CC BY
52
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ И МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ ПОРОШКОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ И УПРОЧНЕНИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Е.В. Агеев, В.И. Ссрсбровский, Б.А. Ссменихин, Е.В. Агеева, P.A. Латыпов
Аннотация. Представлены результаты исследования формы и морфологии поверхности частиц порошков. полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава и используемых при восстановлении и у прочнении деталей автотракторной техники.
Ключевые слова: отходы твердых сплавов, электро-эро'!,ионное диспергирование, порошок форма и морфологии поверхности частиц порошков,
Эффективное использование ресурсов на основе ускорения научно-технического прогресса требует широкого внедрения новых технологий - плазменных, электронно-лучевых, детонационных и др.. которые позволяют повысить срок эксплуатации сельскохозяйственных машин, снизить энерго- и материалоемкость их производства.
Применение для восстановления изношенных деталей автотракторной техники современных методов нанесения покрытий и. в первую очередь, с использованием порошковых твердых сплавов способствует значительному повышению их долговечности.
Среди порошковых материалов, обладающих высокой твердостью и стойкостью к абразивному износу, одними из наиболее перспективных являются порошки на основе систем WC-Co. WC-TiC-Co и WC-TiC-TaC-Со. являющиеся основой спеченных твердых сплавов групп ВК, ТК и ТТК. переработка отходов и дальнейшее использование которых в настоящее время является актуальной проблемой машиностроения.
Одним из наиболее перспективных методов получения порошка, практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, отличающимся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД).
Процесс ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами [11. В зоне разряда под действием высоких температур происходит нагрев, расплавление и частичное испарение металла.
В зависимости от химической природы металла и способа получения частицы порошка могут иметь различную форму - сферическую, каплеобразную и отчасти сферическую, губчатую тарельчатую, дендритную, осколочную, волокнистую и лепесткововидн™ [2].
Форма частиц порошков и состояние их поверхности оказывает большое влияние на насыпную плотность и прессуемость, а также на плотность, прочность и однородность прессовок. Наименьшую насыпную плотность и наибольшую прочность имеют прессовки из порошков с дендритной формой частиц. Наоборот, порошки с частицами сферической формы имеют мак-
симальнуто насыпную плотность, но плохо прессуются, Для получения из них прессовок с достаточной прочностью требуются большие давления. Порошки с чешуйчатой формой очень плохо прессуются, а полученные из них прессовки склонны к растрескиванию и расслоению. Волокнистые порошки плохо прессуются и применяются в основном в качестве армирующих (упрочняющих) добавок при создании волокнистых материалов.
Целью настоящей работы являлось изучение формы и морфологии частиц порошков, полученных методом ЭЭД из отходов спеченных твердых сплавов марок ВК8 и Т15К6.
Для достижения поставленной цели были выполнены снимки на растровом электронном микроскопе «QUANTA 600 FEG».
QUANTA 600 FEG с полевой эмиссией электронов (производитель FEI (Голландия)) - электронно-ионный сканирующий микроскоп с электроннолучевой колонной. оснащенной вольфрамовым катодом, ускоряющее напряжение от 200 эВ до 30 кВ, разрешение (при оптимальном WD) 3,5 нм при 35 кВ; 3,5 нм при 30 кВ в режиме естественной среды; < 15 нм при 1 кВ в режиме низкого вакуума. Ионная колонна Magnum с галлиевым жидкометаллическим источником ионов, ускоряющее напряжение от 5 кВ до 30 кВ. разрешение 20 нм. Система оснащена 5-и осевым моторизованным столиком 50x50x25 мм, газовыми инжекционными системами для напыления проводников и диэлектриков, а также для травления образцов.
Микроскоп позволяет получать изображения различных объектов с увеличением, превышающим 100000 крат, с большим числом элементов разложения (пикселов). Он предназначен для выполнения различных исследований с минимальными затратами времени на препарирование объектов, обеспечивая их наблюдение с исключительной глубиной резкости. QUANTA 600 FEG позволяют работать с разнообразными типами обра зцов (в том числе непроводящими, загрязненными, влажными обра зцами и обра зцами, способными к газо-выделению при вакуумировании).
При помощи растровой электронной микроскопии имеется возможность непосредственного анализа частиц порошка с достаточно высоким разрешением. В растровом электронном микроскопе достигается большая глубина фокуса, что позволяет наблюдать объёмное изображение изучаемой структуры.
Полученные снимки представлены на рисунках 1 и 2.
Форма частиц порошка обусловлена тем. в каком виде материал выбрасывается из лунки в процессе ЭЭД. ^
Обычно в порошке превалируют частицы, полученные кристаллизацией расплавленного материала (жидкая фаза). Они имеют правильную сферическую или эллиптическую форму.
