Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика

Показана принципиальная возможность электроискрового модифицирования поверхности в системах керамика—керамика. Закономерности массопереноса сходны с таковыми для систем керамика—металлический сплав (катод). Наибольший коэффициент массопереноса достигается, когда трещино-стойкость материала катода вы...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Электрические контакты и электроды
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Панашенко, В.М., Подчерняева, И.А., Панасюк, А.Д., Юречко, Д.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2010
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28899
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика / В.М. Панашенко, И.А. Подчерняева, А.Д. Панасюк, Д.В. Юречко // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2010. — С. 160-171. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28899
record_format	dspace
spelling	Панашенко, В.М. Подчерняева, И.А. Панасюк, А.Д. Юречко, Д.В. 2011-11-25T15:55:34Z 2011-11-25T15:55:34Z 2010 Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика / В.М. Панашенко, И.А. Подчерняева, А.Д. Панасюк, Д.В. Юречко // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2010. — С. 160-171. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. XXXX-0085 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28899 621.9.048.4 Показана принципиальная возможность электроискрового модифицирования поверхности в системах керамика—керамика. Закономерности массопереноса сходны с таковыми для систем керамика—металлический сплав (катод). Наибольший коэффициент массопереноса достигается, когда трещино-стойкость материала катода выше, чем легирующего электрода. Компо-зиционная керамика системы AlN—ZrB2 с электроискровым покрытием по износостойкости является конкурентоспособной по сравнению с твёрдым сплавом ВК6. Эти результаты позволяют рассматривать электроискровое упрочнение твердосплавного режущего инструмента керамикой как перспективное направление. Показано принципову можливість електроіскрового модифікування поверхні в системах кераміка—кераміка. Закономірності масопереносу схожі з такими для систем кераміка—металевий сплав (катод). Найбільший коефіцієнт масопереносу досягається, коли тріщиностійкість матеріалу катоду вище, ніж легуючого електроду. Композиційна кераміка системи AlN—ZrB2 з електро-іскровим покриттям за своєю зносостійкістю є конкурентоздатною порівняно з твердим сплавом ВК6. Отримані результати дозволяють розглядати електроіскрове легування твердосплавного ріжучого інструменту керамікою як перспективний напрямок. The possibility of electric spark modification of ceramic surface by ceramic materials has been shown. The mass transfer is found to be similar to that for metal alloy (cathode) being modified by ceramics (anode). The maximum coefficient of the mass transfer is reached when cathode’s fracture toughness is higher than anode’s one. AlN—ZrB2 system ceramics with electric spark coating has exhibited higher wear resistance than WC—6% Co cermet. The results obtained allow the electric spark hardening of hardmetal cutting tools with ceramics to be seen as promising trend. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электрические контакты и электроды Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика Особливості електромасопереносу при електроіскровому легуванні в системі кераміка—кераміка Mass transfer features at electric spark deposition of ceramics onto ceramics Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика
spellingShingle	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика Панашенко, В.М. Подчерняева, И.А. Панасюк, А.Д. Юречко, Д.В.
title_short	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика
title_full	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика
title_fullStr	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика
title_full_unstemmed	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика
title_sort	особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика
author	Панашенко, В.М. Подчерняева, И.А. Панасюк, А.Д. Юречко, Д.В.
author_facet	Панашенко, В.М. Подчерняева, И.А. Панасюк, А.Д. Юречко, Д.В.
