先进制造技术论文4.docx

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先进制造技术

题目：

电火花沉积技术的应用

专业：

机械工程

学号：

—

姓名：

完成日期：

2014年1月

先进制造技术结课论文

电火花沉积技术的应用

摘要：

电火花沉积技术是一种表面修复、强化工艺，通过用高电流的短脉冲把电极材料沉积到基体金属表面，微量的电极材料在脉冲等离子弧的作用下熔化并在基体表面快速固化形成涂层，涂层与基体表面材料呈冶金结合。

该工艺不仅可以用来填充零件的破损区域，还可以用在表面涂层。

笔者对该技术的原理、特点以及应用进行了详细介绍。

0引言

现代工业对零件表面性能的要求越来越高。

在高温、高速、高压、重载、腐蚀性介质下工作的零部件，其失效往往与表面的磨损、腐蚀、氧化等有关［以。

为了提高零部件的使用寿命，降低成本，金属表面强化及处理技术得到了广泛的应用。

如：

热喷涂、电刷镀、气相沉积、电火花沉积等技术。

每一种工艺都有其优点、缺陷和相应的应用。

上述大部分工艺，基体与涂层间是化学或机械结合同。

近年来，电火花沉积技术以其操作简单，且具有低能耗和加工成本低等优点，在工程领域得到了越来越多的应用，已经由最初用于刀模具的强化与修复扩展到能源、航空、航天、军事、医疗等诸多领域⑷％本文将介绍电火花沉积技术的工作原理、特点及其典型应用。

1电火花沉积技术的工作原理及特点

1.1工作原理

电火花沉积（ElectroSparkDeposition）是一种低应力、低变形的表面处理工艺，该表面处理方法是一个复杂的系统工程，其中涉及到冶金学，摩擦学材料性能等方面。

电火花沉积是将电源存储的高能量电能，在电极（阳极）与金属母材（阴极）间高频释放，当两者接近时，其间的空气电离，形成放电通道，工件和电极之间产生电火花。

如图1所示，电火花只产生在非常小的放电区域，从而产生大量的热能，温度高达8000—25000°C,使电极材料熔化，以等离子冶金状态沉积到工件表面，并与工件表面的微小峪化区金属形成合金，同时向工件表面扩散和渗透，使金属表面重新合金化［对］。

图一电火花沉积工艺示意图

1.2特点

该方法可按不同性能要求，使工件具有高硬度、高耐磨性、高疲劳强度以及高耐腐蚀性和抗氧化、耐高温、耐烧蚀等特殊性能，广泛应用于工具、模具、刃具、农机、军工、医药、汽车、食品、矿山、冶金等行业机械零部件的表面强化,以及失效零部件的表面修复。

与其它表面处理技术相比，电火花沉积具有如下优占［8】.八、、 •

C1）能量输入低，基体保持室温，热影响区及变形极小；因此，可以忽略对基体的影响。

C2）快速凝固。

因为放电时间比放电间隔时间短，放电间隔期间热量迅速扩散到工件的其他部位，因此热量不会集中在工件的处理部位，实现真正意义的冷焊。

C3）涂层与基体呈冶金结合，结合强度高，在这方面明显优于热喷涂。

（4） 涂层细密，均匀性好。

（5） 只需要少量的前处理和后处理，有时甚至不需要。

C6）适于在线修复（设备移动性好），这点对于大型工件或在线设备的修复非常重要。

C7）适用范围广，适用于所有导电、可熔的金属及陶瓷材料。

电火花沉积还有一些其它的优点，例如：

容易自动化；环境友好（不存在噪声、水气等环境污染）；可用于视线看不到的地方，如零件的内孔、凹槽部位。

但电火花沉积也存在着一定的缺点，比如它的表面沉积层较薄（一般小于1mm）,沉积速度慢，效率低，因此不适用于大的区域及形状复杂的表面。

2电火花沉积技术的应用

电火花沉积技术在众多领域的应用，可归类为三大方面：

（1）金属材料的表面改性，指对基体材料表面的耐磨、耐热、耐腐蚀、抗疲劳等特性的改变或提高;

（2）工件表面缺陷的修复，主要指在精密机械零部件表面的划痕、超差等方面的尺寸恢复；C3）实现基体材料表面的异种材料堆焊。

2.1金属材料的表面改性

金属材料表面改性工艺的应用是近年来表面工程技术的重要发展方向，在节能、节材等方面具有重要意义。

电火花沉积技术在这一方面已经取得了大量应用实例。

如：

电火花沉积工艺还应用于冷冲模、客车大型模具、金属压印模、弯曲模、塑料模具、铸型模等各种模具的型腔表面改性强化。

应用显示，改性强化后的工模具耐用度提高了2倍以上〔9】。

2008年张辉等应用电火花沉积技术，以WC为电极，以氧气为保护气，在W18Cr4V高速钢麻花钻头（钻头材料分别为铸铁和45号钢）表面制备了WC硬质合金涂层。

在干式切削条件下进行切削试验，分析比较了涂层钻头与未涂层钻头寿命和磨损情况。

如图2、3、4,结果表明，WC涂层可显著提高刀具切削能力，延长其寿命，在钻削45钢和铸铁时，涂层钻头平均寿命分别比未涂层钻头提高了10倍和13倍，同时钻头磨损速度明显减缓

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图二钻头寿命对比

2.2缺陷修复

电火花沉积工艺以其携带方便，可现场操作，不必拆卸大型机械等特点，被广泛的应用于海军舰船、大型机电设备液压、系统元件等、磨具刀具磨损表面等的修复。

如图5修复现场是1999年哈尔滨汽轮机厂与中国农机院表面工程技术研究所［15］合作，采用电火花堆焊工艺首次成功修复电厂30万千瓦发电机组轴径密封段磨损面，解决了此类部件损坏后不能焊接修复，刷镀层性能差，喷涂结合强度不达标等技术难题［91。

图5发电机组轴径修复现场

3结论

提高零部件的使用寿命，降低成本是其非常便捷的方式。

这预示着电火花沉积表面强化、修复工艺在未来发展中有着巨大的潜力和价值。

为使其能够更为广泛的应用，该技术应该向着高效率的自动化、智能化发展，运用机器人技术，并克服其不能大面积修复的缺点。

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先进制造技术结课论文

参考文献

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