Помощь студентам в учебе
ОЧИСТКА И МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ НЕЛЕГИРОВАННОЙ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫМ МЕТОДОМ В ГАЗЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
|
Введение 4
Глава 1. (Обзор литературы) 10
1.1 Традиционные методы очистки поверхности металлов 10
1.2 Электрические методы очистки 14
1.3 Предпосылки использования электроискрового разряда для очистки поверхности металла. 20
1.3.1 Электроэрозионная обработка 22
1.3.2 Электроискровая модификация поверхности 26
1.3.3 Выбор материала электрода и полярности импульса напряжения 28
1.4 Обзор генераторов для формирования электрической искры 31
Выводы по главе: 35
Глава 2 (Методика проведения исследований) 36
2.1 Состав и принцип работы импульсной электроискровой установки 36
2.2 Средства измерения электрических параметров установки 42
2.3 Расчет потерь энергии генератора при обработке поверхности образцов 44
2.4 Объекты исследования, характеризация модифицированной поверхности 47
Выводы по главе: 49
Глава 3 (Характеристики генератора) 50
3.1 Влияние энергии, запасаемой в генераторе и величины межэлектродного промежутка на
вольт-амперные характеристики разряда 50
3.2 Влияния энергии накопленной в генераторе и межэлектродного промежутка на величину
энергии выделенной в межэлектродном промежутке 54
3.3 Величина импульсной эрозии электрода-инструмента в зависимости от полярности и
энергии генератора 56
Выводы по главе: 59
ГЛАВА 4 (Модификация поверхности) 60
4.1 Обработка поверхности стали при использовании вольфрамового электрода-инструмента
с отрицательным потенциалом 61
4.1.1 Обработка поверхности электроискровым разрядом при отрицательной полярности
электрода-инструмента в атмосфере аргона 61
4.1.2 Обработка поверхности электроискровым разрядом при отрицательной полярности
электрода-инструмента в атмосфере азота 67
4.2 Обработка поверхности стали при использовании вольфрамового электрода-инструмента
с положительным потенциалом 71
4.3 Влияние мощности выделяемой в искровом промежутке на рельеф поверхности 76
Выводы по главе: 78
Глава 5 (Очистка поверхности образцов стального проката) 79
5.1 обработка поверхности стали с оксидной пленкой толщиной до 1 мкм 79
5.2 Обработка поверхности стали с оксидной пленкой толщиной 10мкм 82
5.3 Электродная система позволяющая производить полное удаление слоя окалины 89
Выводы по главе: 91
Заключение 93
Список литературы 95
Приложение
Глава 1. (Обзор литературы) 10
1.1 Традиционные методы очистки поверхности металлов 10
1.2 Электрические методы очистки 14
1.3 Предпосылки использования электроискрового разряда для очистки поверхности металла. 20
1.3.1 Электроэрозионная обработка 22
1.3.2 Электроискровая модификация поверхности 26
1.3.3 Выбор материала электрода и полярности импульса напряжения 28
1.4 Обзор генераторов для формирования электрической искры 31
Выводы по главе: 35
Глава 2 (Методика проведения исследований) 36
2.1 Состав и принцип работы импульсной электроискровой установки 36
2.2 Средства измерения электрических параметров установки 42
2.3 Расчет потерь энергии генератора при обработке поверхности образцов 44
2.4 Объекты исследования, характеризация модифицированной поверхности 47
Выводы по главе: 49
Глава 3 (Характеристики генератора) 50
3.1 Влияние энергии, запасаемой в генераторе и величины межэлектродного промежутка на
вольт-амперные характеристики разряда 50
3.2 Влияния энергии накопленной в генераторе и межэлектродного промежутка на величину
энергии выделенной в межэлектродном промежутке 54
3.3 Величина импульсной эрозии электрода-инструмента в зависимости от полярности и
энергии генератора 56
Выводы по главе: 59
ГЛАВА 4 (Модификация поверхности) 60
4.1 Обработка поверхности стали при использовании вольфрамового электрода-инструмента
с отрицательным потенциалом 61
4.1.1 Обработка поверхности электроискровым разрядом при отрицательной полярности
электрода-инструмента в атмосфере аргона 61
4.1.2 Обработка поверхности электроискровым разрядом при отрицательной полярности
электрода-инструмента в атмосфере азота 67
4.2 Обработка поверхности стали при использовании вольфрамового электрода-инструмента
с положительным потенциалом 71
