电火花沉积层组织结构的研究毕业设计说明书

1、 PAGE 45 = 1 * ROMAN * MERGEFORMAT I 目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc14064 摘 要 PAGEREF _Toc14064 I HYPERLINK l _Toc9482 Abstract PAGEREF _Toc9482 II HYPERLINK l _Toc782 第一章 绪 论1 HYPERLINK l _Toc22393 1.1 选题的的背景及及意义1 HYPERLINK l _Toc6276 1.1.1 化化学热处处理技术术1 HYPERLINK l _Toc15726 1.1.2 电电刷镀技技术 PAGERE

2、F _Toc15726 2 HYPERLINK l _Toc28094 1.1.3 热热喷涂技技术 PAGEREF _Toc28094 4 HYPERLINK l _Toc14874 1.1.4 气气相沉积积镀膜 PAGEREF _Toc14874 7 HYPERLINK l _Toc19921 1.2 电火花花沉积 PAGEREF _Toc19921 8 HYPERLINK l _Toc13883 1.2.1 电电火花沉沉积工艺艺的发展展概况 PAGEREF _Toc13883 9 HYPERLINK l _Toc10365 1.2.2 电电火花沉沉积的理理论研究究现状 PAGEREF _T

3、oc10365 10 HYPERLINK l _Toc19622 1.2.3 电电火花沉沉积工艺艺的发展展趋势 PAGEREF _Toc19622 12 HYPERLINK l _Toc14096 1.3研研究内容容及方法法 PAGEREF _Toc14096 13 HYPERLINK l _Toc23569 1.3.1 研研究内容容 PAGEREF _Toc23569 13 HYPERLINK l _Toc17791 1.3.2 测测试工具具 PAGEREF _Toc17791 13 HYPERLINK l _Toc12371 第二章 电火花花沉积原原理及沉沉积设备备 PAGEREF _To

4、c12371 14 HYPERLINK l _Toc10547 2.1 电火花花沉积原原理、过过程及特特点 PAGEREF _Toc10547 14 HYPERLINK l _Toc18028 2.1.1 电电火花沉沉积原理理 PAGEREF _Toc18028 14 HYPERLINK l _Toc31583 2.1.2 电电火花表表面强化化的沉积积过程 PAGEREF _Toc31583 14 HYPERLINK l _Toc2588 2.1.3 电电火花沉沉积强化化的特点点 PAGEREF _Toc2588 15 HYPERLINK l _Toc6870 2.2 沉积设设备的结结构 PA

5、GEREF _Toc6870 166 HYPERLINK l _Toc8393 2.3 电火花花沉积材材料的选选择 PAGEREF _Toc8393 17 HYPERLINK l _Toc22967 第三章 实验过过程及分分析 PAGEREF _Toc22967 19 HYPERLINK l _Toc7539 3.1 表面面预处理理 PAGEREF _Toc7539 19 HYPERLINK l _Toc3851 3.2 基材材的选取取与制备备 PAGEREF _Toc3851 20 HYPERLINK l _Toc11247 3.2.1 试试样沉积积 PAGEREF _Toc11247 21

6、 HYPERLINK l _Toc27056 3.2.2 沉沉积层线线切割 PAGEREF _Toc27056 22 HYPERLINK l _Toc30421 3.2.3 镶镶样处理理 PAGEREF _Toc30421 23 HYPERLINK l _Toc12572 3.2.4 后后期处理理 PAGEREF _Toc12572 24 HYPERLINK l _Toc32338 3.3 实验方方法 PAGEREF _Toc32338 255 HYPERLINK l _Toc28367 3.4 实验结结果与分分析 PAGEREF _Toc28367 277 HYPERLINK l _Toc2

7、519 3.4.1 电电火花沉沉积层显显微观察察 PAGEREF _Toc2519 27 HYPERLINK l _Toc31079 3.4.2 电电火花沉沉积层成成分分析析 PAGEREF _Toc31079 28 HYPERLINK l _Toc10285 3.4.3 电电火花沉沉积层相相结构分分析 PAGEREF _Toc10285 2993.4.4 电电火花沉沉积层随随时间变变化规律律299 HYPERLINK l _Toc9517 3.6 本章小小结 PAGEREF _Toc9517 300 HYPERLINK l _Toc19750 第四章 结 论论 PAGEREF _Toc197

8、50 32 HYPERLINK l _Toc1918 参考文献献 PAGEREF _Toc1918 33 HYPERLINK l _Toc21536 致 谢 PAGEREF _Toc21536 35 HYPERLINK l _Toc1003 附录一 任务书书 PAGEREF _Toc1003 36 HYPERLINK l _Toc30857 附录二 开题报报告 PAGEREF _Toc30857 39 HYPERLINK l _Toc4560 附录三 中文译译文 PAGEREF _Toc4560 47 HYPERLINK l _Toc8613 附录四 外文原原文 PAGEREF _Toc861

9、3 555 摘 要 本文通通过采用用新型电电火花沉沉积设备备，以WWC-CCo硬质质合金为为电极材材料，以以H133钢为基基体材料料进行电电火花沉沉积工艺艺实验。通过工工艺试验验，研究究沉积时时间对沉沉积层厚厚度的影影响规律律，用XX射线衍衍射仪分分析沉积积层的组组织结构构，通过过硬度实实验和抗抗磨损实实验测定定沉积层层的硬度度和抗磨磨损性能能，得出出电火花花沉积时时间对沉沉积层相相结构产产生影响响。 由实验验结果分分析可知知，基材材（H113钢）在随时时间变化化沉积时时，沉积积层厚度度并不是是随着时时间的延延长而无无限增厚厚,达到到一定厚厚度后延延长沉积积时间反反而会使使沉积层层变薄；通过金

