功率、自動化、甚至微機控制電火花沉積設備，則大大提高沉積層的均勻性，大大提高電火花沉積的生產效率。③深入研究沉積機理，研究不同電極、母體材料的沉積工藝，復合沉積工藝，多電極沉積工藝等。