publishDate	2010
language	Russian
container_title	Электрические контакты и электроды
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
format	Article
title_alt	Особливості електромасопереносу при електроіскровому легуванні в системі кераміка—кераміка Mass transfer features at electric spark deposition of ceramics onto ceramics
description	Показана принципиальная возможность электроискрового модифицирования поверхности в системах керамика—керамика. Закономерности массопереноса сходны с таковыми для систем керамика—металлический сплав (катод). Наибольший коэффициент массопереноса достигается, когда трещино-стойкость материала катода выше, чем легирующего электрода. Компо-зиционная керамика системы AlN—ZrB2 с электроискровым покрытием по износостойкости является конкурентоспособной по сравнению с твёрдым сплавом ВК6. Эти результаты позволяют рассматривать электроискровое упрочнение твердосплавного режущего инструмента керамикой как перспективное направление. Показано принципову можливість електроіскрового модифікування поверхні в системах кераміка—кераміка. Закономірності масопереносу схожі з такими для систем кераміка—металевий сплав (катод). Найбільший коефіцієнт масопереносу досягається, коли тріщиностійкість матеріалу катоду вище, ніж легуючого електроду. Композиційна кераміка системи AlN—ZrB2 з електро-іскровим покриттям за своєю зносостійкістю є конкурентоздатною порівняно з твердим сплавом ВК6. Отримані результати дозволяють розглядати електроіскрове легування твердосплавного ріжучого інструменту керамікою як перспективний напрямок. The possibility of electric spark modification of ceramic surface by ceramic materials has been shown. The mass transfer is found to be similar to that for metal alloy (cathode) being modified by ceramics (anode). The maximum coefficient of the mass transfer is reached when cathode’s fracture toughness is higher than anode’s one. AlN—ZrB2 system ceramics with electric spark coating has exhibited higher wear resistance than WC—6% Co cermet. The results obtained allow the electric spark hardening of hardmetal cutting tools with ceramics to be seen as promising trend.
issn	XXXX-0085
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28899
citation_txt	Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика / В.М. Панашенко, И.А. Подчерняева, А.Д. Панасюк, Д.В. Юречко // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2010. — С. 160-171. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT panašenkovm osobennostiélektromassoperenosapriélektroiskrovomlegirovaniivsistemekeramikakeramika AT podčernâevaia osobennostiélektromassoperenosapriélektroiskrovomlegirovaniivsistemekeramikakeramika AT panasûkad osobennostiélektromassoperenosapriélektroiskrovomlegirovaniivsistemekeramikakeramika AT ûrečkodv osobennostiélektromassoperenosapriélektroiskrovomlegirovaniivsistemekeramikakeramika AT panašenkovm osoblivostíelektromasoperenosuprielektroískrovomuleguvannívsistemíkeramíkakeramíka AT podčernâevaia osoblivostíelektromasoperenosuprielektroískrovomuleguvannívsistemíkeramíkakeramíka AT panasûkad osoblivostíelektromasoperenosuprielektroískrovomuleguvannívsistemíkeramíkakeramíka AT ûrečkodv osoblivostíelektromasoperenosuprielektroískrovomuleguvannívsistemíkeramíkakeramíka AT panašenkovm masstransferfeaturesatelectricsparkdepositionofceramicsontoceramics AT podčernâevaia masstransferfeaturesatelectricsparkdepositionofceramicsontoceramics AT panasûkad masstransferfeaturesatelectricsparkdepositionofceramicsontoceramics AT ûrečkodv masstransferfeaturesatelectricsparkdepositionofceramicsontoceramics
first_indexed	2025-11-24T19:09:25Z
last_indexed	2025-11-24T19:09:25Z
_version_	1850493844910505984