10、金相照片片可以看看见白亮亮层情况况恶化，沉积层层破碎减减薄,孔孔隙较多多,产生生撕裂、碎化的的倾向更更严重,有的地地方出现现脱落现现象,沉沉积层质质量较差差；经过过电火花花沉积强强化后，沉积层层的硬度度和抗磨磨损性能能提高。电火花花沉积后后组成工工件和电电极的各各元素均均发生扩扩散和移移动，在在极短的的时间内内形成分分布，工工件元素素和电极极元素呈呈一定的的梯度分分布。关键词: 电电火花沉沉积； WC-Co沉沉积层；沉积层层厚度；沉积时时间Absttracct Thee neew ssparrk ddepoosittionn eqquippmennt uusess WCC-Coo caarbi

11、ide as eleectrrodee maaterrialls, andd H113 ssteeel aas ssubsstraate matteriial to makke ssparrk ddepoosittionn prroceess expperiimennts,whiich leaads to a mmoree inn-deepthh sttudyy abbouttthee orrgannizaatioonall sttruccturre oof tthe eleectrric spaark depposiitioon llayeer. Thrrouggh tthe prooces

12、ss ttestt, eeffeect of depposiitioon ttimeeondeepossitiionllayeer tthicckneess,miccrosstruuctuure ofddepoositted layyerbby XX raay ddifffracctioon,hharddnesssannd wwearr reesisstannce ofttheeexpeerimmenttalddeteermiinattionn offthee haardnnesss off deepossiteed llayeerexxperrimeent anddweaar rresiis

13、taancee,thheellecttricc spparkkdepposiitioon ttimeeimppactton phaase strructturee offseddimeentaaryllayeer.Fromm thhe aanallysiis oof eexpeerimmenttal ressultts,tthe subbstrratee(H113stteell)inn thhe cchannge witth ttimee off deepossitiion,depposiitioon llayeer tthicckneess andd noot wwithh thhe eex

14、teensiion of timme aand inffiniite thiickeeninng,pprollongg thhe ddepoosittionn tiime reaachees aa ceertaain thiicknnesss buut wwilll maake thee deepossitiion layyer beccomees tthinnnerr;thhrouugh mettalllogrraphhic phootoss caan ssee whiite briightt laayerr coondiitioon wworssenss,seedimmenttaryy l

15、aayerr brreakkingg thhinnningg,poore morre,hhavee a proopennsitty tto ttearringg,brreakkingg thhe mmoree seerioous,sheeddiing pheenommenoon aappeeareed iin ssomee pllacees,tthe pooor qquallityy off thhe ddepoosittionn laayerr;Affterr thhe eelecctriic ssparrk ddepoosittionn sttrenngthheniing,coaatinn

16、g hharddnesss aand abrrasiion ressisttancce.TThe eleemenntall coompoosittionn off woorkppiecce aand eleectrrodee spparkk deepossitiion occcurrred aftter thee diiffuusioon aand disstriibuttionn off moobille,fformmed in a vveryy shhortt peeriood oof ttimee,a cerrtaiin ggraddiennt ddisttribbutiion of w

17、orrkpiiecee annd eelecctroode eleemennts aree ellemeentss.Key worrds： spparkk deepossitiion; WCC-Coo cooatiingss；Seedimmentt thhickknesss; depposiitioon ttimee 华北水利水电学院毕业论文华北水利水电学院毕业论文 1 华北水利水电学院毕业论文 第一章 绪 论1.1 选题的的背景及及意义 自改革革开放以以来，工工业技术术的发展展极大的的推动了了我国经经济的崛崛起。其其中，在在各表面面加工行行业中，设备的的表面由由于长期期接触高高温高压压，雨雪

18、雪天气，以及高高速重载载等相对对恶劣的的环境中中，因此此一些大大型设备备和关键键设备的的部件很很容易收收到侵蚀蚀、磨损损和破坏坏，对生生产加工工的进度度和精度度等产生生了极大大的影响响，也影影响了经经济效益益。在以以往，由由于工具具的加工工表面以以及一些些细微零零件的表表面磨损损失效，腐蚀，开裂等等引起产产品不合合格的事事故时有有发生。因此，对于设设备的表表面，各各行业都都非常重重视其性性能，对对其性能能也提出出了相当当高的要要求。因因此，为为了增加加经济效效益，提提高产品品的质量量和性能能，以及及工具的的寿命，对加工工工具和和零件的的表面进进行强化化处理已已经迫在在眉睫，各行业业也急需需这方

19、面面技术的的研究。在传统统的表面面加工工工艺研究究中，很很难达到到目前加加工行业业的要求求水准，一种崭崭新的表表面强化化处理技技术呼之之欲出。出现的的技术之之一是零零件表面面强化处处理，这这可以有有效的提提高零件件和加工工工具的的使用寿寿命和实实用性。在这技技术当中中，激光光、电子子束表面面处理，等离子子表面熔熔敷，电电刷度，热喷涂涂，电火火花沉积积等都可可以提高高零件的的耐磨性性和可靠靠性，对对于经济济效益和和规模效效益的提提升也是是显而易易见的，因此得得到了充充分的开开发和应应用。 在这些些表面处处理方法法中，主主要包括括化学热热处理技技术、电电刷镀技技术、热热喷涂技技术、气气相沉积积镀膜

