Метод получения порошков, используемых при восстановлении и упрочнении изношенных деталей автомобилей

Электроэрозионное диспергирование − метод, в сущность которого состоит в локальном воздействии электрических разрядов между электродами, в результате которого происходит разрушение токопроводящего материала. Под действием очень высоких температур происходит нагрев, расплавление и частичное испарение материала в зоне разряда [55].

Достижение высокой температуры в ограниченной области малого объема осуществляется использованием импульсного напряжения. Электроэрозионное диспергирование осуществляется в рабочей жидкости (жидкой), которая заполняет межэлектродный промежуток (зазор между электродами) (МЭП).

Всякая гладкая поверхность имеет свой макро- или микрорельеф. Поэтому, между электродами всегда находятся две точки, с меньшим рассеянием, чем между другими точками поверхностей электродов. В результате подключения к электродам источника электрического тока, между ними начинает протекать ток, и возникает электрическое поле. Напряженность возникшего электрического поля будет достигать наибольшего значения на участке с минимальным зазором между электродами. Расположение участка с минимальным зазором между электродами зависит от наличия и размеров электропроводных частиц, находящихся в межэлектродном промежутке, от местных выступов и неровностей на электродах [54-56]. Совершенствованием метода электроэрозионного диспергирования токопроводящих материалов в СССР занимались такие ученые, как Б.Н. Золотых [60-62], А.Д. Верхотуров [63, 64], К.К. Намитоков [65, 66], М.И. Дворник [67], Г.А.Исхакова [68-70] и др. [71-99]. В зарубежной литературе Соединенных Штатов [100, 101], Англии [102], Германии и др. [103] опубликование исследований по данной тематике продолжаются и сегодня.

Рассмотрим процессы, протекающие при электрическом разряде, разделив их на три стадии (табл.2.3) [54-56].

Таблица 2.3 − Этапы процессов, происходящих при электрическом разряде [55]

лунки в жидком и парообразном состоянии. Количество удаляемых из лунки продуктов эрозии в жидкой фазе увеличивается с возрастанием энергии и длительности импульса. Частицы материала, образовавшиеся из паровой фазы в результате коагуляции формируют конгломераты неправильной геометрической формы.

Так происходит электрическая эрозия материала, с образованием частиц порошка в рабочей жидкости и одной эрозионной лунки на поверхности. После прекращения действия импульсного разряда падает напряжение на электродах. Начинается нейтрализация заряженных частиц (процесс деионизации рабочей жидкости) и восстанавливается электрическая прочность рабочей жидкости.

Если из-за высокой длительности импульса или малого периода между импульсами деионизация не происходит, разряд превращается в дуговой, при котором преобладает эрозия катода под действием ионов. Пауза между импульсными разрядами должна быть достаточна для деионизации рабочей жидкости. Например, для жидких углеводородов от 10^-2 до 10^-6 с. Тогда, процесс будет повторяться с образованием частиц порошка в рабочей жидкости и новых эрозионных лунок на поверхности. При этом каждый последующий импульсный разряд будет происходить в месте, где в данный момент минимальное расстояние между электродами. Этим и обусловливается процесс ЭЭД [104-124].

В основе процесса электроэрозионного диспергирования лежат тепловые процессы воздействия на диспергируемый материал. На скорость электрической эрозии и характер механизма эвакуации будут влиять следующие факторы [104-124].

− теплофизические параметры процесса (теплопроводность, теплоемкость, температура, теплота плавления и испарения, удельный вес, удельное электрическое сопротивление материалов электродов, вид рабочей жидкости, физико-механические характеристики рабочей жидкости);

− продолжительность, амплитуда и частота следования импульсов;

− зазор между электродами;

− условия эвакуации продуктов эрозии и пр.

Описанный процесс электроэрозионного диспергирования был представлен на рисунке 2.5. [104-124].

Импульсное напряжение генератора импульсов 1 прикладывается к электродам 2 и 3 и далее к медным отходам 6 (в качестве электродов служат медные пластины). При достижении напряжения установленной величины совершается электрический пробой рабочей жидкости 5, находящейся в межэлектродном пространстве с образованием канала разряда 7. Вследствие большой концентрации тепловой энергии источник в точке разряда 8 плавится и испаряется, РЖ испаряется и охватывает канал разряда газообразными продуктами распада 9 (газовым пузырём). В следствии, развивающихся в канале разряда и газовом пузыре существенных динамических сил, частицы расплавленного материала 4 выбрасываются за границы зоны разряда в РЖ, окружающую электроды, и затвердевают в ней, создавая сферические либо эллиптические частицы медного порошка [19, 20].

В качестве рабочей жидкости применяется вода дистиллированная (ГОСТ 6709–72), так как она имеет простой химический состав, высокую охлаждающую способность, и при этом низкую стоимость.

Разряд электрического тока, проходящий через охлаждающую жидкость, приводит к ее пиролизу, после чего она распадается на кислород, углерод, водород и газы (Н₂ и О₂), которые появляются на поверхности жидкости реактора в процессе диспергирования. Кислород и углерод частично взаимодействуют с продуктами эрозии.

При диспергировании в кислородсодержащей жидкости (воде) в рабочей среде содержится избыток углерода, кислорода. В этой среде диффузия кислорода быстрорежущей стали уменьшается в процессе порошкообразования.

Отличительной особенностью формирования процесса порошкообразования, который протекает при ЭЭД отходов быстрорежущей стали, является формирование быстро закристаллизованных порошков в диапазоне скорости охлаждения 80…1200 º С/с). Это соответствует понятию метастабильной кристаллизации при быстром охлаждении, в результате чего происходит искажение кристаллической решетки у порошков, полученных электроэрозионным диспергированием.

Таким образом, на фазовый состав порошков, которые получены методом электроэрозионного диспергирования, влияет комплекс термохимических свойств кислородсодержащих жидкостей, обеспечивая поставку активного кислорода в реакционную зону при температурах, которые соответствуют модификации вольфрама и оксида железа [58].

Основой процесса ЭЭД являются высокотемпературные процессы, влияющие на измельчаемый материал. Скорость разрушения материала и вид механизма получения порошка напрямую зависит от таких параметров процесса, как зазор между электродами, теплоемкость, теплопроводность, температура плавления, масса материала и удельное электрическое сопротивление электродных материалов, тип рабочей жидкости, продолжительность, амплитуда, скважность и частота следования импульсов [119].

Под влиянием образующихся в месте разряда и газовом пузыре динамических сил, частицы расплавленного металла выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочей жидкости, окружающей электроды, и остывают в ней, создавая частицы порошка эллиптической и сферической формы и агломератов.