СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ИСКРОВОЙ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ И ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ИСКРОВОЙ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD OF FABRICATING ELECTRODE FOR SURFACE ELECTRIC-DISCHARGE PROCESSING AND ELECTRODE FOR SURFACE ELECTRIC-DISCHARGE PROCESSING

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к способу изготовления пористого электрода для искровой модификации поверхности и электроду для искровой модификации поверхности, изготовленному данным способом изготовления.
Уровень техники
[0002] Существуют ориентированные пористые электроды для искровой модификации поверхности, применяемые для искровой модификации поверхности с использованием энергии электрического разряда. Нижеуказанный патентный документ 1 раскрывает способ изготовления электрода для искровой модификации поверхности следующим образом.
[0003] Приготавливают порошок электродного материала с примешиваемым в качестве связующего воском и этим порошком электродного материала заполняют формовочный штамп. Затем порошок электродного материала, заполняющий формовочный штамп, прессуют сжимающими усилиями толкателей-пуансонов в прессовом механизме с формированием пористой порошковой прессовки. Затем порошковую прессовку устанавливают на место в вакуумной печи в качестве термообрабатывающего оборудования и нагревают камеру в вакуумной печи, выпаривая оставшийся воск, примешанный в порошковую прессовку, с целью его удаления, выполняя откачку камеры в вакуумной печи до заданного вакуума. При этом порошковая прессовка нагревается в вакуумной печи теплотой излучения от нагревателей, давая спеченную порошковую прессовку электродного материала. Следует отметить, что при спекании порошковой прессовки электродного материала воск все еще выпаривают с целью его удаления из порошковой прессовки.
[0004] Существует электрод для искровой модификации поверхности, который может быть изготовлен посредством вышеупомянутого способа.
Патентный документ 1: WO 99/58744.
Раскрытие изобретения
[0005] Вместе с тем, если порошковая прессовка электродного материала нагревается теплотой излучения от нагревателей в вакуумной печи при спекании порошковой прессовки, спекание электродного материала хорошо происходит в пределах тех областей, которые располагаются близко к поверхностям порошковой прессовки, включая сами поверхности, за исключением тех (внутренних) областей, которые отдалены от поверхностей порошковой прессовки, где порошковая прессовка, являющаяся пористой и обладающая малыми коэффициентами теплопроводности, имеет более низкие температуры, что вызывает тенденцию к плохому протеканию спекания электродного материала. Поэтому в тех случаях, когда для искровой модификации поверхности изготавливаются толстые электроды, возможны вариации скорости продвижения спекания в порошковой прессовке электродного материала, т.е. вариации сил связывания электродного материала в порошковой прессовке, с проистекающей из этого невозможностью обеспечить стабильное качество электрода для искровой модификации поверхности.
[0006] Соответственно, цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа изготовления электрода для модификации поверхности и предоставлении электрода для искровой модификации поверхности, изготовленного этим способом изготовления, позволяющих разрешить вышеупомянутую проблему.
[0007] В соответствии с объектом настоящего изобретения предложен способ изготовления пористого электрода для искровой модификации поверхности, пригодного для использования энергии электрического разряда для выполнения искровой модификации поверхности, содержащий первый этап изготовления заполнением формовочного штампа порошком электродного материала, второй этап изготовления, следующий по завершении первого этапа изготовления, прессованием порошка электродного материала, заполняющего формовочный штамп, с формированием пористой порошковой прессовки, третий этап изготовления, следующий по завершении второго этапа изготовления, помещением порошковой прессовки на место в камере печи термообработки, и при этом в камеру подается один из инертного газа, газообразного водорода и смешанного газа, содержащего инертный газ в качестве основного компонента и газообразный водород, и четвертый этап изготовления, следующий по завершении третьего этапа изготовления, нагреванием порошковой прессовки теплотой конвекционных потоков инертного газа, газообразного водорода или смешанного газа, содержащего инертный газ в качестве основного компонента и газообразный водород, нагреваемого нагревателем в печи термообработки и проходящего через порошковую прессовку, спекая электродный материал порошковой прессовки.