fulltext	160 УДК 621.9.048.4 Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика В. М. Панашенко, И. А. Подчерняева, А. Д. Панасюк, Д. В. Юречко Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, Киев Показана принципиальная возможность электроискрового модифицирования поверхности в системах керамика—керамика. Закономерности массопереноса сходны с таковыми для систем керамика—металлический сплав (катод). Наибольший коэффициент массопереноса достигается, когда трещино- стойкость материала катода выше, чем легирующего электрода. Компо- зиционная керамика системы AlN—ZrB2 с электроискровым покрытием по износостойкости является конкурентоспособной по сравнению с твёрдым сплавом ВК6. Эти результаты позволяют рассматривать электроискровое упрочнение твердосплавного режущего инструмента керамикой как перспективное направление. Ключевые слова: электроискровое легирование, керамика, массоперенос, трещино- и износостойкость. Введение В последнее десятилетие усиливается коммерческий и исследовательский интерес к методу электроискрового легирования (ЭИЛ), который обладает уникальным комплексом преимуществ, отве- чающим современным требованиям: низкая энергоёмкость, экологическая безопасность, простота технологии (отсутствие специальной рабочей среды и предварительной подготовки поверхности), прочность сцепления с основой и низкая температура рабочей поверхности (≤80 °C). Традиционными электродными материалами для ЭИЛ являются металлы и их сплавы, используемые для восстановления деталей, а также композиты на основе тугоплавких соединений — преимущественно соединений титана [1] — для нанесения на металлические сплавы функциональных покрытий. Нетрадиционными высокотемпературными износо- и коррозионно-стойкими материалами являются композиты на основе диборида циркония систем ZrB2—AlN и ZrB2—SiC, относящиеся к новому поколению электродных материалов для ЭИЛ. Перспективным направлением в ЭИЛ является нанесение керамики на композиционные керамические подложки. Первые работы в этой области были посвящены электроискровому нанесению композиционной керамики на твёрдый сплав WC—Co [2, 3] для повышения рабочих характеристик твердосплавного режущего инструмента. Необходимость нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на вольфрамсодержащие твёрдые сплавы и тенденция замены твердосплавных режущих пластин на © В. М. Панашенко, И. А. Подчерняева, А. Д. Панасюк, Д. В. Юречко, 2010 161 безвольфрамовые обусловлена низкой коррозионной стойкостью WC—Co сплавов, ограничивающей рабочую температуру инструмента до 700— 730 °C. В связи с этим представляет интерес сравнительное исследование закономерностей электромассопереноса высокотемпературных коррозионно- стойких композиционных керамик на основе тугоплавких соединений циркония и титана в системах керамика—керамика (катод) и керамика— металлический сплав (катод). В качестве металлического сплава подложки использовали наиболее распространённые сплавы: титановый ВТ-6, алюминиевый АЛ9 и сталь 45. Методы и материалы Электроискровое легирование проводили при комнатной температуре на воздухе с использованием высокочастотной установки Элитрон-21 с ручным вибратором в оптимальном режиме: частота импульсов тока — 1200 Гц, энергия в импульсе — 0,08 Дж, время ЭИЛ t = 7 мин/см2 (в одном случае для сравнения t = 2 мин/см2). Микротвёрдость измеряли при нагрузке 1,0 Н на приборе ПМТ-3. Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) и микроструктуру изучали на микроанализаторах Camebax SX-50 и Jeol Suberprobe-733, снабжённых приставками для элементного анализа. Перед исследованием образцы подвергали ультразвуковой очистке в ацетоне. Для установления триботехнических характеристик керамики исполь- зовали машину трения МТ-68 в режиме сухого трения по схеме “вал— вкладыш”, контртелом служила сталь 65Г, нагрузка Р = 3 МПа. Коэффициент трещиностойкости K1с определяли индентированием по методу Эванса [4], прочность образцов при изгибе σизг — методом трёхточечного изгиба. В качестве материалов анода (А) и катода (К) использованы разрабо- танные в ИПМ НАНУ высокотемпературные коррозионно-стойкие компо- зиты на основе систем AlN—ZrB2 с добавкой ZrSi2 (ЦБСАН), ZrB2—SiC с добавкой B4C (ЦБСИ-12), TiN—AlN (1 : 1) (ТАН), AlN—TiB2 с добавкой TiSi2 (ТБСАН) и AlN—TiB2 (1 : 1) (ТБНА). Материалы, полученные горячим