Применение электроискрового легирования электродными материалами на основе карбида вольфрама для наноструктурирования поверхности стали 35

2. Редькин А.А. Определение реакций взаимодействия опорных элементов твердого тела при движении в упругой направляющей // Известия Тульского государственного университета. Вып. 12 Ч. 2. 2016. 327 с.

Редькин Александр Александрович, асп., alexander9629@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL IMPRECISIONS ON THE WORKING CONDITION OF PARTS WITH LINEAR SLIDEWAYS

A.A. Redkin

The article describes the technique of an estimation of influence of technological imprecisions on perturbing factors at linear moving of a body in an elastic slideway.

Key words: technological imprecisions, elastic slideway, linear motion, disturbingfac-

tors.

Redkin Alexandr Alexandrovich, postgraduate, alexander9629@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.793

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА ДЛЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

СТАЛИ 35

В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.Н. Романенко, Е.А. Филатов, И. А. Макарова, И.В. Ворначева

Изучалось изменение привесов катода и эрозии анода за определенное время легирования при различных электрических параметрах. Исследована кинетика процесса ЭИЛ, включающая временные зависимости суммарных и удельных эрозий анода, а также суммарных и удельных привесов катода. Показано, что эффективность процесса «грубого» ЭИЛ возрастает при повышении длительности импульсов до характерного для каждого электродного материала предела.

Ключевые слова: наноструктурирование, карбидовольфрам, электроискровое легирование, порошковые материалы.

Основой поступательного развития экономики в рыночных условиях является повышение эффективности производства. Решение этой проблемы связано с созданием новых и совершенствованием существующих технологий, с технологическим перевооружением производства. Важное значение приобретает задача создания новых установок и электродных ма-

97

териалов для, применение которых даст возможность существенно увеличить эффективность процесса электроискрового легирования, значительно улучшить физико-химические и эксплуатационные характеристики легированного слоя (ЛС).

Уровень развития и разнообразие производительности и точности электрофизических способов объемной и поверхностной обработки материалов актуализируют исследования и разработки, повышающие их физико-химические и трибологические свойства за счет формирования наност-руктурированных состояний из твердосплавных карбидных, боридных и нитридных включений [2]. Немаловажное значение, особенно в нынешних рыночных условиях, приобретает экономическая эффективность технологических решений, применяемых с этой целью. В этой связи достаточно зарекомендовавший себя метод электроискрового легирования (ЭИЛ) обладает целым комплексом конкурентных преимуществ: создает компактным электродом как из токопроводящих, так и нетокопроводящих порошковых материалов поверхностные легированные слои (ЛС) на металлической основе, обладающие высокими адгезионными, эксплуатационными и функциональными свойствами, достигаемыми при низкой энергоёмкости и простоте техпроцесса [3].

Достигнутый прогресс в развитии исследовательской и испытательной техники наномасштабного разрешения (атомно-силовой и туннельной микроскопии, малоуглового рентгеновского рассеяния, микроспектральных методов, наноинденторов и др.) создал принципиально новые условия для решения материаловедческой триады: установления взаимосвязи состава-структуры-свойств поверхностных слоев с технологическими режимами и параметрами формирования. Так, недавно было показано, что в условиях единичного электрического разряда в системе «металлический катод - анод» на катодной поверхности происходит образование упорядоченного скопления нанокластеров, состоящих из наночастиц с размерами вплоть до 30 нм [4], что позволяет по-новому оценить возможности ЭИЛ, а также ставит задачу наноразмерного изучения структуры формируемых ЛС.

Концентрация интересов исследователей на изучении поверхностей вполне обоснована, так как именно в поверхностных слоях первично зарождаются дефектные образования и создаются условия, тормозящие развитие усталостных трещин. В технологии ЭИЛ качественные характеристики ЛС существенно зависят от электродного материала (ЭМ). Материалом для него выступают, как правило, твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама и титана, в том числе и наноструктурированного карбида вольфрама [5]. Однако им свойственны высокая эрозионная стойкость и стоимость. В связи с этим представляет научный и практический интерес исследование процесса формирования поверхностного слоя при легировании сталей новым электродным материалом на основе карбида вольфрама с добавкой

нанопорошка оксида алюминия, в сравнении с электродами из стандартного твердого сплава ВК8. Это позволит полнее изучить закономерности формирования ЛС с целью их дальнейшего практического применения на всех типах механизированных установок.