[0008] Следует отметить, что порошок электрического материала относится к порошку металла (включая сплавы), порошку керамики или смешанному порошку из них, поскольку он выбирается как адекватный порошок электродного материала в соответствии с типом искровой модификации поверхности.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг.1 - схема, описывающая формовочный штамп в связи с первым этапом изготовления способа изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.2 - схема, описывающая прессовый механизм в связи со вторым этапом изготовления способа изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с этим вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.3 - схема, описывающая печь термообработки в связи с третьим и четвертым этапами изготовления способа изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с этим вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.4 - схема, описывающая модификацию поверхности с использованием электрода для искровой модификации поверхности.
Фиг.5 - график, показывающий результаты сравнения разных тестов спекания в различных атмосферах.
Наилучший вариант осуществления изобретения
[0010] Ниже описываются варианты реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг. 1-4. Следует отметить, что на этих фигурах обозначение "U" соответствует направлению вверх, а обозначение "D" - направлению вниз.
[0011] Обращаясь к Фиг.4, имеется электрод 1 для искровой модификации поверхности (в виде блока CB для нанесения покрытия) в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, который показан как пористый электрод, изготовленный способом изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения и приспособленный для использования энергии электрического разряда с тем, чтобы осуществить искровую модификацию поверхности. Электрод 1 для искровой модификации поверхности выполнен из сплава семейства «стеллит» (кобальтохромовольфрамовый сплав) или металлического композита, содержащего сплав стеллит в качестве основного компонента (упоминаемый здесь как сплав стеллит или ему подобный). Электрод 1 для искровой модификации поверхности сконфигурирован для использования для искровой модификации поверхности детали (в качестве модифицируемого объекта) 3, на ее подлежащей модификации поверхности, чтобы сформировать на ней износостойкое защитное покрытие 5.
[0012] Обращаясь к Фиг.1, там показан формовочный штамп 7, используемый в способе изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, который содержит трубчатую матрицу 9, который имеет полость 9h матрицы, сконфигурированную для помещения в нее порошка 11 сплава стеллита или ему подобного в качестве электродного материала. Кроме того, он имеет верхний пуансон 13, предусмотренный с возможностью вертикального перемещения на верхнем конце полости 9h матрицы, и нижний пуансон 15, предусмотренный с возможностью вертикального перемещения на нижнем конце полости 9h матрицы.
[0013] Обращаясь к Фиг.2, там показан прессовый механизм 17, используемый в способе изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, который включает в себя набор из верхнего толкателя 19 и нижнего толкателя 21, расположенных вертикально друг против друга, причем верхний толкатель 19 выполнен с возможностью вертикально перемещаться относительно нижнего толкателя 21 под действием гидравлического цилиндра (не показан). Следует отметить, что набор из верхнего толкателя 19 и нижнего толкателя 21 сконфигурирован с возможностью установить формовочный штамп 7 в промежутке между ними.
[0014] Обращаясь к Фиг.3, там показана печь 23 термообработки, используемая в способе изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, которая включает в себя камеру 25, в которой имеется посадочное приспособление 29, предусмотренное для установки пористой порошковой прессовки 27, сформированной из порошка 11 электродного материала. Камера 25 имеет предусмотренный наверху выпускной канал 31, связанный с системой 33 выпуска воздуха для выпуска воздуха. Дополнительно, камера 25 имеет предусмотренный наверху впускной канал 35, связанный с системой 37 подачи инертного газа для подачи инертного газа.
[0015] Камера 25 имеет множество нагревателей 39, установленных в ней кольцеобразно для нагрева инертного газа. Имеется вентилятор 41, прикрепленный к верхней части камеры 25 и приспособленный для вращения с тем, чтобы заставить инертный газ циркулировать, и двигатель 43 вентилятора, установленный на центральной части верха камеры 25 для приведения вентилятора 41 во вращение. Камера 25 имеет множество направляющих пластин 45, располагаемых в ней по мере необходимости для направления потоков вынужденного циркулировать инертного газа.