прессованием, имели пористость ≤3% и размер зерна 1—3 мкм. Результаты и их обсуждение Основным технологическим параметром ЭИЛ является коэффициент массопереноса Kt, определяемый как отношение привеса катода Δk к эрозии анода Δa за время ЭИЛ t [5]: Kt = Δk / Δa. (1) Величина Δk определяется количеством закрепившихся на поверх- ности катода продуктов электроэрозии материала анода (Δk′) за вычетом количества материала подложки (Δk′′), которое в общем случае удаляется с поверхности катода в жидкопаровой и твёрдой фазах из микрованны расплава, образующейся под действием искрового разряда: Δk = Δk′ – Δk′′. (2) Для тугоплавких металлов, эродирующих в основном в жидкопаровой фазе, величиной Δk′′ пренебрегают. Для керамических подложек, эроди- рующих с большой долей твердофазной составляющей, это условие не так однозначно. Для легкоплавких металлов и сплавов (Al, Mg и др.) Δk′′ > Δk′, поэтому формирование легированного слоя сопровождается потерей массы катода и требуются специальные меры для подавления электроэрозии легкоплавких подложек [6, 7]. Рис. 1. Схема микроструктурного термомеханического разрушения керамики под воздействием факела: I — зона плавления- кристаллизации; II — зона фраг- ментации; III — зона растрески- вания. Согласно современным представ- лениям [8], электроэрозия анода в условиях искрового разряда вызвана термомеханическим действием струй паров материала катода (факелов), вылетающих по нормали к поверх- 162 ности электрода совместно с пакетом электронов со скоростью до нескольких километров в секунду. Образование факела обусловлено следующим. При сближении электродов вследствие шероховатости поверхности катода возникает ток автоэлектронной эмиссии высокой плотности (∼108 А/см2), приводящий к микровзрыву вещества в жидкой и паровой фазах. Пары вещества из-за ионизации в плазме и образования возбуждённых атомов имеют вид светящихся факелов. Единичный акт (с одного острия поверхности), длящийся 10-8—10-9 с, прекращается вследствие теплоотвода, выброса расплавленного металла и уменьшения плотности тока. Размер участка поверхности, отвечающий факелу с пакетом автоэлектронов, не превышает 0,1 мм, что соответствует размеру контактной площадки алмазной пирамидки индентора. Это позволяет рассматривать ударное воздействие факела как внедрение индентора при одновременном наложении температурного поля. На рис. 1 представлена схема микроструктурного термомеханического разрушения поверхности под действием факела с учётом аналитической модели индентирования хрупких материалов Галанова—Григорьева [9]. Согласно этой модели, разрушение хрупких материалов определяется их прочностными свойствами и характеризуется образованием под инден- тором зоны (ядра) фрагментированного материала за счёт сдвиговых микроэффектов, возникающих при сжатии. Таким образом, при термомеханическом воздействии факела на поверхность керамического материала (анода) источником твердофазной эрозии могут быть как зона кристаллизации расплава (за счёт образования термических трещин), так и зона фрагментации материала. Можно предпо- ложить, что та составляющая твердофазной эрозии, которая обусловлена тепловым воздействием факела, определяется вязкостью разрушения K1c, а составляющая, обусловленная механическим (ударным) действием факела, — прочностными характеристиками. Поэтому в таблице электро- эрозия исследованных композитов сопоставлена с их прочностными харак- теристиками — твёрдостью Hμ, прочностью при изгибе σизг, а также с коэффициентом трещиностойкости, который в первом приближении может рассматриваться как мера пластичности материала. I II ФАКЕЛ III Величину Δa определяли при малом времени ЭИЛ (t = 1 мин/см2), чтобы избежать влияния на эрозию формирования вторичной структуры на аноде. Очевидно, эрозия коррелирует не с прочностными характеристиками, а с вязкостью разрушения, закономерно увеличиваясь с уменьшением трещиностойкости K1c. Это может свидетельствовать о том, что при термо- Сопоставление параметров электромассопереноса с физико-механическими