20、技技术等；近几十十年中发发展起来来的表面面处理技技术包括括电火花花沉积、热喷涂涂、TDD处理等等都具有有自己的的优势和和特色。面对众众多的表表面处理理技术，如何选选择成为为一个问问题，因因此，选选择一种种技术性性和经济济性相结结合的表表面强化化技术已已成为重重中之重重。1.1.1 化化学热处处理技术术 化学热热处理是是一种金金属热处处理工艺艺，目的的是为了了使零件件的表层层成分和和组织结结构发生生变化，一般采采用的是是化学反反应，有有时候也也使用物物理方法法进行辅辅助，最最终使材材料达到到更好的的技术经经济效益益。一般般来说，很多的的零件和和加工工工具长时时间工作作在相对对比较恶恶劣的环环境，

21、如如雨雪环环境、高高温、高高压等，很容易易引起零零件表面面发生化化学变化化，从而而导致零零件表层层磨损、开裂、腐蚀等等问题，从而使使零件失失效，加加工精度度降低。经过化化学热处处理后的的零件表表层由于于发生了了结构和和成分的的变化，相当于于把表层层替换成成了一种种新的深深入合金金元素的的的物质质材料，而底部部仍然是是原始的的母材。由于底底部和心心部之间间结合紧紧密，耐耐磨性和和实用性性均得以以提升，所以相相对于电电镀等表表面复护护技术更更具有优优势，性性能也更更好。 化学热热处理的的方法有有很多，应该根根据性能能的需要要以及综综合经济济性等各各方面的的影响因因素来综综合选取取。一般般来讲，热处

22、理理的方法法可用渗渗入元素素来命名名，如渗渗铝、渗氮、渗碳、渗硼、渗硫等等，也可可以形成成的化合合物来命命名，如如硫氰共共渗、碳氮共共渗、碳（氮氮）化钛钛覆盖等等。渗入入不同的的元素会会产生不不同的效效果，所所以应根根据实际际情况来来进行选选择。如如要提高高零件的的耐磨性性，可以以考虑渗渗氮或者者渗碳，既可以以满足质质量的要要求，又又比较节节省资本本投入。对于零零件尺寸寸要求条条件比较较苛刻时时，可以以考虑渗渗氮处理理，在低低温5550左右的的条件下下进行，可大大大提高尺尺寸精度度的要求求，但是是渗氮层层的堆积积比较缓缓慢，所所需时间间比较长长，因此此也是一一种不是是很经济济的方法法。 化学热

23、热处理的的效果：1、疲疲劳强度度的提升升。利用用渗碳、渗氮等等表面热热处理工工艺，可以有有效的提提高零件件的疲劳劳强度，在零件件表面强强化的同同时形成成残余压压应力。2、抗抗蚀性和和抗高温温氧化性性的提高高。零件件暴露在在外，往往往在空空气中收收到腐蚀蚀，而采采用渗氮氮技术则则可提高高其耐腐腐蚀性能能；同时，为了得得到稳定定的保护护膜，可可以对钢钢件进行行渗铬、渗铝等等可有效效提高温温、抗氧化化性。33、耐磨磨性的改改善。不不同的钢钢件采用用化学热热处理后后会得到到不同的的组织，例如，为了获获得合金金钢件的的弥散硬硬化表层层，也可可用渗氮氮方法可可实现；为了得得到高碳碳马氏体体硬化表表层，可可

24、以考虑虑采用钢钢件渗碳碳淬火法法。运用用这些方方法得到到的表层层厚度可可以达到到相当强强的硬度度。为了得得到较高高的耐磨磨性，也也可在钢钢件表面面形成抗抗粘结薄薄膜，减磨等降降低磨损损程度。化学热处处理工艺艺包括参参数的确确定，化学成成分和比比例的确确定，工工件的准准备，渗透温温度和时时间，渗透分分解反应应过程控控制，渗透程程序和热热处理后后冷却，工件的的化学清清理，装装炉量等等等。在在渗碳中中，按照照渗碳剂剂的不同同，具体体可划分分为气体体渗、固固体渗和和液体渗渗碳，在在实际加加工生产产过程中中，体渗渗较为常常用。渗渗碳零件件必须淬淬火和回火，经过渗渗碳处理理后，零零件的抗抗疲劳性性和韧性性

25、得以提提高，同同时，表表面强度度和耐磨性性也更好好。渗碳碳过程中中，应用用范围的的优点和和缺点主主要有：气体渗渗碳操作作方便，具有较较高的生生产效率率，易于控控制渗碳碳淬火后后渗层的的质量，具有广广泛的应应用前景景，可用用于大规规模生产产，但需需要操作作很长一一段时间间；液体渗渗碳操作作简单，快速加加热，渗渗碳，淬淬火，直直接适用用于大批批量生产产，但大大多数的的渗碳剂剂是有毒毒的，如如果工件件表面沾沾有剩余余的盐，是需要清清理的;固体体渗碳时时间长，工作作条件差差，控制制层质量量差，只只适合适适合小批批量生产产。1.1.2 电电刷镀技技术电刷镀（eleectrrochhemiicall ma

26、achiininng ），是一种在在工件表表面利用用电解的的方法获获取镀层层的加工工过程。通通过电刷刷镀加工工，加工工工件的的耐磨性性、耐腐腐蚀性、外观性性等得以以改善，表面性性能得以以强化和和提高，另一方方面，表表层的物物理性能能，如特特殊光、电、磁磁、热性性能也得得到改善善，同时时在机械械配合、改变工工件尺寸寸以及修复复磨损、超差而而报废的的工件等等方面也也有着特特殊的功功效，因此，这一技技术被广广泛应用用在工业业中。 电刷镀镀技术是是一种电电化学镀镀覆技术术，加工工过程中中不需要要镀槽，其基本本原理如如图1。电刷镀镀的设备备主要由由刷镀液液、镀笔笔和电源源组成，在工作作时，刷刷镀时的的阳

