satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2016-15-5-380-390sat-944Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGРОЛЬ УЛЬТРАЗВУКА В МЕХАНИЗМАХ АНОДНО-КАТОДНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ЛЕГИРОВАНИИROLE OF ULTRASOUND IN MECHANISMS OF ANODE-CATHODE INTERACTIONS DURING ELECTROSPARK ALLOYINGЧигриноваН. М.ChigrinovaN. M.

Доктор технических наук 

Адрес для переписки: Чигринова Наталья Михайловна— Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 67, 220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 293-95-81   tiro@bntu.by

Address for correspondence: Chigrinova Nataliya M.— Belаrusian National Technical University, 67 Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus Tel.: +375 17 293-95-81     tiro@bntu.by

tiro@bntu.byЛовыгинС. И.LovyginS. I.

Аспирант

Graduate student

ЧигриновВ. Е.ChigrinovV. E.Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusИнститут порошковой металлургии НАН БеларусиБеларусьPowder Metallurgy Institute of the NAS of BelarusBelarus201627092016155380390Copyright © Чигринова Н.М., Ловыгин С.И., Чигринов В.Е., 20162016Чигринова Н.М., Ловыгин С.И., Чигринов В.Е.Chigrinova N.M., Lovygin S.I., Chigrinov V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/944

Приведены результаты исследований кинетики массопереноса и динамика формирования покрытий интегральным способом электроискрового легирования с дополнительным ультразвуковым воздействием на разных стадиях их формирования. В настоящее время для нанесения защитно-упрочняющих покрытий в пределах допустимых толщин и характеристик в основном применяется классический метод электроискрового легирования с использованием твердосплавных анодов и частотой импульсного переменного напряжения на катушке вибровозбудителя от 20 до 1600 Гц. Главной особенностью применения ультразвукового воздействия (частота 22–44 кГц) в процессе электроискрового легирования является возможность дальнейшего наращивания толщины формируемых покрытий даже после достижения порога хрупкого разрушения материала покрытия. Методика проводимой работы базировалась на комплексных гравиметрических, металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях формируемых покрытий на основе композиций, изготовленных методом высокоэнергетического горячего прессования, и системы «тугоплавкий карбид (WC) – связка» в виде сплава на основе никеля из серии «колмоной» системы Ni – Ni3B, легированной добавками меди и кремния. Первоначальная обработка поверхности в диапазоне ультразвуковых частот 22–44 кГц способствует заметному возрастанию скорости массопереноса, которая определяется прежде всего химическим составом и термодинамической устойчивостью анодов. Это объясняется активацией поверхности в процессе ее предварительного деформирования с ультразвуковой частотой с созданием дополнительных условий для возникновения искрового разряда. Завершающая ультразвуковая обработка улучшает качество покрытия вследствие его дополнительной проковки, приводя к увеличению однородности его структуры и повышению ее плотности.

The paper reveals results of investigations on mass transfer kinetics and dynamics of coating formation while using integral electrospark alloying method with additional ultrasonic exposure at different stages of formation. Nowadays, a classical method for electrospark alloying with hard-alloy anodes and impulse AC voltage frequency on the vibration exciter coil from 20 to 1600 Hz has been mainly used for application of protective and strengthening coatings within permissible thickness and characteristics. The key aspect of ultrasonic exposure application (frequency 22–44 kHz) during electrospark alloying is the possibility to increase further thickness of coatings to be formed even after reaching a brittle fracture threshold of the coating material. Methodology of the executed research activity has been based on integrated studies (gravimetric, metallographic, X-ray diffraction and electron microscopic) of coatings which are to be formed through compositions produced while using method of high-energy hot compaction and a “refractory carbide (WC) and a binding material“ system in the form of alloy based on nickel from the series of “colmonoy” Ni – Ni3B system which is alloyed with additions of copper and silicon. The initial surface treatment within ultrasonic frequency range (22–44 kHz) contributes to a noticeable increase in the mass transfer rate, which is primarily determined by chemical composition and thermodynamic stability of anodes. It is due to surface activation in the process of its preliminary deformation at ultrasonic frequency which creates additional conditions for striking of a spark.The final ultrasonic treatment improves coating quality due to its additional forging that leads to an increase of its structure homogeneity and density.