4.3 Влияние мощности выделяемой в искровом промежутке на рельеф поверхности 76
Выводы по главе: 78
Глава 5 (Очистка поверхности образцов стального проката) 79
5.1 обработка поверхности стали с оксидной пленкой толщиной до 1 мкм 79
5.2 Обработка поверхности стали с оксидной пленкой толщиной 10мкм 82
5.3 Электродная система позволяющая производить полное удаление слоя окалины 89
Выводы по главе: 91
Заключение 93
Список литературы 95
Приложение
Согласно данным World Steel Association [1] общемировой объем производства черных металлов за последние 60 лет вырос в 7 раз и в 2010 году приблизился к уровню 1,5 млрд. тонн, из них в России - 65 млн. тонн. Одновременно с этим повысились требования к качеству металлопродукции, энергоэффективности производства и ресурсосбережению, а также произошло ужесточение законодательства в сфере охраны окружающей среды [2]. В качестве обозначенных целевых показателей, которые, согласно данным агентства Ernst&Young являются общемировой тенденцией, к 2020 году запланировано снижение энергоемкости производства металлоконструкций на 8 .. 16% при одновременном снижении выбросов сточных вод на 50%, в атмосферу - на 24% [2]. Добиться их реализации возможно только при переходе производства на более эффективные технологии выплавки и обработки металлов, позволяющие повысить качество продукции с минимизацией энергопотребления и загрязнения окружающей среды.
Очистка проката является одной из технологических операций, выполняемой при изготовлении большинства стальных металлоконструкций и оказывающей значительное влияние на качество изделия и его долговечность. Эта операция наиболее актуальна для широко применяемых низкоуглеродистых конструкционных сталей, которые подвержены коррозии [3]. Требования к очистке регулируют международные и отечественные стандарты [4, 5].
Все основные технологии очистки металлов - механическая, химическая, электрохимическая, ультразвуковая и индукционная - обладают рядом серьезных недостатков. Наиболее серьезными из них являются низкая эффективность очистки и образование вредных веществ, загрязняющих окружающую среду. Разрабатываемые в настоящее время новые технологии очистки металлов, основанные на обработке поверхности
высококонцентрированными потоками энергии (например, лазерная, электронными и ионными пучками, электролитно-плазменная и плазменно-дуговая) практически лишены указанных недостатков. Однако и эти технологии имею ряд существенных недоработок не позволяющих назвать их универсальными. В связи с чем, остается актуальным вопрос о поиске новых методов очистки поверхности металла.
В качестве нового инструмента для очистки поверхности металла, в данной работе предлагается использовать метод, основанный на взаимодействии искровых разрядов с поверхностью металла в газе атмосферного давления. Благодаря таким особенностям метода как высокая температура в искровом разряде, простота получения искрового разряда, возможность обработки в различных газах атмосферного давлении, экологическая чистота процесса, возможность обрабатывать как крупные, так и мелкие детали и т.д. можно называть этот метод одним из самых перспективных на сегодняшний день.
Данная работа посвящена изучению возможности очищать поверхность металла искровыми разрядами в газе атмосферного давления, выяснению влияния искровых разрядов и параметров обработки на структуру и состав поверхностного слоя, а также определению режимов, при которых будет происходить полная очистка поверхности металла с минимальными изменениями материала подложки.
Цель диссертационной работы: исследовать процесс очистки и модификации
поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали электроискровым методом в защитном газе атмосферного давления.
Задачи, решаемые в процессе работы:
1. Разработка и создание электроискровой установки с изменяемой энергией в импульсе и варьируемой частотой следования импульсов.
2. Выбор параметров обработки: энергии; межэлектродного промежутка; рабочего газа.
3. Исследование процесса удаления окалины с поверхности металла в процессе электроискровой обработки.
4. Исследование влияния электроискровой обработки на микроструктуру, элементный и фазовый состав поверхностного слоя, а также морфологию поверхности обрабатываемой стали.