27、极，也就是是直流电电源的电电极接镀镀笔；刷刷镀时的的阴极，也就是是工件，要接电电源的负负极。在在加工过过程中，沉积过过程不能能连续进进行，工工件要与与裹着浸浸满镀液液包布的的镀笔以以一定的的压力相相接触，在一定定得电流流和电压压环境下下，两者者做相对对运动，这样就就利用了了电镀液液中的非非金属阳阳离子或或金属在在工件相相接触的的部位产产生极化化反应，从而发发生电化化学沉积积，经过过堆积形形成镀层层1。VA电源电镀笔手柄阳极电刷镀液工件电镀液收集盘+图1-11 电刷刷镀技术术示意图图 电刷镀镀表面改改性技术术在镀层层的快速速高效沉沉积方面面具有一一定的优优势，其其优点包包括：1、维修修质量优优异

28、，工工件不易易变形，金相组组织也不不容易发发生变化化；2、沉积积速度快快，利用用效率高高，生产产率也得得到提升升；3、设备备轻便，可以在在工件现现场随意意的移动动，能够够解决一一些大型型、重型型零件修修复的难难题；4、镀层层的种类类繁多，可用于于铜、铁铁、金、锡等金金属的刷刷镀，也也可沉积积多用途途的合金金镀层，单金属属以及组组合镀层层等，用用途广泛泛，并且且加工后后不需要要机械加加工，非非常方便便； 然而，电刷镀镀技术的的应用也也有一定定的限制制，也有有其局限限性，其其缺点包包括：1、加工工过程中中的电源源必须是是专用的的，有严严格的限限定；2、高强强度钢的的电刷镀镀加工过过程后，为了避避免

29、氢脆脆的发生生必须在在加工结结束后进进行烘烤烤；3、被刷刷镀面具具有一定定的形状状，阳极极的工作作面应尽尽量与其其一致，因此需需要根据据镀件表表面的形形状把电电镀笔制制成相应应的样式式，过程程较为复复杂；4、电解解液在现现场修复复时不易易收集，有些电电解液是是有毒的的，这些些有毒的的电解液液从工件件表面流流落到地地面上，会对土土壤造成成污染。1.1.3热喷喷涂技术术热喷涂技技术，是是一种将将非金属属或金属属喷涂材材料在燃燃烧能、电能等等热源的的作用下下达到熔熔化或半半熔化状状态，并并以较快快的速度度喷射沉沉积，在在基体表表面形成成涂层的的技术。经过热热喷涂技技术处理理，材料料的表面面形成了了一

30、个独独特的工工作表面面，其耐耐磨性、耐腐蚀蚀性、抗抗氧化性性等均得得到提升升，不仅仅节省能能源，也也节约了了材料，提升了了材料的的使用寿寿命和利利用效率率。 热喷涂涂技术作作为一种种材料表表面加工工技术，在改善善零件表表面性能能方面具具有的优优点有：1、基体体的热温温度可控控，可以以使基体体的温度度不至于于过高，从而零零件不至至于变形形；2、由于于涂层的的厚度可可控，因因此可以以根据需需求进行行选择；3、一些些合金，陶瓷，以及众众多的金金属均可可作为喷喷涂材料料，所以以可用于于喷涂材材料种类类繁多，图层的的成分和和性能能能够均可可制备，可用于于各种基基体的表表面加工工处理。 然而，热喷涂涂技术

31、也也具有一一些不容容忽视的的缺点，在其应应用方面面也有一一定的局局限性。其缺点点主要有有：1、操作作者必须须要有一一定的防防护装置置。在热热喷涂加加工过程程中，操操作者需需要穿戴戴特殊的的呼吸装装置或者者防护面面具，因因为工作作过程中中空气中中会有大大量的粉粉尘，这这些粉尘尘是由喷喷射到基基体上的的熔融涂涂粒转化化而来。另外，操作者者还需要要穿戴眼眼睛、耳耳朵保护护装置，因为空空气中不不仅有粉粉尘，还还有很强强的紫外外线辐射射、电弧弧以及强强烈的光光等，同同时噪声声也比较较大，所所以这样样的防护护措施对对于操作作者来说说是必不不可少的的。2、残余余应力的的影响。热喷涂涂加工过过程中涂涂层内会会

32、产生产产生残余余应力。残余应应力的产产生是由由于快速速运动的的融粒在在撞向基基体时，温度快快速降低低而收缩缩，以至至于形成成的图层层内部会会产生一一定的残残余应力力。因此此，热喷喷涂处理理后应对对涂层做做相应的的消除残残余应力力的处理理。3、喷涂涂层的均均匀性比比较差，且图层层的孔隙隙率很高高，结合合强度不不高，对对于一些些小面积积的喷涂涂来说，经济性性较差。热喷涂技技术主要要可分为为以下三三种： （一一）电弧弧喷涂 电弧喷喷涂是利利用高速速气流对对雾化的的金属离离子进行行加速，使这些些高速离离子喷向向工件表表面形成成涂层的的加工技技术。在在加工过过程中，金属熔熔化的热热源来源源于需要要依靠两