свойствами материала анода при ЭИЛ в системе керамика—керамика Анод / катод Kt, % (t = 3 мин/см2) Δа⋅10-4, см3 (t = 1 мин/см2) Hμ, ГПа (при нагрузке 2 Н) σизг, МПа К1с, МПа⋅м1/2 )( )( 1 1 AK KK c c AlN—TiB2/ Ст. 45 58,0 2,1 18,5 450 4,95 — ЦБСАН / ЦБСИ 45,5 2,8 25,5 600 4,8 <1 (0,88) ЦБСИ / ЦБСАН 66,3 3,6 35,0 576 4,2 >1 (1,14) TiN—AlN / ЦБСИ — 6,7 20 ± 0,5 750 4,2 — механическом воздействии факела основной вклад в эрозию керамики вносит зона кристаллизации расплава I (рис. 1), обеспечивающая как жидкопаровую составляющую за счёт расплавления поверхности, так и твердофазную — за счёт трещинообразования при последующей кристаллизации расплава. Полученные ре- зультаты указывают на то, что в условиях искрового воздействия на компо- зиционную керамику фактором, определяющим её электроэрозионную стойкость, является не ударно-механическое, а тепловое влияние факела. На рис. 2, а представлена кинетика электромассопереноса для реверсивной пары (ZrB2—SiC)А/(AlN—ZrB2)К и (AlN—ZrB2)А/(ZrB2—SiC)К. Следует отметить, что при t > 3 мин/см2 скорость эрозии ЦБСАН-анода и привеса катодов (ЦБСАН, ЦБСИ) уменьшается за счёт образования вторичной структуры на рабочей поверхности анода и негативного влияния остаточных напряжений в легированном слое на катоде. Напротив, материал анода ЦБСИА эродирует с постоянной высокой скоростью, по- видимому, превышающей скорость формирования вторичной структуры. Различие кинетики массопереноса керамических электродов ЦБСАН и ЦБСИ обусловлено их разной трещиностойкостью: более низкая трещиностойкость керамики ЦБСИ ответственна за повышение твердофазной составляющей эрозии как ЦБСИ-анода, так и ЦБСИ-катода. Это объясняет увеличение эрозии ЦБСИ-анода и уменьшение привеса ЦБСИ-катода по τ Σ Δ k , Δ a ⋅1 0 – 4 с м 3 -30 -20 -10 0 10 20 1 2 3 4 5 6 7 8 t, мин 0 20 40 60 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t, мин III II I 0 20 40 60 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 K, % III II I а б Рис. 2. Кинетика (а) и коэффициент (б) массопереноса для систем ЦБСАН—ЦБСИ (катод) ( , , ) и ЦБСИ—ЦБСАН (катод) ( , , ). 163 сравнению с электродами (анодом и катодом) ЦБСАН с учётом одинакового адгезионного взаимодействия на границе покрытие—основа в рассматриваемых системах на основе ZrB2. Кинетика коэффициента массопереноса Kt (рис. 2, б) в системах керамика— керамика носит типичный для ЭИЛ трёхстадийный характер, отражающий процессы, которые протекают на рабочих поверхностях электродов. Это постоянство Kt на I этапе в отсутствие вторичной структуры на аноде и остаточных напряжений на катоде. Уменьшение Kt в условиях формирования вторичной структуры на аноде и накопления остаточных напряжений на катоде (II этап). И стабилизация величины Kt на III этапе, когда истинным объектом электроэрозии становится вторичная структура на аноде при установившемся уровне остаточных напряжений на катоде. Сопоставление величины Kt (t = 3 мин/см2) с K1c в системах с отличающимися значениями K1c материалов анода и катода показывает (таблица, рис. 2, б), что условию K1c (к) > K1c (а) отвечает повышенный коэффициент массопереноса Kt. Изменение морфологии и состава рабочей поверхности электрода (А) в процессе ЭИЛ рассмотрено на примере системы ТАН А / ЦБСИ К. Микроструктуры исходной (рис. 3, а) и рабочей (рис. 3, б) поверхностей электрода состава TiN— AlN (1 : 1) существенно различаются. Исходная поверхность представляет собой чередование тёмной (TiN) и светлой (AlN) фаз. После ЭИЛ в течение 8 мин/см2 поверхность анода оплавляется с образованием глубоких кратеров размером 0,6— 3 мкм в результате выброса материала в жидкопаровой фазе. Изменение морфологии поверхности анода сопровождается изменением её элементного состава (рис. 4). По данным микрорентгеноспектрального анализа (МРСА), исходная поверхность в виде чередующихся нитридных фаз алюминия и титана (рис. 4, а) трансформируется на рабочей поверхности во вторичную структуру (рис. 4, б), характеризующуюся значительным окислением, измельчением зерна (примерно