Формирование ЛС осуществлялось на типовой механизированной установке с вращающимся торцевым электродом на «Элитрон-101» с использованием генератора импульсов модели "ГМЕ8" [14]. Управление режимами осуществлялось регулированием частоты следования электрических импульсов (до 400 Гц) и дискретным изменением длительности 10, 20, 40, 60, 80 мкс. Установка имела мощность 1.5 кВт при напряжении 50 В, величина тока изменялась в интервале 160...225 А. Скорость обработки поддерживалась в пределах 1 см /мин.

Для нанесения ЛС использовались специально разработанные электродные материалы, которые были синтезированы методом порошковой металлургии в Институте материаловедения ХНЦ ДВО РАН. Состав материалов электродов включал сплав ВК8 с добавкой нанопорошка А12О3 (1.5 %) [1]. Использование оксида алюминия в качестве ингибитора роста зерна позволяло уменьшить средний размер зерна твердого сплава с 2, 4 мкм до 0,84 мкм и снизить эрозионную стойкость электродного материала с целью увеличения производительности электроискрового легирования.

Как установлено ранее [3], нанодисперсный оксид алюминия препятствует росту зерен ШС путем срастания и перекристаллизации через жидкую фазу. Добавка 1 % А12О3 вызывает уменьшение среднего диаметра зерна в сплаве в 1,5 раза. Однако при дальнейшем увеличении его содержания (до 5 %) наряду с уменьшением зерна в 3 раза ухудшается структура сплава, нарушается сплошность кобальтового связующего скелета и увеличивается объем твердой фазы и пор, что в целом понижает физико-химические характеристики формируемого ЛС.

Для анализа процесса ЭИЛ использовались стандартные методики. Определялось изменение массы катода в виде углеродистой стали 35 и массы анода после электрической эрозии. Анодом служили либо стандартные твердосплавы ВК8, либо вновь разработанные ЭМ с добавкой в твердый сплав ВК8 нанопорошка А12О3. Изучалось изменение привесов катода и эрозии анода за определенное время легирования при различных электрических параметрах. Параллельно осуществлялись гранулометрический анализ продуктов эрозии по методике [6] на микроскопе МБС-9, металлографические исследования поперечных срезов упрочняемых образцов на оптическом микроскопе с насадкой для индентирования, рентгенофазовый анализ поверхности легированных образцов на установке ДРОН-7, а также атомно-силовые микроскопические исследования на АСМ Л1б1КТ 8шаг18РМ и изучение комбинационного рассеяния света на микроспектрометре OmegaScope, интегрированном с Л1бЮТ 8шаг18РМ.

Исследована кинетика процесса ЭИЛ, включающая временные зависимости суммарных и удельных эрозий анода, а также суммарных и удельных привесов катода. Эффективность процесса формирования ЛС рассчитывалась по формуле: у = ИДаКср?х, (см /мин). Здесь 1Х - порог хрупкого разрушения ЛС, то есть время обработки, когда впервые фиксируется отрицательный удельный привес катода, Кср - коэффициент переноса материала за время равный отношению Кср = Дк/Да, Дк и Да - привес катода и эрозия анода за каждую последующую минуту легирования.

Эффективность процесса ЭИЛ зависит от объёма, гранулометрического и фазового состава материала, выносимого из эрозионной лунки анода под воздействием электрического разряда и осаждаемого на поверхности обрабатываемой детали - катода.

Очевидно, что величина привеса катода существенным образом обусловливается эрозионными свойствами электродных материалов. С этой целью были изучены временные зависимости удельной и суммарной эрозии анода в процессе легирования стали 35 электродами - ВК8+1 % А12О3 и ВК8+5 % А12О3 на частоте 400 Гц. Характер изменений удельной и суммарной эрозии от времени легирования Да, ИДа =f(t) и длительности импульсов для электродного материала на основе карбида вольфрама с добавкой нанопорошок оксида алюминия одинаков.

В случае «грубого» легирования (ток 160...225 А) зависимость суммарной эрозии материала анода от длительности электрических импульсов приближенно можно принять линейной. С увеличением длительности импульсов эрозия вырастает. Минимальная суммарная эрозия анода с 1 и 5 % добавкой А12О3 наблюдается при длительности импульсов 20 и 10 мкс соответственно, тогда как уже при длительности 80 мкс эрозия будет максимальной. Удельная эрозия изменяется циклически, что, может быть обусловлено образованием на поверхности электрода устойчивой вторичной структуры, снижающей как эрозию, так и привес катода. Это означает, что для исследуемых материалов и режимах обработки не соблюдается правило аддитивности: суммарная эрозия (ИДа) материалов электродов оказывается неравной сумме эрозионных эффектов единичных импульсов. Видимо это нарушение вызывается образованием вторичных структур (оксидов и нитридов за счет взаимодействия продуктов эрозии с окружающей средой), увеличением температуры электродов (накопление тепла в процессе ЭИЛ). Изменения удельного и суммарного привесов катода Да, ИДа=/(0) от времени легирования t на исследуемом «грубом» режиме ЭИЛ могут аппроксимироваться полиномами шестой степени.