33、两根连续续送进的的金属丝丝的燃烧烧所产生生的电弧弧，熔化化的金属属可以在在高速气气流中雾雾化。也也就是说说，电弧弧喷涂的的热源为为电弧，预处理理后的工工件表面面经过雾雾化的熔熔化例子子高速撞撞击形成成涂层。在电弧弧喷涂系系统一般般包括电电弧喷枪枪，控制制装置，送丝机机，以及及专用电电源等。电弧喷喷涂工艺艺经过不不断的发发展革新新，已经经可以制制造出高高质量的的涂层，其性能能甚至比比等离子子喷涂更更为优异异。电弧喷涂涂的特点点:1、安全全性能高高 电弧喷喷涂加工工过程中中，不需需要使用用乙炔、氢气、氧气等等易爆气气体，因因此安全全性方面面有保证证，所以以此技术术方法在在基础设设施如栏栏杆、长长梁

34、等修修复中得得到较多多的青睐睐。电弧弧喷涂工工艺是一一种较为为常见的的合金喷喷涂工艺艺，广泛泛应用于于实际应应用工程程中钢结结构防腐腐蚀，机机器零件件修复等等，由于于其优异异的防腐腐蚀性，所以在在一些军军事机械械的修复复工程中中的应用用也较为为普遍。2、方便便现场修修复 电弧喷喷涂设备备可以手手持，不不是很复复杂，只只有送丝丝机，电电源以及及干净的的压缩空空气机等等，简便便易行。1-直流流电源 2-丝丝盘 33-金属属丝 44-送丝丝滚轮 5-导导电 66-导电电嘴 77-空气气喷嘴 8-压缩空空气 99-电弧弧 100-喷涂涂粒子流流 111-涂层层 122-工件件 图11-2 电弧喷喷涂示

35、意意图火焰喷涂涂 火焰喷喷涂加工工常常采采用乙炔炔-氧气气作为热热源，在在工作过过程当中中，喷枪枪料斗中中的粉末末从进粉粉口流向向乙炔-氧气燃燃烧的焰焰流中心心区，在在气流的的推动作作用下，熔化或或半熔化化状态下下的粉末末持续不不断的沉沉积到基基体的表表面，从从而在基基体表面面形成连连续的涂涂层。火火焰喷涂涂可以广广泛应用用于喷涂涂锌、铝铝、低熔熔点合金金以及轴轴承合金金等，并并且此工工艺的花花费相对对较少。上世纪纪八十年年代，超超音速火火焰喷涂涂工艺逐逐渐发展展起来。它是基基于普通通火焰喷喷涂工艺艺的一种种新型加加工工艺艺，与传传统的火火焰喷涂涂相比，其火焰焰流速度度可达超超音速，并且能能以

36、很高高的速度度喷射到到预处理理后的基基体表面面形成涂涂层，因因此孔隙隙率低，硬度较较好，组组织细化化，涂层层与基体体的结合合也更为为紧密，耐磨性性更高。然而，喷涂过过程中喷喷枪堵塞塞也成为为这一工工艺要解解决的一一大难题题。 图1-3 火火焰喷涂涂示意图图（三）等等离子喷喷涂等离子喷喷涂工艺艺（pllasmma sspraayinng ）是一种种能在预预处理后后的基体体表面形形成一层层特殊性性能涂层层的加工工工艺，在加工工过程中中，金属属或非金金属粉末末在等离离子弧焰焰流中被被加热到到熔融或或半熔融融状态后后随等离离子焰流流运动，高速喷喷射到工工件表面面上，形形成特殊殊涂层。特殊涂涂层具有有良

37、好的的耐磨性性、耐腐腐蚀性、导电性性、耐高高温性等等性能，工艺很很容易控控制且重重复性优优良。等等离子弧弧焰流中中心温度度很高，能达到到300000KK以上，因此作作为喷涂涂材料必必须保证证在高温温下不分分解才可可以形成成涂层。 等离子子喷涂工工艺具有有以下特特点:1、工艺艺稳定性性良好。在喷涂涂加工过过程中，电流、电压、送粉量量等都易易于控制制，方便便可行。2、喷涂涂的质量量有保障障。等离离子喷涂涂形成的的特出涂涂层孔隙隙率较低低，结合合强度大大。3、工件件不易变变形。能能量输入入不大，所以工工件不容容易变形形，而且且由于加加工过程程中工件件温度可可以控制制在25500以下，故原热热处理性性

38、质以及及基体组组织也不不会发生生较大的的改变。图1-44 等离离子喷涂涂1.1.4 气气相沉积积镀膜 等离子子喷涂气气相沉积积技术（vappor depposiitioon ），是利利用气相相原子或或分子在在真空中中发生的的物理化化学变化化，在基基体材料料的的表表面形成成具有特特殊的金金属或涂涂层的技技术。气气相沉积积主要包包括CVVD（化化学气相相沉积）和PVVD（物物理气相相沉积）。利用用气相沉沉积技术术，可对对一些金金属进行行装饰镀镀膜，为为金属表表面镀一一层外观观良好的的金属膜膜；可以以在高速速钢表层层制备耐耐磨、耐耐腐蚀、耐氧化化的TIIC薄膜膜；也可可制备光光敏、光光电转换换、热敏

39、敏等功能能性薄膜膜。1、CVVD（化化学气相相沉积） CVDD是Cheemiccal Vappor Depposiitioon的缩缩写，是是利用碳碳氢化合合物、氢氢气与气气化的金金属盐在在高温的的基体接接触后发发生化学学反应，在基体体表面沉沉积金属属间或金金属化合合物的一一种加工工工艺。这种加加工工艺艺广泛应应用在大大规模集集成电路路中，经经过化学学气相沉沉积处理理后，表表面处理理膜的密密着性得得以提高高，同时时也可防防止拉伸伸、弯曲曲等产生生的划痕痕。由于于热力学学条件的的限定，一般反反应的温温度较高高，因此此CVDD的应用用范围受受到了一一定的限限制。另另外，很很多CVVD处理理的工具具需