на порядок) и изменением состава (появляются элементы материала катода — Zr и Si). В области кратера, обогащённой кремнием, присутствуют O, Si и Al. Это позволяет предположить, что в неравновесных условиях высокотемпературного окисления и оплавления поверхности кратеры образуются в микроучастках, соответствующих оксидным фазам систем Al—Si— O (муллиты) и Ti—Al—O (β-тиалит). Таким образом, трансформация морфологии поверхности анода в процессе ЭИЛ показывает, что вторичная структура а б Рис. 3. Микроструктура исходной (а) и рабочей (б) поверхностей анода TiN—AlN после 8 мин/см2 ЭИЛ материала ЦБСИ (катод). 164 Рис. 4. Распределение элементов на поверхности анода TiN—AlN: а — исходная; б — рабочая (после 8 мин/см2 ЭИЛ) (катод — ЦБСИ). Al Ti 1 Length = 35.24 microns, Step = 0.18 microns 200 Beam = 102.nA, KeV = 15. Sp.=2, Element: Al, Scala = 4500 Sp.=3, Element: Ti, Scala = 2000 N Beam = 102.92 nA, KeV = 15. Sp.=1, Element: N, Scala = 40. 1 Length = 35.24 microns, Step = 0.18 microns 200 а Sp.=1, Element: O , Scala = 150 Sp.=2, Element: Al, Scala = 950 Beam = 100.39nA, KeV = 15. Sp.=3, Element: Ti, Scala = 500 1 Length = 35.24 microns, Step = 0.18 microns 200 Beam = 99.33nA, KeV = 15. Sp.=1, Element: O , Scala = 150 Sp.=2, Element: Si, Scala = 950 Sp.=3, Element: Zr, Scala = 500 1 Length = 35.24 microns, Step = 0.18 microns 200 б 165 а б Рис. 5. Гистограммы трения (а) и износа (б) керамики ЦБСАН без и с ЭИЛ покрытием TiCN—AlN в сравнении с твёрдым сплавом ВК6 (сухое трение, контртело — Ст. 65Г, Р = 3 МПа, схема — вал—вкладыш). аΣ Δ k, Δ a ⋅ 10 –4, см3 t, мин/см2 бК, % t, мин/см2 Рис. 6. Кинетика массо- переноса при ЭИЛ Ст. 45 ( ) и сплава ВТ6 ( ) материалом ЦБСАН: а — привес катода и эрозия анода; б — коэффициент массопереноса. на поверхности керамического электрода формируется благодаря преимущественно тепловому воз- действию факела. Она представляет собой оплавленную поверхность с измельчённой зёренной структу- рой изменённого состава за счёт кристаллизации расплава, окисления и обратного массопереноса мате- риала с катода на анод. На этой поверхности возникают кратеры размером 0,6—3 мкм в результате выброса материала в жидкопаро- вой фазе. На рис. 5 приведены гисто- граммы коэффициента трения f и интенсивности изнашивания I для композиционной керамики ЦБСАН без и с ЭИЛ покрытием системы TiCN—AlN в сопоставлении с твёрдым сплавом ВК6. Видно, что при повышенной скорости сколь- жения (15 м/с) в условиях сухого трения керамика ЦБСАН на основе системы AlN—ZrB2 с ЭИЛ покрытием обеспечивает снижение величин f и I в целом на 27 ± 0,5% по сравнению со сплавом ВК6. Этот результат с учётом высокой стойкости разработанной керамики ЦБСАН к высокотемпературной коррозии (до 1450 °C [10]) показывает её конкурентоспособность по отношению к вольфрамовым твёрдым сплавам. Кинетика массопереноса для систем керамика (А)—металлический сплав (К) носит тот же трёхстадийный характер, что и для систем кера- мика—керамика (рис. 2, 6). На рис. 6 показано влияние подложки (К) 166 на эрозию материала электрода (А) ЦБСАН. Оказалось, что эрозионная стойкость керамики после легирования выше у сплава ВТ6, чем у Ст. 45, но привес катода при этом одинаков. Отличие в величине эрозии может быть обусловлено различным составом вторичной структуры на аноде, что Время t, мин Рис. 7. Распределение элементов в зоне контактного взаимодействия ЦБСАН (электрод)—Ст. 45 (а, б) и кинетика смачивания (в). а в б зависит от материала катода, тогда как одинаковый привес катода (при разной величине эрозии анода) — прочностью адгезионного взаимо- действия на границе покрытие—основа. Результаты МРСА зоны контактного взаимодействия в системе ЦБСАН—Ст. 45 (рис. 7, б) свидетельствуют, по-видимому, об образовании силицидов железа (совпадение концентрационных максимумов Fe и Si), находящихся между зёрнами AlN и ZrB2. Поскольку процесс ЭИЛ протекает на воздухе, следует ожидать, что межзёренное пространство на поверхности композита ЦБСАН будет заполняться хрупкими силикатами системы