Параметры процесса ЭИЛ на стали 35 с помощью исследуемых электродных материалов представлены в табл. 1. Покрытия на стали 35 получены на механизированной установке ЭИЛ типа "Элитрон-101" с использованием генератора импульсов "1МЕ8" (частота 400 Гц, длительность изменялась в диапазоне 20.80 мкс, напряжение 50 В, ток варьировался в

пределах 160.225 А. Исходная микротвердость Нц для стали 35 лежала в пределах 1,99.2,4 ГПа. Для формирования ЛС использованы электроды ВК8, ВК8 + 1 % А12О3, ВК8 + 5 % А12О3.

В соответствии с данными табл. 1 с увеличением длительности импульсов суммарный массоперенос вплоть до времени хрупкого разрушения ^ с ростом добавок А12О3 убывает: при 1 % содержании добавки его величина изменилась от 3,26 до 14,75 см , тогда как при 5 % - с 3,92 до 11,54 см , как это видно из табл.1. Отмечается увеличение суммарного массопереноса и эрозии с ростом длительности импульсов. Так, при длительностях 80 и 20 мкс наблюдался их рост: при добавке 1 % нанопорошка А12О3 - в 4 раза, а при добавке 5 % А12О3 - в 3 раза, соответственно. Эффективность процесса формирования ЛС для типового сплава ВК8 (на оптимальной длительности импульсов 60 мкс) по сравнению с ее величиной при длительности 20 мкс (добавка 1 % нанопорошка А12Оз) снижается более чем в 3 раза. В целом, можно отметить тенденцию роста эффективности процесса формирования ЛС при использовании добавок указанного состава на более чем в 5 раз для сплава с добавкой 1 % и в 2,5 раза с добавкой 5 %.

Таблица 1

Данные о процессе формирования легированного слоя

на стали 35

Длительность, мкс ЕАк-10"4, см3 (за и) £Аа-10-4, см3 (за и) 1х, мин Кср, мин-1 Г10-4, см3/мин

Электровод ВК8, частота 400 Гц

20 2,6 6,64 10 0,39 10,14

40 7,33 15,48 10 0,45 32,99

60 7,67 15,34 9 0,48 33,13

80 5,14 11,09 6 0,34 10,49

Электровод ВК8+ 1% А12О3, частота 400 Гц

20 3,26 7,38 10 0,42 13,69

40 9,22 21,56 10 0,4 36,88

60 10,85 21,77 10 0,47 50,99

80 1,75 28,23 10 0,49 72,28

Электровод ВК8+ 5% А12О3, частота 400 Гц

20 3,92 6,77 10 0,6 23,52

40 8,46 14,85 10 0,55 46,53

60 9,54 21,23 10 0,42 40,07

80 11,54 21,69 10 0,49 56,55

Как показывают данные гранулометрического анализа продуктов эрозии при электроискровом разряде, они обладают либо шарообразной (или близкой к ней формой), либо неправильной формой с рваными краями (рис. 1). Такое разнообразие формообразования в процессе ЭИЛ вызы-

вается действием разных механизмов: в первом случае имеет место формирование из жидкой фазы, во втором - из твердой в процессе хрупкого разрушения материала анода [7, 8]. Такое описание соответствует и исследуемым материалам, что демонстрирует рис. 2.

а

б

Рис. 1. Продукты эрозии ЭИЛ на стали 35

а б

Рис. 2. Микроструктура легированных слоев на стали 35: а - ВК8; б - ВК8 +1 %А12О3

Следует отметить, что содержание частиц твердой фазы выше 50.60 % ухудшает качество формируемого лс. как показано ранее [6], смачиваемость с катодом жидкофазной составляющей анода и уменьшение размеров продуктов его эрозии приводят к росту адгезии, плотности и твердости лс выборка из данных гранулометрического анализа состава исследуемых продуктов эрозии показывает, что они в основном представлены частицами хрупкого разрушения - более 70 %. при внесении в твердый сплав добавок в виде нанопорошка А12О3 или оксида вольфрама (в пределах от 1 до 5 %) растет доля шарообразных частиц, имеющих жидкофазное происхождение, такой же эффект достигается при длительности импульсов 20.80 мкс. доля шарообразных частиц в этом случае превышает 60 %, это может быть вызвано разрядным плазменным разогревом материала анода.