Научная новизна:
1. Впервые для очистки поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали от окалины в газовой среде атмосферного давления применен электроискровой метод, разработана схема источника питания и конструкция электродной системы, позволяющая полностью удалить оксидный слой.
2. Показано, что при удалении оксидного слоя с поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали одновременно с очисткой происходит модификация поверхностного слоя обрабатываемого металла, на глубину более 4мкм.
3. Установлено, что при оптимизации величины параметров высоковольтного источника питания, можно обеспечить режим удаления только оксидной пленки толщиной до 10мкм с поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали, без изменения величины шероховатости поверхности.
4. Установлено, что при обработке поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали электроискровым методом при положительной полярности высоковольтного электрода в чистом азоте атмосферного давление и энергией в импульсе 7мДж и выше происходит изменение структуры поверхностного слоя металла с формированием нитридной фазы.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Использование высоковольтного импульсного источника питания, включающего высоковольтный и низковольтный генераторы, работающие на один разрядный промежуток, обеспечивает коэффициент передачи энергии выше 75% из накопительной емкости импульсного источника в искровой канал в газе атмосферного давления при межэлектродном промежутках (0,5-3)мм.
2. Электроискровая обработка поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали без окалины воздействием искровых разрядов в газе атмосферного давления при удельных затратах энергии 4кВт*ч/м2 и выше приводит к формированию модифицированного поверхностного слоя толщиной от 4мкм по структуре и фазовому составу отличному от состава исходного материала.
3. При электроискровой обработке низкоуглеродистой нелегированной стали с тонким слоем окалины до 0,5мкм и без неё структура поверхностного слоя и шероховатость получаемой поверхности не отличаются.
4. Полное удаление оксидного слоя толщиной до 10мкм с плоской поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали обеспечивается в системе острие-плоскость при положительном потенциале острия расположенного под плоскостью в газе атмосферного давления при удельных затрат энергии до 2кВт*ч/м2.
Практическая значимость работы заключается том, что разработан новый метод очистки поверхности стали от окалины при помощи искровых разрядов в защитном газе атмосферного давления. Проведенные исследования показывают возможность удаления слоев окалины до 10мкм с поверхности металла с энергозатратами до 2кВ*ч/м2. Простота конструкции установки, экологическая чистота процесса и его низкая энергоемкость дают возможность снизить трудовые и материальные затраты на очистку поверхности стали при использовании этого метода на крупном производстве. Разработанный метод позволяет, одновременно с очисткой поверхности, модифицировать поверхностный слой металла, придавая ему свойства, способные значительно снизить затраты времени на подготовку металла для дальнейшего использования.
Применение разработанной технологии очистки металла перед дальнейшим его использованием в технологическом процессе позволит повысить качество изготавливаемой из него продукции и снизить процент брака.
В ходе работы был разработан источник питания с высоким коэффициентом полезного действия (получен патент на полезную модель), который может быть использован и при других электроискровых технологиях.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась использованием современных методов исследования поверхности металла до и после обработки, а также структуры материала подвергнутого обработке. Использовалось калиброванное, поверенное и сертифицированное оборудование для измерения электрических параметров. Кроме того, согласно проведенному литературному обзору, все полученные результаты не противоречат уже известным научным фактам.
Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в непосредственном участии в планировании и выполнении всех работ, выполняемых в рамках диссертационной работы. Лично автором проведена следующая работа:
- разработана и сконструирована установка для очистки поверхности металла электроискровым методом в защитном газе атмосферного давления;
- проведены исследования влияния искрового разряда на структуру и фазовый состав поверхностного слоя обрабатываемой стали;
- предложена конструкция электродной системы позволяющая достигать полной очистки поверхности стали от окалины с наименьшими энергетическими затратами;
- проведен анализ получаемых результатов и сформулированы основные выводы, решены задачи, возникшие по ходу выполнения диссертационной работы.
Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые научные положения. С непосредственным участием автора подготавливались научные статьи и выступления на конференциях.
Апробация работы. Основные материалы, изложенные в диссертационной работе, докладывались на семинарах в институте физики высоких технологий, на международных и национальных конференциях: Материалы 9-й международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» (г. Минск, Республика Беларусь); Proceedings of the 7th International Conference “Material Technologies and Modeling (MMT-2012)” (Израиль); The 42nd IEEE International Conference on Plasma Science ICOPS2015 (г. Белек, Турция 2015); IV
Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике» ВТСНТ-2015 (г. Томск).