Fe—Si—O, которые ослабляют межзёренную прочность, увеличивая твердофазную составляющую эрозии материала ЦБСАН. Это проявляется, с одной стороны, в увеличении Δa, а с другой — в ограни- чении привеса Δk за счёт, по-видимому, ослабления адгезионного взаимодействия на границе покрытие—подложка. Распределение элементов на рабочей поверхности ЦБСАН-анода при ЭИЛ сплава ВТ1-0 (рис. 8) показывает возможность образования сложных оксидных фаз систем Ti—Zr—O и Ti—Al—O, отличающихся прочной адгезионной связью как с материалом ЦБСАН, так и составом ВТ1-0, 167 поскольку Ti и Zr являются изоэлектронными и изоструктур- ными элементами. Это обеспе- чивает в системе ЦБСАН—ВТ1-0 повышение эрозионной стойкости ЦБСАН-анода при том же уровне привеса катода, что и для системы ЦБСАН—Ст. 45. На рис. 9 показано влияние материала электрода на пара- метры электромассопереноса при ЭИЛ сплава АЛ9. В качестве элек- тродов для сравнения выбраны Рис. 8. Спектры МРСА рабо- чей поверхности электрода ЦБСАН после ЭИЛ титанового сплава ВТ1-0 в течение 8 мин/см2. а а б Рис. 9. Кинетика массопереноса при ЭИЛ сплава АЛ9 материалами ЦБСАН ( ) и ТБСАН ( ): а — привес катода и эрозия анода; б — коэффициент ма сопереноса. с материалы-аналоги — ЦБСАН и ТБСАН — систем AlN—ZrB2— ZrSi2 и AlN—TiB2—TiSi2 соответ- ственно, имеющие одинаковое массовое соотношение компо- нентов. Следует отметить, что при разной величине эрозии электродов привес катода на начальном этапе ЭИЛ (t ≤ 2 мин/см2) одинаковый. Это может быть следствием различного адгезионного взаимо- действия на межфазной границе, определяющего прочность сцепле- ния покрытия с основой. Зоны контактного взаимодей- ствия сплава АЛ9 с электродами ЦБСАН (рис. 10, а, б) и ТБСАН (рис. 10, в, г) отличаются. В системе ЦБСАН—АЛ9 со стороны капли образуется дендритная структура в виде пластин кремния, ориен- тированных перпендикулярно границе контакта, за счёт диффузии кремния из основы в жидкую фазу алюминия. В системе ТБСАН—АЛ9 такая структура не t, мин/см2 t, мин/см2 168 Рис. 10. Микроструктура зоны контактного взаимодействия сплава АЛ9 с электродами ЦБСАН (а, б) и ТБСАН (в, г). а б Рис. 11. МРСА в зоне контактного взаимодействия электрод ЦБСАН—АЛ9 (а) и электрод ТБСАН—АЛ9 (б). образуется. Отличие в адгезионном взаимодействии керамик объясняется их разной смачиваемостью сплавом АЛ9: на поверхности керамики ЦБСАН капля полностью растекается, а на поверхности керамики ТБСАН — сохраняется. Согласно результатам МРСА (рис. 11), в контактной зоне взаимодействия системы ЦБСАН—АЛ9 отношение Si/Al со стороны а Капля Основа б Капля Основа в г 169 кап Показана принципиальная возможность электроискрового модифицирования поверхност стемах керамика—керамика. Наи коэ пер до м логия вторичной структуры указывают на преиму- щес ический спл о х ямую пропорциональную зави ой по сравнению с твёрдым спл на основі сполук втілення за термодифузійного насичення на его стойкость к износу и ли составляет ∼1, что объясняет её высокую микротвёрдость (16,4 ГПа). В системе ТБСАН—АЛ9 отношение Si/Al (∼0,2) в контактной зоне и её микротвёрдость (∼1,2 ГПа) соответствуют таковым исходного сплава АЛ9. Отличие в адгезионном поведении рассматриваемых систем объясняет, почему при меньшей величине эрозии ЦБСАН-анода привес АЛ9-катода такой же, как и в системе ТБСАН—АЛ9 (рис. 9). Выводы и в си больший ффициент массо еноса (66%) стигается, когда трещиностойкость атериала керамического катода выше, чем леги- рующего электрода. Корреляция эрозии керамических электродов (анодов) с вязкостью разрушения и морфо твенно тепловое воздействие факела на рабочую поверхность. При ЭИЛ в системах керамика—керамика основные закономерности массопереноса схожи с таковыми для систем керамика—металл ав (катод). В обоих случаях кинетика массопереноса имеет трёхстадийный характер, отражающий изменение физико-химических процессов на раб чи поверхностях электродов. На величину привеса катода влияет адгезионное взаимодействие на границе покрытие—подложка, что нарушает пр симость привеса катода от эрозии анода. Композиционная керамика системы AlN—ZrB2 с ЭИЛ покрытием по износостойкости является конкурентоспособн авом ВК6, что позволяет рассматривать электроискровое упрочнение твердосплавного режущего инструмента как перспективное направление материаловедения. 