Это подтверждает возможности гранулометрического анализа продуктов эрозии дл решения задач оптимизации количества добавок нанопорошка А12О3.

Металлографический анализ поперечного шлифа катода с нанесенным ЛС показывает, что в поверхностном слое в исследованных образцах присутствуют поры, микротрещины табл. 2. Структура поверхностного слоя неравномерна по толщине. При травлении реактиве №1 выявляется феррито-перлитная структура стали. После травления реактиве №2 в белом слое выявляется микроструктура, которая, так же, как и макроструктура, зависит от режима ЭИЛ.

На участке стали, прилегающем к белому слою в результате термического воздействия разряда и плазмы и последующего быстрого охлаждения образуются тонкие слои, в которых перлитная составляющая подвергается закалке и ее микротвердость повышается по сравнению с более глубокими участками основы, на что указывает увеличение следов микроин-дентора. При травлении вторым реактивом в белом слое выявляются участки с очень дисперсными карбидами цементита и скоплениями продуктов распада материала анода. Увеличение количество скоплений характерно для режимов с повышенным выделением энергии в межэлектродном промежутке. Однако на таких режимах возрастает также дефектность и степень окисления поверхностных слоев.

Таблица 2

Гранулометрический состав продуктов эрозии электродного материала системы ЖС - Со, ЖС - Со +1 или 5 % А12О3 в ЛС на стали 35. Начальный размер частиц около 2 мкм

Материал анода Шарообразные частицы Частицы хрупкого разрушения

0, мкм содержание, % размер частиц, мкм содержание, %

ВК8 частота 400 Гц, длительность 20 мкс, напряжение 40 В, ток 250А

41,85 29,7 58,9 70,3

частота 400 Гц, длительность 80 мкс, напряжение 40 В, ток 250А

58,9 28,4 79,05 71,6

ВК8+1% А12О3 частота 400 Гц, длительность 20 мкс, напряжение 40 В, ток 250А

41,85 34,0 102,3 64,0

частота 400 Гц, длительность 80 мкс, напряжение 40 В, ток 250А

58,9 51,6 102,3 48,4

ВК8+5% А12О3 частота 400 Гц, длительность 20 мкс, напряжение 40 В, ток 250А

41,85 40,3 58,9 59,7

частота 400 Гц, длительность 80 мкс, напряжение 40 В, ток 250А

41,85 60,9 158,1 39,1

Рентгенофазовый анализ состава покрытий при ЭИЛ с разными параметрами (рис. 3) показывает, что повышенное тепловое воздействие сопровождается разложением ШС за счет взаимодействия углерода с кислородом воздуха. Основу покрытия составляют карбиды типа Ш2С СохШхС, с

103

мелкими включениями WC. При грубой ЭИЛ обработке (согласно рис. 3 «сверху-вниз») последовательно инициируется реакция: WC - W2C, и последующее восстановление вольфрама. Аналогичные химические переходы возникают, как с ростом времени легирования, так и с увеличением длительности разрядов.

Рентгенофазовый анализ состава покрытий при ЭИЛ с разными параметрами (рис. 3) показывает, что повышенное тепловое воздействие сопровождается разложением WC за счет взаимодействия углерода с кислородом воздуха. Основу покрытия составляют карбиды типа W2C Со^хС, с мелкими включениями WC. При грубой ЭИЛ обработке (согласно рис. 2 «сверху-вниз») последовательно инициируется реакция: WC - W2C, и последующее восстановление вольфрама. Аналогичные химические переходы возникают, как с ростом времени легирования, так и с увеличением длительности разрядов.

Для измерения микротвердости на различной глубине ЛС готовились поперечные шлифы образцов в наклонном положении. Величина микротвердости ЛС в 7 - 8 раз превышала микротвердость стали 35 (рис. 2). Однако при длительностях разрядов превышающих 60 мкс прочность верхних слоев ЭИЛ покрытия понижается по сравнению с более глубокими слоями покрытия, что, видимо, вызвано разложением WC.

Рис. 3. Рентгеновские дифрактограммы покрытий на разных частотах и длительностях импульсов на стали 35

Таким образом, необходимый для твердосплавного анода «грубый» режим ЭИЛ сопровождается окислением и обезуглероживанием, формированием вторичной структуры, состоящей из окислов, смеси карбидов различной стехиометрии ^С, W2С) и даже металлического W. В этих условиях для сохранности исходного WС следует применять защитную (аргоновую) атмосферу.