Публикации. В ходе выполнения диссертационной работы были опубликованы 8 научных работ, из них 4 - статьи в реферируемых журналах или сборниках статей, рекомендованных ВАК, 1 патент на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Список литературы включает 105 наименований. Работа изложена на 104 страницах, содержит 58 рисунков и 7 таблиц.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность проводимых исследований, представлены цели и задачи диссертационной работы, приведен краткий обзор содержания диссертации. Сформулированы положения, выносимые на защиту, новизна и практическая значимость работы.
В первой главе приведен литературный обзор существующих методов очистки поверхности стали, указаны их достоинства и недостатки. Подробно описаны существующие способы электроискровой обработки поверхности металлов, сделаны выводы и заключения о возможности применения искрового разряда для очистки поверхности металла.
Во второй главе описывается конструкция разработанной электроискровой установки для очистки плоских металлических пластин. Подробно изложены конструкция и принцип действия высоковольтного генератора и обозначены его особенности. Описаны средства и методы исследования электрических параметров разряда и методы исследования состояния поверхности после обработки.
В третьей главе рассмотрено влияние запасаемой энергии в генераторе и величины межэлектродного промежутка на вольтамперные характеристики разряда. Показана зависимость энергии, выделившейся в разрядном промежутке, от энергии генератора и величины межэлектродного промежутка.
В четвертой главе приводятся результаты исследования состояния поверхности после обработки искровыми разрядами в разных газах атмосферного давления. Рассмотрено влияние рабочего газа и энергетического режима на структуру, элементный и фазовый составы поверхностного слоя металла.
В пятой главе приводятся результаты экспериментов по удалению окалины с поверхности металла искровыми разрядами в газе атмосферного давления. Изложены результаты изучения состояния, структуры и элементного состава поверхностного слоя после удаления окалины с поверхности металла. Предложена электродная система, позволяющая полностью удалять окалину с поверхности металла.
В заключении приводятся основные выводы, полученные в результате выполнения диссертационной работы.
Очистка проката является одной из технологических операций, выполняемой при изготовлении большинства стальных металлоконструкций и оказывающей значительное влияние на качество изделия и его долговечность. Эта операция наиболее актуальна для широко применяемых низкоуглеродистых конструкционных сталей, которые подвержены коррозии [3]. Требования к очистке регулируют международные и отечественные стандарты [4, 5].
Все основные технологии очистки металлов - механическая, химическая, электрохимическая, ультразвуковая и индукционная - обладают рядом серьезных недостатков. Наиболее серьезными из них являются низкая эффективность очистки и образование вредных веществ, загрязняющих окружающую среду. Разрабатываемые в настоящее время новые технологии очистки металлов, основанные на обработке поверхности
высококонцентрированными потоками энергии (например, лазерная, электронными и ионными пучками, электролитно-плазменная и плазменно-дуговая) практически лишены указанных недостатков. Однако и эти технологии имею ряд существенных недоработок не позволяющих назвать их универсальными. В связи с чем, остается актуальным вопрос о поиске новых методов очистки поверхности металла.
В качестве нового инструмента для очистки поверхности металла, в данной работе предлагается использовать метод, основанный на взаимодействии искровых разрядов с поверхностью металла в газе атмосферного давления. Благодаря таким особенностям метода как высокая температура в искровом разряде, простота получения искрового разряда, возможность обработки в различных газах атмосферного давлении, экологическая чистота процесса, возможность обрабатывать как крупные, так и мелкие детали и т.д. можно называть этот метод одним из самых перспективных на сегодняшний день.
Данная работа посвящена изучению возможности очищать поверхность металла искровыми разрядами в газе атмосферного давления, выяснению влияния искровых разрядов и параметров обработки на структуру и состав поверхностного слоя, а также определению режимов, при которых будет происходить полная очистка поверхности металла с минимальными изменениями материала подложки.
Цель диссертационной работы: исследовать процесс очистки и модификации
поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали электроискровым методом в защитном газе атмосферного давления.
Задачи, решаемые в процессе работы:
1. Разработка и создание электроискровой установки с изменяемой энергией в импульсе и варьируемой частотой следования импульсов.