1. Федірко В. М., Погрелюк І. М., Яськів О. І. Формування на титані функціо- покриттівнальних // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2006. — № 3. — С. 17—26. 2. Подчерняева И. А., Лавренко В. А., Березанская В. И. и др. Формирование и свойства электроискровых покрытий на твёрдом сплаве ВК6 // Порошковая металлургия. — 1994. — № 11/12. — С. 19—24. 3. Подчерняева И. А., Панасюк А. Д., Лавренко В. А., Юга А. И. Влияние электроискрового легирования твёрдого сплава коррозии // Там же. — 1999. — № 5/6. — С. 42—47. 4. Evans A. G., Charles E. A. Fracture toughness determination by indentation // J. Amer. Ceram. Soc. — 1976. — 59, Nо. 3. — P. 371—378. 5. Верхотуров А. Д., Подчерняева И. А., Егоров Ф. Ф. Электродные материалы для электроискрового легирования. — М.: Наука, 1988. — 220 с. 6. Подчерняева И. А., Панасюк А. Д., Затуловский С. С. и др. Структурообразо- вание и массоперенос износостойких покрытий при электроискровом легировании Al—Si сплавов композиционной керамикой LaB6—ZrB2 // Сверхтвёрдые материалы. — 2003. — № 6. — С. 50—59. 7. Подчерняева И. А., Юречко Д. В., Панасюк А. Д., Тепленко М. А. Поверхностное модифицирование сплава АЛ9 при электроискровом легировании материалами системы AlN—Ti(Zr)B2—Ti(Zr)Si2 // Порошковая металлургия. — 2004. — № 3/4. — С. 43—50. 170 8. Месяц Г. А. Эктон — лавина электронов из металла // Успехи физ. наук. — 1995. — 165, № 6. — С. 601—626. 9. Галанов Б. А., Григорьев О. Н. Аналитическая модель индентирования хруп- ких материалов // Электронная микроскопия и прочность материалов. — К.: композиционных керамических материалов системы AlN—ZrB — Особливості електромасопереносу при електроіскровому В. М. Пан Юречко Пок ня крове легування, кераміка, масоперенос, V. M. Panashenko, I. A. Pod Panasyuk, D. V. Yurechko Th y n, ceramics, mass transfer, fracture Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. — 2006. — Вып. 13. — С. 4—42. 10. Лавренко В. А., Панасюк А. Д., Подчерняева И. А. Высокотемпературное окисление 2 ZrSi2 // Порошковая металлургия. — 2008. — № 1/2. — С. 196—203. легуванні в системі кераміка—кераміка ашенко, І. О. Подчерняєва, А. Д. Панасюк, Д. В. азано принципову можливість електроіскрового модифікуван поверхні в системах кераміка—кераміка. Закономірності масопереносу схожі з такими для систем кераміка—металевий сплав (катод). Найбільший коефіцієнт масопереносу досягається, коли тріщиностійкість матеріалу катоду вище, ніж легуючого електроду. Композиційна кераміка системи AlN—ZrB2 з електро- іскровим покриттям за своєю зносостійкістю є конкурентоздатною порівняно з твердим сплавом ВК6. Отримані результати дозволяють розглядати електроіскрове легування твердосплавного ріжучого інструменту керамікою як перспективний напрямок. Ключові слова: електроіс тріщино- та зносостійкість. Mass transfer features at electric spark deposition of ceramics onto ceramics chernyaeva, A. D. e possibility of electric spark modification of ceramic surface b ceramic materials has been shown. The mass transfer is found to be similar to that for metal alloy (cathode) being modified by ceramics (anode). The maximum coefficient of the mass transfer is reached when cathode’s fracture toughness is higher than anode’s one. AlN—ZrB2 system ceramics with electric spark coating has exhibited higher wear resistance than WC—6% Co cermet. The results obtained allow the electric spark hardening of hardmetal cutting tools with ceramics to be seen as promising trend. Keywords: electric spark depositio toughness, wear resistance. 171 Введение Методы и материалы Результаты и их обсуждение Выводы

Особенности электромассопереноса при электроискровом легировании в системе керамика—керамика

Institution

Ähnliche Einträge