Структурные особенности формируемых в процессе ЭИЛ ЛС исследовались также с помощью атомно-силового микроскопа ЫТ БшайБРЫ. Учитывая, что ЛС имеют высокую шероховатость, а методы АСМ не допускают изучение таких поверхностей, предварительно все образцы были проанализированы на конфокальном микроскопе, совмещен-

ном с АСМ. В результате по специально разработанной методике удалось отобрать не только образцы пригодные для исследований методом АСМ, но и выделить области в ЛС, где предположительно происходило нанос-туктурирование в процессе ЭИЛ. Такие области отличались цветом вплоть до синего, что объясняется рассеиванием света на структурных неодно-родностях с размерами, сопоставимыми с длиной волны светового излучения подсветки конфокального микроскопа (рис. 4, а).

Как следует из АСМ сканограммы, представленной на (рис. 4, б), наименьший размер наночастиц был обнаружен в составе ЛС, полученном электродом ВК8 с 1% добавкой нанодисперсного порошка А12О3. минимальный размер частиц был менее 30 нм (рис. 4, б), из которых методом ЭИЛ с вращающимся электрод-инструментом в ЛС образовывались регулярные полосы с размерами от сотен нанометров до нескольких микрометров (рис. 4, в). Представленные на этом же рисунке цифровые данные соответствуют величине адгезии для каждой отмеченной частицы. При одинаковом фазовом составе рост этого параметра может также подтверждать уменьшение размера исследуемых наночастиц.

а б в

Рис. 4. Конфокальное изображение и сканограммы ЛС: а - фотография поверхности ЛС в конфокальном микроскопе; б и в - АСМ сканограммы размером 3x3 мкм и 1x1 мкм

Результаты изучения износостойкости полученных ЭИЛ покрытий, представлены на рис. 4. Анализ экспериментальных результатов показывает, что введение оксида алюминия в твердый сплав во всех случаях испытаний приводит к повышению износостойкости ЛС. Наилучшие результаты получены при ЭИЛ электродным материалом с добавкой 3 % нанопо-рошка оксида алюминия при режиме нанесения со следующими параметрами (частота 400 Гц, длительностью импульсов 40 мкс (кривая 3). Можно отметить, что на износостойкость ЛС значительное влияние оказывает структура поверхностного слоя. Образованная полосчатая структура размера несколько сотен нанометров полученная твердым сплавом с добавка-

105

ми нанопорошка оксида алюминия вращающимся электрод инструментом показывает лучшие результаты износостойкости, чем слои полученные твердым сплавом ВК8 при длительности импульсов 40 мкс. Увеличение длительности импульсов до 80 мкс отрицательно сказывается на износостойкости вследствие чрезмерного разогрева материала электрода и распада фазы карбида вольфрама до вольфрама.

Обобщенные данные по исследованиям параметров полученных ЛС на образцах из стали 35 представлены в табл. 3. Изучение процесса формирования ЛС на стали 35 с помощью механизированного ЭИЛ типовым сплавом ВК8 и сплавом ВК8 с добавкой 1.5 мас. % нанопорошка А12О3 позволило установить рациональные параметры и режимы работы макета, разработанной установки.

Показано, что эффективность процесса «грубого» ЭИЛ возрастает при повышении длительности импульсов до характерного для каждого электродного материала предела. Добавка А12Оз в количестве 1 мас.% в ВК8 увеличивает по сравнению со стандартным сплавом ВК8 суммарный массоперенос и эффективность процесса формирования ЛС почти в 3 раза (рис. 5).

Таблица 3

Характеристики ЭИЛ покрытий на стали 35

Матери- Длительность Сплош- Средняя Микротвердость Купр.

ал элек- , мкс ность ЛС, толщи- , ГПа =Нрлс/Нр3

трода % на ЛС, мкм ЛС ст. 35 5

ВК8 20 50 7 6,86 2,6 2,64

80 88 20 11,65 3,19 3,65

ВК8+1% АЪОз 40 64 18 12,51 3,19 3,92

60 78 18 12,19 3,07 3,97

80 68 16 10,98 4,03 2,72

ВК8+3% АЪОз 40 95 21 11,04 2,99 3,69

60 98 24 12,51 3,74 3,34

80 97 38 12,83 4,34 2,96

ВК8+5% А12О3 40 82 25 11,09 3,44 3,22

60 87 24 11,63 3,45 3,37

80 97 37 12,37 4,26 2,9

Микротвердость легированных слоев превышает в 3 - 4 раза микротвердость стали 35. Определены наиболее эффективные режимы ЭИЛ и состав формируемых ЛС: частота 400 Гц и длительность до 80 мкс для электрода ВК8 с добавкой 1 % нанопорошка А12О3. При введении в ВК8 добавок нанопорошка А12О3 (до 1.5 %) и длительности импульсов от 20 до 80 мкс содержание сферических частиц, сформированных из жидкофаз-ной составляющей, повышается до 60 %. Методами АСМ обнаружено

106

формирование в процессе ЭИЛ в ЛС регулярной полосовой наноструктуры, образованной из наночастиц ШС. Обусловленное введением нанопо-рошка А12О3 в ВК8 повышение износостойкости ЛС может быть объяснено именно формированием в поверхностных слоях такой структуры с элементами самоорганизации.