[0016] Ниже описывается способ изготовления электрода для искровой модификации поверхности в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.
[0017] В соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения способ изготовления электрода для искровой модификации поверхности описывается как способ изготовления электрода 1 для искровой модификации поверхности, который включает в себя первый этап изготовления, второй этап изготовления, третий этап изготовления и четвертый этап изготовления. Каждый из этих этапов изготовления будет описан отдельно.
(Первый этап изготовления)
[0018] Обращаясь к Фиг.1, имеется порошок 11 сплава стеллит или ему подобного в качестве электродного материала, приготовленного с примешанным в качестве связующего воском, причем этим порошком 11 электродного материала заполнена полость 9h матрицы 9 (в формовочном штампе 7). Следует отметить, что порошок 11 сплава стеллит или ему подобного может быть заменен порошком другого металла (включая сплав), порошком керамики или их порошковой смеси, используемыми в качестве электродного материала.
(Второй этап изготовления)
[0019] Обращаясь к Фиг.2, как только первый этап изготовления завершен, формовочный штамп 7 устанавливают в положение между верхним толкателем 19 и нижним толкателем 21 в прессовом механизме 17. Затем, под действием гидравлического цилиндра верхний толкатель 19 перемещают вниз относительно нижнего толкателя 21, оказывая давления верхним толкателем 19 и нижним толкателем 21 на сжимаемый таким образом порошок 11 электродного материала, заполняющий формовочный штамп 7, тем самым формируя пористую порошковую прессовку 27. Далее под действием гидравлического цилиндра верхний толкатель 19 перемещают вверх относительно нижнего толкателя 21 для того, чтобы удалить пористую порошковую прессовку 27 изнутри формовочного штампа 7.
(Третий этап изготовления)
[0020] Обращаясь к Фиг.3, как только второй этап изготовления завершен, а пористую порошковую прессовку 27 устанавливают на посадочное приспособление 29 в печи 23 термообработки. Затем камеру 25 печи 23 термообработки откачивают до заданного вакуума системой 33 выпуска воздуха, и в камеру 25 подают инертный газ посредством системы 37 подачи инертного газа. Инертный газ представляет собой один из газов аргона, гелия и азота. Следует отметить, что инертный газ, подаваемый в камеру 25, может быть заменен газообразным водородом или смешанным газом, содержащим инертный газ в качестве основного компонента и газообразный водород. Газообразный водород примешивается к инертному газу для управления окислительно-восстановительной реакцией порошковой прессовки 27 в камере 25. Если в камеру 25 подается просто инертный газ, порошковая прессовка 27 может окислиться при некоторых концентрациях кислорода в камере 25. Этого можно избежать, примешивая водород к инертному газу, изменяя атмосферу в камере 25 до сильно восстановительной (стимулирующей восстановление) атмосферы. Кроме того, между системой подачи инертного газа и камерой 25 может быть предусмотрено устройство высокой очистки для удаления влаги, кислорода и т.д. с тем, чтобы предотвратить окисление при более низких температурах.
(Четвертый этап изготовления)
[0021] По завершении третьего этапа изготовления примешанный воск в порошковой прессовке 27 выпаривают, понемногу удаляя его, посредством нагрева с растущей во времени температурой. Содержащие воск газы затем выводят, при этом подавая инертный газ. Удаление воска сопровождается подъемом температуры до температуры спекания, наряду с чем в печи 23 термообработки приводят в действие двигатель 43 вентилятора для вращения вентилятора 41, посредством чего поток нагретого нагревателями 39 инертного газа в печи 23 термообработки заставляют течь к пористой порошковой прессовке 27 по мере того, как он направляется для циркуляции в камере 25. Таким образом, порошковая прессовка 27 нагревается теплотой конвективных потоков инертного газа так, что электродный материал порошковой прессовки 27 может быть спечен.
[0022] Ниже описываются функции и эффекты в примерах реализации настоящего изобретения.