2. Выбор параметров обработки: энергии; межэлектродного промежутка; рабочего газа.
3. Исследование процесса удаления окалины с поверхности металла в процессе электроискровой обработки.
4. Исследование влияния электроискровой обработки на микроструктуру, элементный и фазовый состав поверхностного слоя, а также морфологию поверхности обрабатываемой стали.
Научная новизна:
1. Впервые для очистки поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали от окалины в газовой среде атмосферного давления применен электроискровой метод, разработана схема источника питания и конструкция электродной системы, позволяющая полностью удалить оксидный слой.
2. Показано, что при удалении оксидного слоя с поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали одновременно с очисткой происходит модификация поверхностного слоя обрабатываемого металла, на глубину более 4мкм.
3. Установлено, что при оптимизации величины параметров высоковольтного источника питания, можно обеспечить режим удаления только оксидной пленки толщиной до 10мкм с поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали, без изменения величины шероховатости поверхности.
4. Установлено, что при обработке поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали электроискровым методом при положительной полярности высоковольтного электрода в чистом азоте атмосферного давление и энергией в импульсе 7мДж и выше происходит изменение структуры поверхностного слоя металла с формированием нитридной фазы.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Использование высоковольтного импульсного источника питания, включающего высоковольтный и низковольтный генераторы, работающие на один разрядный промежуток, обеспечивает коэффициент передачи энергии выше 75% из накопительной емкости импульсного источника в искровой канал в газе атмосферного давления при межэлектродном промежутках (0,5-3)мм.
2. Электроискровая обработка поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали без окалины воздействием искровых разрядов в газе атмосферного давления при удельных затратах энергии 4кВт*ч/м2 и выше приводит к формированию модифицированного поверхностного слоя толщиной от 4мкм по структуре и фазовому составу отличному от состава исходного материала.
3. При электроискровой обработке низкоуглеродистой нелегированной стали с тонким слоем окалины до 0,5мкм и без неё структура поверхностного слоя и шероховатость получаемой поверхности не отличаются.
4. Полное удаление оксидного слоя толщиной до 10мкм с плоской поверхности низкоуглеродистой нелегированной стали обеспечивается в системе острие-плоскость при положительном потенциале острия расположенного под плоскостью в газе атмосферного давления при удельных затрат энергии до 2кВт*ч/м2.
Практическая значимость работы заключается том, что разработан новый метод очистки поверхности стали от окалины при помощи искровых разрядов в защитном газе атмосферного давления. Проведенные исследования показывают возможность удаления слоев окалины до 10мкм с поверхности металла с энергозатратами до 2кВ*ч/м2. Простота конструкции установки, экологическая чистота процесса и его низкая энергоемкость дают возможность снизить трудовые и материальные затраты на очистку поверхности стали при использовании этого метода на крупном производстве. Разработанный метод позволяет, одновременно с очисткой поверхности, модифицировать поверхностный слой металла, придавая ему свойства, способные значительно снизить затраты времени на подготовку металла для дальнейшего использования.
Применение разработанной технологии очистки металла перед дальнейшим его использованием в технологическом процессе позволит повысить качество изготавливаемой из него продукции и снизить процент брака.
В ходе работы был разработан источник питания с высоким коэффициентом полезного действия (получен патент на полезную модель), который может быть использован и при других электроискровых технологиях.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась использованием современных методов исследования поверхности металла до и после обработки, а также структуры материала подвергнутого обработке. Использовалось калиброванное, поверенное и сертифицированное оборудование для измерения электрических параметров. Кроме того, согласно проведенному литературному обзору, все полученные результаты не противоречат уже известным научным фактам.
Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в непосредственном участии в планировании и выполнении всех работ, выполняемых в рамках диссертационной работы. Лично автором проведена следующая работа:
- разработана и сконструирована установка для очистки поверхности металла электроискровым методом в защитном газе атмосферного давления;
- проведены исследования влияния искрового разряда на структуру и фазовый состав поверхностного слоя обрабатываемой стали;
- предложена конструкция электродной системы позволяющая достигать полной очистки поверхности стали от окалины с наименьшими энергетическими затратами;
- проведен анализ получаемых результатов и сформулированы основные выводы, решены задачи, возникшие по ходу выполнения диссертационной работы.
Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые научные положения. С непосредственным участием автора подготавливались научные статьи и выступления на конференциях.
Апробация работы. Основные материалы, изложенные в диссертационной работе, докладывались на семинарах в институте физики высоких технологий, на международных и национальных конференциях: Материалы 9-й международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» (г. Минск, Республика Беларусь); Proceedings of the 7th International Conference “Material Technologies and Modeling (MMT-2012)” (Израиль); The 42nd IEEE International Conference on Plasma Science ICOPS2015 (г. Белек, Турция 2015); IV
Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике» ВТСНТ-2015 (г. Томск).
Публикации. В ходе выполнения диссертационной работы были опубликованы 8 научных работ, из них 4 - статьи в реферируемых журналах или сборниках статей, рекомендованных ВАК, 1 патент на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Список литературы включает 105 наименований. Работа изложена на 104 страницах, содержит 58 рисунков и 7 таблиц.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность проводимых исследований, представлены цели и задачи диссертационной работы, приведен краткий обзор содержания диссертации. Сформулированы положения, выносимые на защиту, новизна и практическая значимость работы.
В первой главе приведен литературный обзор существующих методов очистки поверхности стали, указаны их достоинства и недостатки. Подробно описаны существующие способы электроискровой обработки поверхности металлов, сделаны выводы и заключения о возможности применения искрового разряда для очистки поверхности металла.
Во второй главе описывается конструкция разработанной электроискровой установки для очистки плоских металлических пластин. Подробно изложены конструкция и принцип действия высоковольтного генератора и обозначены его особенности. Описаны средства и методы исследования электрических параметров разряда и методы исследования состояния поверхности после обработки.
В третьей главе рассмотрено влияние запасаемой энергии в генераторе и величины межэлектродного промежутка на вольтамперные характеристики разряда. Показана зависимость энергии, выделившейся в разрядном промежутке, от энергии генератора и величины межэлектродного промежутка.
В четвертой главе приводятся результаты исследования состояния поверхности после обработки искровыми разрядами в разных газах атмосферного давления. Рассмотрено влияние рабочего газа и энергетического режима на структуру, элементный и фазовый составы поверхностного слоя металла.
В пятой главе приводятся результаты экспериментов по удалению окалины с поверхности металла искровыми разрядами в газе атмосферного давления. Изложены результаты изучения состояния, структуры и элементного состава поверхностного слоя после удаления окалины с поверхности металла. Предложена электродная система, позволяющая полностью удалять окалину с поверхности металла.
В заключении приводятся основные выводы, полученные в результате выполнения диссертационной работы.
В результате проделанной работы получены следующие научные и технические результаты:
1. Разработана лабораторная электроискровая установка для очистки и модифицирования поверхности металла позволяющая обрабатывать образцы размером до 100мм х 100мм х 20 мм, с межэлектродным промежутком до 3мм. Генератор обеспечивает возможность работы с энергиями 0,1Дж - 0,6Дж в импульсе с частотой следования до 5000Гц и потерями энергии в генераторе не более 3% от накопленной энергии. В результате согласования волнового сопротивления генератора и сопротивления нагрузки импульс тока через межэлектродный промежуток носит апериодический характер, что позволило в газе атмосферного давления при межэлектродных промежутках (0,5-3)мм достичь КПД процесса перекачки энергии из накопителя в искровой канал не ниже 75%.
2. Показано, что в процессе обработки металлической поверхности, при отрицательном потенциале электрода-инструмента, на поверхности образуется налет, состоящий из материала электрода-инструмента и его соединений. В налете, полученном в аргоне это интермиталид Fe7W6, а в слое, полученном в азоте это нитрид W2N. При этом под образовавшимися слоями на поверхности металла имеется модифицированный слой с измененной кристаллической структурой, причем при обработке в аргоне модифицированный слой имеет толщину ~ 2мкм и размер зерна много меньший, чем исходный образец, а слой полученный в азоте имеет толщину ~ 1мкм и такой же размер зерна.