0,02 --------------------------------------------------------------------------------------------------------

0,018 I-.................................................................................................... >» »

¿401) 80 2 MUH/CM2 ВК8-1%А1203 колонна

3 400 40 2 МИНЛМ2 ВК8+3%А1203 колодкз

4 400 80 2 шж/см2 ВКВ

SSÎAI203

колодка

Рис. 5. Относительный износ ЛС на стали 35 с покрытиями

из типового сплава ВК8 и ВК8 с добавкой порошка оксида

алюминия

Таким образом, в результате проведенных комплексных исследований взаимосвязей, как технологических режимов нанесения покрытий на сталях промышленного назначения известным способом электрофизической обработки - ЭИЛ, так и физико-химических и эксплуатационных свойств покрытий, создаваемых этим методом, с применением методов на-ноинструментария впервые обнаружено, что добавка в карбид вольфрамовый электродный материал нанопорошка оксида алюминия (от 1 до 5 мас. %), выступающего как ингибитор роста зерна, улучшает структуру, фазовый состав, микротвердость, эрозию и массоперенос, приводит к формированию в процессе ЭИЛ в ЛС регулярной полосовой структуры с элементами самоорганизации. Фактически в данном случаем продемонстрирована реальная возможность практического применения явлений и процессов самоорганизации па наномасштабном уровне, что получило свое отражение и практическую апробацию в целом ряде работ [9 - 18].

Полученные результаты могут быть использованы при разработке ресурсосберегающих процессов и технологий обработки промышленных материалов с использованием новых наноконструкционных смазок и покрытий [19 - 41].

Работа подготовлена в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России № 11.6682.2017/8.9.

107

1 400 40 2

МПН/СМ2ВК8

колодка

1234 56789 10 11 12

I, КМ

Список литературы

1. Хохлов А.Р., Дормидонтова Е.Е. Самоорганизация в ион-содержащих полимерных системах // Успехи физических наук. 1997. Т. 167. №2. С. 113-128.

2. Коротаев Д.Н. Технологические возможности формирования износостойких наноструктур электроискровым легированием: монография. Омск: СибАДИ, 2009. 255 с.

3. Николенко С. В., Верхотуров А. Д. Новые электродные материалы. 2005. 219 с.

4. Поверхностное структурирование меди под действием электрического разряда / С. А. Пячин, В.Г. Заводинский, А.П. Кузьменко, М.А. Пугачевский, А.А. Бурков, Д.И. Тимаков // Письма в ЖТФ. 2010. 36(14). С. 34-40.

5. Влияние предварительного наноструктурирования поверхностного слоя на износостойкость титанового сплава ВТ6, подвергнутого химико-термической обработке / А.Е. Колгачев, С.В. Панин, Ю.И. Почивалов, Н.А. Антипина // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309.№2. С. 144-148.

6. Использование нанопорошка А12Оз в качестве ингибитора роста зерна в сплаве ВК8 / С.В. Николенко [и др.] // Вопросы материаловедения. 2008. № 2 (34). С. 100-105.

7. Намитоков К.К. Электроэрозионные явления. М.: Энергия, 1978.

456 с.

8. Пугачевский М.А., Заводинский В.Г., Кузьменко А.П. Диспергирование диоксида циркония импульсным лазерным излучением // ЖТФ. 2011.81(2). 98-102.

9. Поверхностное наноструктурирование для контактных пар / А.П. Кузьменко, С.А. Пячин, Д.И. Тимаков // Нанотехнологии производству 2010: тезисы докладов VII Международной научно-практической конференции. 1-3 декабря 2010 г. Фрязино. С. 74 - 75.

10. Наноструктурированные электролегированные покрытия / А.П.Кузьменко, С.В.Николенко, С.А.Пячин, Д.И. Тимаков // Нанотехноло-гии производству 2010: тезисы докладов VII Международной научно-практической конференции. 1 - 3 декабря 2010 г. Фрязино. С. 148 - 149.