[0023] На Фиг.5 показаны результаты сравнения блоков для нанесения покрытия (в качестве электродов для искровой модификации поверхности) CB, которые были спечены с использованием вышеуказанного способа изготовления при различных атмосферах. На Фиг.5 ось абсцисс отображает глубину в единицах расстояния от поверхности каждого блока CB для нанесения покрытия, а ось ординат отображает силу связывания в единицах среднего изменения удельного сопротивления электродного материала блока CB для нанесения покрытия. Это означает, что чем большее значение имеется по оси ординат, тем сильное становится степень связи (связывание) в электродном материале. Дополнительно, каждым квадратиком на графике идентифицируется результат примера, в котором на третьем этапе изготовления и процесс удаления воска, и процесс спекания были осуществлены в атмосфере вакуума, каждый треугольник на графике является результатом примера, в котором на третьем этапе изготовления процесс удаления воска был осуществлен в атмосфере инертного газа, а процесс спекания был осуществлен в атмосфере вакуума, и каждый кружок на графике является результатом примера, в котором на третьем этапе изготовления и процесс удаления воска, и процесс спекания были осуществлены в атмосфере инертного газа. Как очевидно из этой фигуры, в том случае, когда и процесс удаления воска, и процесс спекания были осуществлены в атмосфере инертного газа, было получено однородное распределение сил связывания в электродном материале, достигающее внутренней части блока CB для нанесения покрытия. Другими словами, оказалось, что в варианте осуществления, включающем в себя комбинацию и процесса удаления воска, и процесса спекания в атмосфере инертного газа, получающиеся электроды для искровой модификации поверхности имеют тенденцию к уменьшению вариации сил связывания электродного материала.
[0024] Для того чтобы электродный материал пористой порошковой прессовки 27 был спечен, поток инертного газа нагревается нагревателями 39 и направляется к пористой порошковой прессовке 27, протекая в камере 25 циркулирующим образом, вследствие чего конвективные потоки инертного газа вынуждаются проходить через пористую порошковую прессовку 27, причем их тепло нагревает порошковую прессовку 27, что позволяет, при достаточном подавлении химических реакций электродного материала в порошковой прессовке 27, осуществить интенсифицированное спекание не только в областях электродного материала, близких к поверхностям порошковой прессовки 27 (включая сами поверхности порошковой прессовки 27), но и в областях (внутренних) электродного материала, отдаленных от поверхностей порошковой прессовки 27.
[0025] Поэтому, в соответствии с этим вариантом реализации настоящего изобретения, имеется возможность достигнуть интенсифицированного спекания не только в областях электродного материала в окрестностях поверхностей порошковой прессовки 27, но и в областях электродного материала, отдаленных от поверхностей порошковой прессовки 27, что позволяет, даже при изготовлении толстого электрода 1 для искровой модификации поверхности, обеспечить уменьшенную наблюдаемую вариацию в степени продвижения при спекании электродного материала порошковой прессовки 27, то есть силы связывания в электродном материале порошковой прессовки 27, таким образом обеспечивая достаточное повышение качества электрода 1 для искровой модификации поверхности.
[0026] Следует отметить, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вышеприведенными вариантами реализации и может быть также осуществлено во множестве различных других вариантов реализации. Кроме того, настоящее изобретение охватывает заявленный объем притязаний без ограничения этими вариантами реализации.
Промышленная применимость
[0027] Как видно из вышеприведенного описания, в соответствии с настоящим изобретением возможно достигнуть интенсифицированного спекания не только в областях электродного материала в окрестностях поверхностей порошковой прессовки, но и в областях электродного материала, отдаленных от поверхностей порошковой прессовки, таким образом позволяя, даже при изготовлении толстого электрода для искровой модификации поверхности, добиться уменьшенной наблюдаемой вариации степени продвижения при спекании электродного материала порошковой прессовки, т.е. силы связывания в электродном материале порошковой прессовки, обеспечивая достаточное повышение качества электрода для искровой модификации поверхности.