40、要重重新加热热，并且且此工艺艺经过气气密减压压反应容容器后的的排出物物有害人人类的身身体健康康，也会会污染环环境。PVD（物理气气相沉积积） PVDD（ HYPERLINK /view/882568.htm 物理气气相沉积积），是是Phyysiccal Vappor Depposiitioon的缩缩写，是是指在真真空环境境中，采采取大电电流、低低电压电电弧放电电技术，利用各各种物理理方法产产生的原原子或分分子沉积积在基体体的表面面形成特特殊的涂涂层或薄薄膜的一一种加工工工艺。为了得得到具有有良好耐耐腐蚀性性、耐磨磨性以及及耐热性性等的超超硬化合合物涂层层，可以以在PVVD处理理过程中中使用不不

41、同的的的蒸发物物质和反反应气体体。物理理气相沉沉积需要要蒸发源源，真空空等离子子系统等等，由于于设备的的价格较较高，因因此只适适于济效效益较大大的工件件或者小小型工件件的处理理。上述PVVD（物物理气相相沉积）、CVVD（化化学气相相沉积）、化学学表面热热处理、热喷涂涂等表面面强化加加工工艺艺均可以以提高零零件的耐耐磨性、耐腐蚀蚀性以及及硬度等等性能，可以提提高产品品的使用用寿命。然而，上述几几种表面面强化方方法也存存在各种种各样的的缺陷，如设备备成本费费用高昂昂，工作作周期长长，工艺艺复杂等等许多方方面的问问题，因因此常适适用于经经济效益益大或者者批量生生产的零零件，应应用的规规模有限限。与

42、上述表表面强化化方法相相比，电电火花沉沉积处理理作为一一种新的的表面处处理工艺艺方法，是一种种集经济济性、简简便性以以及灵活活性于一一体的加加工工艺艺，同时时又可以以显著提提高工件件的耐磨磨性和表表面硬度度。电火火花沉积积技术作作为一种种表面强强化工艺艺,具有有独特的的的优点点，如强强化层与与母材通通过冶金金结合，加工过过程中热热输入量量低，电电极材料料也容易易选择等等，由于于上述独独特的优优势，电电火花加加工工艺艺在各领领域都得得到了广广泛的推推广和应应用。本本文旨在在研究电电火花表表面强化化技术，并通过过实验分分析研究究其组织织结构和和性能。1.2 电火花花沉积电火花沉沉积（EElecct

43、orr Spparkk Deepossitiion），是一一种对金金属表面面进行沉沉积处理理的加工工工艺，它利用用的是具具有高密密度能量量的电能能，使电电极材料料和工件件材料产产生冶金金结合从从而形成成沉积层层。在加加工过程程中，硬硬质合金金如TIIC、WWC等电电极材料料作为阳阳极，也也就是工工作电极极，金属属工件作作为阴极极，利用用氢气中中阳极和和阴极之之间的电电火花放放电作用用产生的的高能量量，在极极短的时时间内（10-5110-66s）使使相接触触的部位位达到8800002550000的高温温，火花花放电的的能量能能够将电电极材料料移动到到基体的的工作表表面，从从而形成成沉积层层。经过

44、过电火花花加工后后，形成成的沉积积层具有有特殊的的作用，心部的的组织和和力学性性能没有有改变，但是工工件表面面的化学学性能、力学性性能以及及物理性性能均得得到提高高，并且且沉积层层与基体体的结合合也非常常紧密。在工件件表面，甚至能能形成显显微硬度度高达11000017700HHV的白白亮层，同时还还有过渡渡层形成成。经过过电火花花沉积，零件的的表面粗粗糙度增增大，抗抗疲劳性性能有所所提高，并且零零件的耐耐磨性、高温抗抗氧化性性、耐腐腐蚀性以以及硬度度等有效效提升，此外，电火花花加工还还可以在在磨损工工件的微微量修补补方面得得到应用用。 在现代代化的生生产加工工中，维维修的重重要性与与固定资资产

45、的重重要性不不分伯仲仲，零件件的维修修以及机机械设备备的修复复等变得得越来越越重要，可以说说，维修修是一种种生产力力。为了了提升经经济价值值，已磨磨损的机机器零件件、模具具等的微微量修补补过程中中不应该该花费更更多的资资金去实实现，而而利用电电火花加加工，很很好的的的达到了了技术性性和经济济性的结结合。 电火花花沉积技技术是一一种星新新材料表表面强化化技术，在提高高零件表表面耐腐腐蚀性、耐磨性性、耐氧氧化性方方面具有有独特的的技术优优势，不不仅可以以用于刀刀具、模模具以及及各种工工具等工工艺，而而且在一一些军事事机械以以及核反反应堆等等高端零零件上面面的应用用也具有有非常良良好的前前景。电电火

46、花沉沉积技术术操作较较为简便便，能够够降低资资源的消消耗，延延长设备备的使用用寿命，再加上上加工成成本较低低，因此此目前在在工程领领域内它它已经成成为一种种举足轻轻重的再再造技术术。电火火花沉积积的应用用效果和和应用范范围收到到其设备备和工艺艺水平的的限制，所以，在扩大大其应用用范围，提高生生产效率率、稳定定性以及及可靠性性方面，更加深深入的研研究和探探讨沉积积设备的的制造水水平和工工艺水平平有着深深远的意意义。1.2.1 电电火花沉沉积工艺艺的发展展概况19433年，前前苏联的的拉扎连连科夫妇妇发明了了电火花花强化技技术，这这种技术术在很多多工业发发达国家家得到推推广和应应用，效效果显著著。

