先进制造技术论文4.docx

1、封面先进制造技术题目：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

2、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（Electro Spark Deposition）是一种低应力、低变形的表面处理工 艺，该表

3、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800025000C,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

4、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）

5、，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、

6、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

7、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2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

8、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。3先进制造技术结课论文参考文献1 罗成，董仕节，熊翔，等.电火花沉积表面处理技术的应用进展J.表面技 术,2009,38(4):53-56.2 王建升.电火花沉积工艺及沉积层性能的研究J.表面技术,2005 ,34(1):27-30.3 郭晓霞.电火花表面沉积技术J.深圳职业技术学院学报

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