11. Наноструктурирование поверхностности стали электроискровой обработкой новыми электродными материалами на основе карбида вольфрама /С.В.Николенко, А.П.Кузьменко, Д.И.Тимаков, П.В.Абакумов // Электронная обработка материалов. 2011. В. 3. С. 28 - 35.

12. Структурирование меди в электрическом разряде / А.П. Кузьменко, Д.И Тимаков, А.Е. Кузько, С. А. Пячин, В.Г. Заводинский, А. А. Бурков. // Материалы и упрочняющие технологии - 2010: сб. материалов XVII Рос. науч.-техн. копф. с международным участием: в 2 ч. Ч. 1.Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]. КГТУ. 2010. Ч. 2 С. 13 - 23.

13. Наноструктурировапие поверхностности стали при электроискровой обработке / С.В. Николенко, А.П. Кузьменко, Д.И Тимаков, П.В. Абакумов // Материалы и упрочняющие технологии - 2010: сб. материалов XVII Рос. науч.-техн. конф. с международным участием: в 2 ч. Ч. 1. Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]. ЮТУ. 2010. Ч. 2. С. 23 - 39.

14. Nanostructuring a STEEL Surface by Electrospark Treatment with New Electrode // Surface engineering and Applied Electrochemistry. 2011. Vol. 47. No. 3. P. 217-224.

15. Атомно-силовые наноструктурные исследования материалов в процессах электрофизической обработки и получения / А.П. Кузьменко, А.Е. Кузько, Д.И. Тимаков, А.С. Чекаданов, В.Г. Заводинский, С. А. Пячин, М.А. Пугачевский // Перспективны технологи, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов: тр^ШМеждунар. конф. Редкол.: Л.В. Кожитов Л.В (отв. ред.) [и др.]; ЮЗГУ, I НИТУ «МИ-СИС» [и др.]; Курск, 2011. С. 591 - 600.

16. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971. 1032 с.

17. Залесский А.В., Кривенко В.Г., Балбашов А.М. Низкотемпературные аномалии интенсивности ЯМР в доменных границах кристаллов УБеО3 // ФТТ. Т. 23. №11(1981). С. 3459-3461.

18. Технология конструкционных и эксплуатационных материалов: учебник / А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, В.И. Золотухин, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки; под. ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 351 с.

19.Триботехнические характеристики композиционных покрытий с матрицей из полигетероарилена ПМ-ДАДФЭ и наполнителями из наноча-стицдихалькогенидов вольфрама при трении скольжения в среде жидкого смазочного материала / А.Д. Бреки, А. Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, Ю.А. Фадин, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, Д.А. Провоторов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. №1 (66). С. 17-28.

20.Триботехнические свойства композиционных покрытий с поли-имидными матрицами и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама для узлов трения машин: монография / А.Д. Бреки, В.В. Кудрявцев, А. Л. Диденко, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 128 с.

21. Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт автомобиля: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, К.Г. Мирза, Ю.С. Дорохин, Д.М. Хонелидзе. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 174 с.

22. Основы технологической подготовки: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, А.Д. Бреки, Д.А. Провоторов, В.И. Золотухин Н.Е. Стариков, П.Н. Медведев, Д.В. Малий, Ю.С.

109

Дорохин, Д.Н. Боголюбова, А. А. Калинин, О.В. Кузовлева, К.Н. Старикова, С.Н. Кутепов, Д.М. Хонелидзе, В.В. Новикова.; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. 2-е изд., испр. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 187 с.

23. Материаловедение: учебник для вузов / Ф.К. Малыгин, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, Н.Н. Сергеев, А. Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 268 с.

24.Триботехнические характеристики жидких смазочных и полиамидных композиционных материалов, содержащих антифрикционные на-ночастицы дихалькогенидов вольфрама / А. Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев; под ред. А. Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 276 с.

25. Многопараметрическая оптимизация параметров лазерной резки стальных листов / А.Е.Гвоздев, И.В.Голышев, И.В.Минаев, А.Н.Сергеев, Н.Н.Сергеев, И.В.Тихонова, Д.М. Хонелидзе, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. №2. С. 31-36.

26. Синтез и триботехнические свойства композиционных покрытий с матрицей из полиамида ПМ-ДАДФЭ и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама при сухом трении скольжения / А.Д. Бреки,

A. Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, Ю.А. Фадин, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Материаловедение. 2015. №12. С. 36-40.

27. Постановка задачи расчета деформационной повреждаемости металлов и сплавов / Г.М.Журавлев, А.Е.Гвоздев, Н.Н.Сергеев,

B.И.Золотухин,Д.А.Провоторов // Производство проката. 2015. № 10.