47、50年代代中期,这一技技术改进进为电阻阻-电感感-电容容等回路路。高功功率管，闸流管管，与其其他高频频脉冲电电源的使使用，使使生产率率可以在在相同的的表面粗粗糙度条条件得以以改善。前苏联联对Y JI P系列列电火花花表面强强化机的的研制做做出了突突出的贡贡献，同同时，在在工艺学学研究所所，中央央机器局局对M E系列列电火花花表面强强化机械械仪器投投入了大大量的研研究。119644年，在在摩尔达达维亚科科学院的的应用物物理研究究所，在在基希涅涅夫实验验工厂研研制了机机械化和和手工操操作沉积积机系列列，这些些产品在在前苏联联的很多多部门得得到快速速的应用用，如仪仪器制造造、机器器产品制制造、工工具

48、等部部门；七七十年代代，此研研究部门门利用晶晶体管脉脉冲发生生器以及及可控硅硅制造出出了新型型强化机机产品，通过使使用新型型操作工工具，改改变了合合金化控控制方法法6。据数数字统计计，前苏苏联在1197881 9799年应用用的377台中M-78型型强化设设备，总总共节约约了高达达40万卢卢布的资资金。五五十年代代和六十十年代，欧美和和日本分分别从开开始对电电火花表表面强化化加工工工艺进行行研究和和应用，主要产产品成果果包括有有美国制制造的FF 5型型、12269型型以及TTVNGGCARRB2220型，英国制制造的SSPA RKCCARDD，日本本研制的的DEPOOSITTIONN，法法国制

49、造造的CAARBUUMATTIG等等。这些些手工操操作设备备主要用用于刀具具和模具具的表面面强化，功率不不是很大大，一般般都在2200WW以内。另外，保加利利亚专家家运用非非接触电电火花加加工方法法，利用用独立式式脉冲电电源的研研制出了了E型A系列产产品，同同时匈牙牙利等国国也开始始生产此此类产品品。 九十年年代后，电火花花沉积强强化技术术在日本本得到很很大发展展。日本本研制的的Spaark deppo强化化设备可可获得较较为均匀匀的强化化涂层，并且涂涂层的厚厚度也有有所增加加。电火火花加工工的原理理如图55所示。沉积层保护气基体火花图1-55 电火火花沉积积工艺示示意图比较性能能 新型设备备

50、国产设备备日产设备备功率（WW）1400060116090012000电机运转转方式旋转旋转旋转强化材料料碳化物等等WC-CCo碳化物等等气体保护护氩气氩气涂层厚度度（m） 2000 300 1550涂层表面面连续涂层层点堆积连续涂层层 国内沉沉积机的的研制收收到条件件的限制制，从五五十年代代开始研研制，但但是并没没有得到到广泛的的应用。七十年年代，国国内一些些单位重重新关注注电火花花强化技技术在模模具和刀刀具的方方面的应应用，并并在此方方面进行行了研究究。D991系列列在苏州州电加工工机床研研究所被被研制，随后在在泰州海海陵电器器厂进行行批量生生产。近近些年来来，强化化机的研研制已有有所突破

51、破，在中中国农机机院所，一种新新型脉冲冲发电电电火花沉沉积设备备被研制制出来，它采用用了先进进的功率率开关元元件IBBGT，计的一一套控制制电路大大大提高高了放电电能量，可用于于控制设设备的充充放电过过程，且且加工过过程的可可靠性和和稳定性性均有所所提高；西安庆庆安集团团有限公公司作为为航空第第一集团团的附属属，研制制出了zzs-1116型型号的电电火花强强化机，使用了了旋转电电极，放放电能量量均衡，能够用用于多种种电火花花强化加加工，并并且电流流调节范范围也很很大，沉沉积层的的质量和和厚度都都得到了了提高，同时表表面粗糙糙度也有有所降低低。表11显示了了电火花花沉积的的新型设设备与国国产强化

52、化机、日日产设备备性能的的比较： 表1-1 新新型设备备、国产产及日产产强化机机性能比比较1.2.2 电电火花沉沉积的理理论研究究现状 国外许许多学者者对传统统电火花花表面强强化理论论的研究究作了比比较广泛泛的研究究，19943年年，苏联联学者拉拉扎连科科夫妇发发明研究究了电火火花加工工技术之之后，脉脉冲电源源和控制制系统的的改进促促进了这这一技术术迅速的的发展，也就是是用 HYPERLINK /wiki/电阻 电阻阻、电容容回路，即所谓谓的RCC回路。50年代代中期,这一技技术改进进为电阻阻-电感感-电容容等回路路。与此此同时，由于采采用了脉脉冲发电电机之类类的长脉脉冲电源源，蚀除除效率得得

53、以快速速的提高高，工具具电极的的相对损损耗也大大大降低低。那么么高功率率管，闸闸流管，与其他他高频脉脉冲电源源的使用用，使生生产率可可以在相相同的表表面粗糙糙度条件件得以改改善。220世纪纪60年代代，晶体体管和可可控硅脉脉冲电源源的使用用，对提提高能源源利用效效率和降降低工具具电极损损耗，扩扩大调谐谐范围的的粗精加加工等方方面起到到了相当当大的作作用。220世纪纪70年代代，高低低压，多多回路脉脉冲幅度度脉冲和和可调波波形脉冲冲功率的的出现，使得表表面粗糙糙度，加加工精度度和降低低工具电电极损耗耗的复合合脉冲等等出现了了新的进进展。在在控制系系统方面面，从最最初的放放电间隙隙控制工工具电极极