электроискровое легированиеультразвуковое воздействиепорогхрупкое разрушениеактивацияоднородностьelectrospark alloyingultrasonic exposurethresholdbrittle fractureactivationhomogeneityReferencesЛазаренко, Н. И. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Н. И. Лазаренко, Б. Р. Лазаренко // Электронная обработка материалов. 1977. № 3. С. 12–16.Lazarenko N. I., Lazarenko B. R. (1977) Electric Spark Alloying of Metal Surfaces. Elektronnaia Obrabotka Materialov [Electronic Processing of Materials], (3), 12–16 (in Russian).Спиридонов, Н. В. Плазменные и лазерные методы упрочнения / Н. В. Спиридонов, О. С. Кобяков, И. Л. Куприянов. Минск: Вышэйш. шк., 1988. 154 с.Spiridonov N. V., Kobyakov O. S., Kupriyanov I. L. (1988) Plasma and Laser Hardening Methods. Minsk, Vysheyshaya Shkola. 154 (in Russian).Электроискровое легирование металлических поверхностей / А. Е. Гитлевич [и др.]. Кишинев: Штиинца, 1985. 196 с.Gitlevich A. E., Mikhailov V. V., Parkansky N. Ya., Revutsky V. M. (1985) Electrospark Alloying of Metal Surfaces. Kishinev, Publishing House “Shtiintsa”. 196 (in Russian).Самсонов, Г. В. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Г. В. Самсонов, А. Д. Верхотуров. Киев: Наук. думка, 1986. 50 с.Samsonov G. V., Verkhoturov A. D. (1986) Electrospark Alloying of Metal Surfaces. Kiev, Naukova Dumka. 50 (in Russian).Разработка технологии получения многокомпонентных электродов систем «карбид – металл». Определение оптимальных режимов смешивания, прессования и спекания: отчет о НИР (этап 1) / Институт проблем материаловедения НАН Украины; рук. темы А. В. Паустовский. Киев, 2013. 19 с. Ф54.2/013; І-8-13.Paustovskiy A. V. [Project Coordinator] (2013). Development of Technology for Obtaining Multicomponent Electrodes of Carbide-Metal System. Determination of Optimal Blending, Pressing and Sintering Modes: Research Report (Stage 1). Kiev, Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Science of Ukraine. 19. ?54.2/013; ?-8-13 (in Russian, unpublished).Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов: теория и практика / Ф. Х. Бурумкулов [и др.]. Саранск: МГУ имени Н. П. Огарева, 2003. 504 с.Burumkulov F. Kh., Lezin P. P., Senin P. V., Ivanov V. I., Velichko S. A., Ionov P. A. (2003) Electrospark Technologies for Restoration and Strengthening of Machine Parts and Tools (Theory and Practice). Saransk: Ogarev Mordovia State University [Ogarev MSU]. 504 (in Russian).Чигринова, Н. М. Интенсификация процессов микроплазмоискрового упрочнения и восстановления металлических изделий повышенной точности электромеханическим воздействием / Н. М. Чигринова. Минск, 2010. 310 с.Chigrinova N. M. (2010) Intensification of Microplasmaspark Hardening and Restoration Processes for Metal Products of Increased Accuracy by Electromechanical Action. Minsk. 310 (in Russian).Рахимянов, Х. М. Моделирование процесса формирования регулярного микрорельефа при ультразвуковом пластическом деформировании / Х. М. Рахимянов, Ю. С. Семенова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 2. С. 3–9.Rakhimyanov Kh. M., Semyonova Yu. S. (2010) Modeling of Process for Formation of Regular Microrelief at Ultrasonic Plastic Deformation.Uprochniaiushchie Tekhnologii i Pokrytiia [Hardening Technologies and Coatings], (2), 3–9 (in Russian).Коротаев, Д. Н. Технологические возможности формирования износостойких наноструктур электроискровым легированием / Д. Н. Коротаев. Омск: СибАДИ, 2009. 255 с.Korotayev D. N. (2009) Technological Possibilities for Formation of Wear-Resistant Nanostructures by Electrospark Alloying. Omsk: Siberian State Automobile and Highway Academy [SibADI]. 255 (in Russian).Самсонов, Г. В. Закономерности электроискрового разрушения тугоплавких металлов с углеродом, бором / Г. В. Самсонов, А. Н. Лемешко // Электронная обработка материалов. 1969. № 6. С. 3–6.Samsonov G. V., Lemeshko A. N. (1969) Regularities of Electric Destruction in Refractory Metals with Carbon and Boron. Elektronnaia Obrabotka Materialov [Electronic Processing of Materials], (6), 3–6 (in Russian).Чигринова, Н. М. Микроплазмоискровое легирование с ультразвуковым модифицированием поверхности / Н. М. Чигринова, А. А. Кулешов, В. В. Нелаев // Электронная обработка материалов. 2010. № 2. С. 27–36.Chigrinova N. M., Kuleshov A. A., Nelaev V. V. (2010) Microplasma-Spark Alloying with Ultrasonic Surface Modification. Elektronnaia Obrabotka Materialov [Electronic Processing of Materials], (2), 27–36 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.