3. Поверхность стали, обработанная при положительной полярности электрода- инструмента, имеет матовую поверхность серебристого цвета. Причем обработка в азоте дает более однородную и пористую поверхность, нежели обработка в аргоне. Поверхность стали, полученная в результате обработки с положительным потенциалом электрода-инструмента в атмосфере аргона, имеет волнистый рельеф с образованием модифицированного поверхностного слоя, толщиной ~ 4 мкм, имеющего кристаллическую структуру с размером зерна ~ 0,5 мкм, с фазовым составом не отличающимся от исходного. Поверхность стали, полученная в результате обработки в атмосфере азота, имеет однородный развитый рельеф с образованием двух модифицированных поверхностных слоев, толщиной по ~ 2 мкм. Верхний модифицированный слой пористый и стоек к химическому травлению в 5% растворе азотной кислоты. Второй слой имеет кристаллическую структуру с размером зерна ~ 2 мкм. Фазовый состав поверхности стали отличается от исходного наличием пиков нитрида железа Fe3N.
4. Установлено, что слои окалины до 0,5мкм на поверхности стали не влияют на структуру модифицированного слоя и морфологию поверхности, поскольку они совпадают с образцами, обрабатываемыми без предварительного нанесения слоя окалины.
5. Показано, что при обработке стали со слоем окалины толщиной ~ 10 мкм ее полное удаление достигается при расположении электрода инструмента под обрабатываемой поверхностью. При этом удельные затраты энергии составляют 2 кВт*ч/м2.
1. Разработана лабораторная электроискровая установка для очистки и модифицирования поверхности металла позволяющая обрабатывать образцы размером до 100мм х 100мм х 20 мм, с межэлектродным промежутком до 3мм. Генератор обеспечивает возможность работы с энергиями 0,1Дж - 0,6Дж в импульсе с частотой следования до 5000Гц и потерями энергии в генераторе не более 3% от накопленной энергии. В результате согласования волнового сопротивления генератора и сопротивления нагрузки импульс тока через межэлектродный промежуток носит апериодический характер, что позволило в газе атмосферного давления при межэлектродных промежутках (0,5-3)мм достичь КПД процесса перекачки энергии из накопителя в искровой канал не ниже 75%.
2. Показано, что в процессе обработки металлической поверхности, при отрицательном потенциале электрода-инструмента, на поверхности образуется налет, состоящий из материала электрода-инструмента и его соединений. В налете, полученном в аргоне это интермиталид Fe7W6, а в слое, полученном в азоте это нитрид W2N. При этом под образовавшимися слоями на поверхности металла имеется модифицированный слой с измененной кристаллической структурой, причем при обработке в аргоне модифицированный слой имеет толщину ~ 2мкм и размер зерна много меньший, чем исходный образец, а слой полученный в азоте имеет толщину ~ 1мкм и такой же размер зерна.
3. Поверхность стали, обработанная при положительной полярности электрода- инструмента, имеет матовую поверхность серебристого цвета. Причем обработка в азоте дает более однородную и пористую поверхность, нежели обработка в аргоне. Поверхность стали, полученная в результате обработки с положительным потенциалом электрода-инструмента в атмосфере аргона, имеет волнистый рельеф с образованием модифицированного поверхностного слоя, толщиной ~ 4 мкм, имеющего кристаллическую структуру с размером зерна ~ 0,5 мкм, с фазовым составом не отличающимся от исходного. Поверхность стали, полученная в результате обработки в атмосфере азота, имеет однородный развитый рельеф с образованием двух модифицированных поверхностных слоев, толщиной по ~ 2 мкм. Верхний модифицированный слой пористый и стоек к химическому травлению в 5% растворе азотной кислоты. Второй слой имеет кристаллическую структуру с размером зерна ~ 2 мкм. Фазовый состав поверхности стали отличается от исходного наличием пиков нитрида железа Fe3N.
4. Установлено, что слои окалины до 0,5мкм на поверхности стали не влияют на структуру модифицированного слоя и морфологию поверхности, поскольку они совпадают с образцами, обрабатываемыми без предварительного нанесения слоя окалины.
5. Показано, что при обработке стали со слоем окалины толщиной ~ 10 мкм ее полное удаление достигается при расположении электрода инструмента под обрабатываемой поверхностью. При этом удельные затраты энергии составляют 2 кВт*ч/м2.