54、的进退退，逐步步发展到到使用微微机和电电气参数数和非电电参数的的各种因因素进行行及时控控制33。20世纪纪80年代代，工业业级CPPU控制制，G代码编编辑功能能等大大大提高了了使用性性能。日日本牧野野（牧野野）于119800年发明明了第一一台数字字控制放放电加工工机。到到90年代代，多轴轴控制和和换刀装装置（AATC）技术广广泛的使使用。近近年来，电阻技技术，直直线导轨轨技术，混合粉粉的技术术等一些些新技术术也被成成功地用用于电火火花加工工机床中中。 前苏联联学者通通过研究究后发现现，在提提高工具具表面质质量的方方法方面面，非接接触火花花放电系系统的前前景相对对来说是是最好的的，因为为为了保保

55、证必要要的生产产率，采采用了高高频独立立式脉冲冲发生器器，以及及减少单单个脉冲冲能量等等，并对对强化层层可能出出现的一一些基本本形式进进行了研研究。通通过这一一系列的的研究后后，得出出了影响响强化效效果的一一些因素素。最近近，电火火花沉积积(EllecttroSpparkk Deepossitiion)等新工工艺的出出现，是是在一些些传统表表面加工工工艺的的基础上上发展起起来的，而且，这种新新工艺被被国内外外工业界界接受和和应用，这也是是不久之之前的事事情22。在在应用研研究方面面，国外外许多学学者也做做了大量量的研究究性工作作。 19999年，在中国国表面工工程研究究所，农农业机械械研究所所

56、与哈尔尔滨汽轮轮机厂完完成了电电火花堆堆焊工艺艺表面的的合作，首次成成功修复复电厂330万千千瓦的发发电机轴轴密封磨磨损的表表面，从从而解决决了许多多类似案案例技术术问题，如刷涂涂料的性性能差，损坏，无法修修复的焊焊接，喷喷涂、粘粘接强度度不够等等缺陷。在北京京，山西西，云南南，山东东，广东东，黑龙龙江，甘甘肃，并并在随后后的四年年当中，成功地地修复了了许多地地区中型型电厂的的百余件件同类产产品。在在国内，关于电电火花表表面强化化的研究究中，对对于传统统工艺理理论研究究已有进进展和突突破，天天津机床床工业研研究所，浙江大大学，以以及原原原机械部部第八设设计研究究院等从从事研究究工作的的部门在在

57、强化机机理和应应方面也也有很多多的成果果。硬度度，耐磨磨性，粗粗糙度，以及高高温稳定定性强化化层的相相结构，应力状状态，物物理和化化学性能能等因素素对加工工中的强强化过程程都有重重要的影影响。因因此，在在关于强强化性能能影响因因素方面面的研究究中，很很多学者者都做了了大量的的研究，以期事事先预测测强化层层的特性性。在这这些影响响因素中中，主要要有电极极振动方方式，介介质成分分，以及及电极材材料等。然而，在电火火花沉积积工艺的的理论方方面，国国内报道道的寥寥寥无几，其应用用方面的的报道也也不是很很多。电电火花沉沉积金属属陶瓷材材料酬铝铝液热浸浸蚀方面面，黄小小欧做过过详细的的研究;电火花花表面光

58、光洁度和和沉积涂涂层厚度度的分析析方面，赵树萍萍在辽宁宁有过编编译；关关于电火火花沉积积不锈钢钢1Crrl8NNi9TTi，中中国科学学网站对对其后沉沉积层的的抗高温温氧化性性做过报报道。可可以明显显的看出出，在研研究中，对沉积积层组织织结构，沉积工工艺，机机理等方方面的的的研究不不多，而而且这些些研究的的全面性性方面也也存在一一些问题题。 可以预预见，电电火花沉沉积工艺艺在实用用性和实实用性方方面有着着得天独独厚的优优势，然然而其理理论研究究却没有有跟上应应用的脚脚步，因因此，本本文着重重从沉积积层的组组织结构构和性能能方面，对电火火花沉积积加工做做了一些些讨论。1.2.3电火火花沉积积工艺

59、的的发展趋趋势 进入新新世纪以以来，工工业正发发生着日日新月异异的变化化，如何何最大限限度的提提高模具具、工具具等零件件的使用用寿命和和性能已已成为研研究的热热点问题题。因此此，对于于新技术术、新工工艺的要要求，电电火花沉沉积技术术应可以以下方面面重点发发展：加强电火火花沉积积设备的的更新换换代。对对于沉积积层来说说，其质质量和厚厚度受电电火花沉沉积设备备的影响响很大，与传统统的强化化机相比比，现在在的设备备制备的的沉积层层厚度基基本已达达到应用用的要求求，然而而与一些些其他表表面处理理技术设设备相比比，电火火花沉积积设备的的效率较较低，沉沉积层均均匀性差差，且大大多是手手工操作作的小功功率设

60、备备，因此此，今后后的发展展方向应应该是毫毫米级沉沉积层厚厚度，均均匀性好好，高效效率，机机械化、自动化化高的大大功率设设备。由由于电火火花强化化工艺对对强化层层的要求求越来越越高，因因此应该该加快电电火花设设备的研研制，及及时的更更新换代代，促进进技术的的不断发发展进步步。2、扩大大应用领领域范围围。目前前，电火火花沉积积工艺已已经在轻轻工、交交通、纺纺织、农农业机械械、机械械制造、电机、电器、化工等等行业中中得到广广泛的应应用，很很多工具具、模具具的零部部件都采采用此技技术进行行表面强强化，所所以，应应该加强强电火花花沉积技技术在水水利水电电、冶金金、医疗疗器械等等行业中中的应用用，尤其其