C. 18-26.

28. Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «Р-ОДФО» с наполнителем из наночастиц дисе-ленида вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А. Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч. 1. С. 133-139.

29. Влияние смазочного композиционного материала с наночасти-цами диселенида вольфрама на трение в подшипниках качения / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Ю.А. Фадин, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Ю.Е. Титова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч. 1. С. 171-180.

30. Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «ДАИ» с наполнителем из наночастиц дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А. Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, А. А. Калинин, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.8. Ч. 2. С. 148-155.

31. Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «Р-ОООД» с наполнителем из наночастиц диселе-нида вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д. А. Провото-ров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.8. Ч. 2. С. 181-188.

32. Взаимодействие дисперсных компонентов смазочного композиционного материала, содержащего наночастицы дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.7. Ч. 1. С. 197-205.

33. Выбор дисперсности наполнителя из частиц дихалькогенидов вольфрама для создания смазочного композиционного материала /

A.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е.Стариков, Д.А. Провоторов, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.7. Ч. 1. С. 235-243.

34. Оценка влияния размера частиц и концентрации порошков горных пород на противоизносные свойства жидких смазочных композиций /

B.В. Медведева, М.А. Скотникова, А.Д. Бреки, Н.А. Крылов, Ю.А. Фадин, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч. 1. С. 57-65.

35. Влияние смазочного композиционного материала с наночасти-цами дисульфида вольфрама на трение в подшипниках качения / А.Д. Бре-ки, В.В. Медведева, Ю.А. Фадин, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч. 1.

C. 78-86.

36. Оценка взаимодействия между наночастицами дихалькогенидов вольфрама в среде жидкого смазочного материала / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.7. Ч. 2. С. 8-14.

37. Оценка влияния жидкого смазочного композиционного материала с наночастицами геомодификатора на трение в подшипниковом узле / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. Техника и технологии. 2015. №3. (16). С. 17-23.

38. Комплексный подход к исследованию экстремальных эффектов в металлических, композиционных и нанокристаллических материалах: коллективная монография / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, В.И. Золотухин, А.Д. Бреки, П.Н. Медведев, М.Н. Гаврилин, Г.М. Журавлев, Д.В. Малий, Ю.С. Дорохин, Д.Н. Боголюбова, А.А. Кали-

нин, Д.Н. Романенко, И.В. Минаев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Проскуряков, А.С. Пустовгар,Ю.Е. Титова, И.В. Тихонова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 128 с.

39. Триботехнические свойства жидких смазочных композиционных материалов, содержащих полученные методом газофазного синтеза высокодисперсные дисульфид и диселенид вольфрама: монография / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев.; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 152 с.

40. Жидкие смазочные композиционные материалы, содержащие высокодисперсные наполнители, для подшипниковых узлов управляемых систем: монография / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 144 с.

Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, проф., проф., Gadalov-VN@yandex. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Гвоздев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., проф., gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,

Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., starikov_taii@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Романенко Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доц., Romanenko-kstu46@yandex.ru, Россия, Москва, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов,

Филатов Евгений Алексеевич, асп., Don_filius@mail. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Макарова Ирина Александровна, асп., makarova.mia@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Ворначева Ирина Валерьевна, ассист, vornairina2008@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-западный государственный университет

APPLICA TION OF ELECTROSCRIPE DEPOSITION WITH ELECTRODE MA TERIALS BASED ON TUNGSTEN CARBIDE FOR NANOSTRUCTURING THE SURFACE OF STEEL 35

V.N. Gadalov, A.E. Gvozdev, N.E. Starikov, D.N. Romanenko, E.A. Filatov, I.A. Makarova, I. V. Vornacheva

The change in the cathode weight gain and erosion of the anode during a certain doping time at various electrical parameters was studied. The kinetics of the EIL process, including the time dependences of the total and specific erosion of the anode, as well as the total and specific cathode weight gain, is studied. It is shown that the efficiency of the "coarse" EIL process increases with increasing pulse width up to the limit characteristic for each electrode material.

Key words: nanostructuring, carbidevolphram, electrospark alloying, powder materials.

Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, professor, Gadalov- VN@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,

Gvozdev Alexander Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, professor, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Pedagogical University named after. L.N. Tolstoy,

Starikov Nikolai Evgenevich, doctor of technical sciences, professor, stari-kov_taii@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Romanenko Dmitry Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, Romanen-ko-kstu46@yandex.ru, Russia, Moscow, Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials,

Filatov Evgeny Alekseevich, graduate student, Don_filius@,mail.ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,

Makarova Irina Aleksandrovna, postgraduate, makarova. mia@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,

Vornacheva Irina Valer'yevna, asistant, vornairina2008@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University