5/19/2010 ті»д >ЛЮ ьрої йеі І НУ ї; т: •
10 ООО х І 4.5 ІЮІЗОООкУ ОиагНа ГЕО
Рисунок 1 - По]
Частицы, образующиеся при кристаллизации кипящего материала (паровая фаза), имеют, как правило, неправильную форму, размер на порядок меньше частиц. образующихся из жидкой фазы, и обычно агломерируются друг с другом и на поверхности других частиц. В процессе ЭЭД такие частицы наиболее подвержены химическим и фазовым изменениям.
К.К. Намитоков [3] из анализа исследований пришел к выводу, что паровая фаза образуется при большой мощности теплового воздействия и процесс сс эрозии протекает взрывообразно. Это критическое значение будет разным для разных материалов, но близким к 10 " Вт/м . Используя уравнение температурного поля, описывающее тепловые процессы на поверхности анода при воздействии на него канала искрового разряда [4] . авторы [51 смогли установить, что увеличение длительности импульса приводит к увеличению диаметра канала разряда, что в свою очередь приводит к уменьшению плотности мощности теплового воздействия. Из этого следует, что чем меньше диаметр канала разряда, тем больше количество паровой фазы.
Частицы, выбрасываемые из лу нки в твердом состоянии (твердая фаза), образуются под действием
иок сплава ВК8
ударных волн канала разряда и под действием термических напряжений, а также частицы твердой фазы образуются при хрупком изломе острых граней и краев диспергируемого материала при его перемешивании во время процесса ЭЭД. Такие частицы, как правило, имеют неправильную осколочную форму, иногда с оплавленными гранями и краями. При диспергировании пластичного материала обычно вообще не обнаруживается частиц, полученных хрупким разрушением. Хрупкое разрушение твердого сплава при ЭЭД. по мнению авторов [6], начинает происходить только при повышении энергии импу льса свыше 0,15-0.25 Дж. Но доля частиц в порошке, образовавшаяся в результате хрупкого излома при перемешивании, всегда присутству ет.
Таким образом, порошок, полученный методом ЭЭД из отходов спеченных твердых сплавов, состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической). неправильной формы (конгломератов) и осколочной формы.
При ЭЭД частицы порошка выбрасываемые из канала разряда в жидком состоянии в рабочую жидкость, быстро кристаллизуются и закаливаются, поэтому и имеют сферическую или эллиптическую форму. После выхода из
Рисунок 2 - Порошок сплава Т15К6
зоны разряда частицы порошка весьма часто сталкиваются между собой. Если в момент столкновения кристаллизация была полностью завершена, то на частицах остаются характерные следы от ударов и сетчатая поверхность.
Если имеется значительная разница температур столкнувшихся частиц, то происходит их слипание с образованием непрочных границ. Как правило, такое происходит при столкновении крупных частиц, образовавшихся из жидкой фазы, с мелкими частицами, образовавшимися из паровой фазы. Если нет существенной разницы температур частиц при столкновении, то могут образовываться конгломераты неправильных форм.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Список исполт.човашгых источников
1 Агеев, Е.В. Выбор метода получения порошковых матери ¡.нов из отходов спеченных твердых сплавов / Е.В. Агеев. Б.А. Семенихин // Известия Самарского научного цешра РАН. -Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН, 2009. - С. 12-15.
2 Ермаков, С.С, Порошковые стали и изделия / С.С, Ермаков, 11.Ф. Вязников. - 4-е изд.. перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Лепипгр. отд-ние, 1990. - 319 с.
3 Намитокоп, К.К. Электроэрозиошп.те явления / К.К. На.читоков - М.: Энергия, 1978. -456 с.
4 Золотых, Б.Н. Физические основы электроэрошонной обработки / Б.Н. Золотых, P.P. Мельдер,- М.: Машиностроение, 1977.-42 с.
5 Мару сина, В. И. Взаимосвязь тентового режима искрового разряда с формой и диапазоном распределения частиц шгкропороттпеа карбида вольфрама по размерам / В.И. Мару-сига. В.Н. Филимопепко // Порошковая металлургия. - 1984. - №6. - С. 10-14.
6 Марусина, В.И. Структура и фазовый состав диспергированного электроискровым методом сплава WC-Co / В.И. Марусі та. Г.А. Исхакова, В.Н. Филимоненко, В. И. Синд сев // Порошковая металлургия. - 1991. - №5. - С. 75-79.
информация об авторах
Агееп Евгений Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и оборудования Юго-Западного государственного университета. E-mail: ageev eviV inail.ni. Тел. 8-904-526-55-07.
Серебровский Владимир Исаевич, доктор технических наук, профессор, проректор но учебной работе ФЕОУ ВПО «Курская ГСХА». E-mail: serebrowskiy_vi@mail.rii. Тел.
(4712)39^40-28.
Семенихин Борис Анатольевич, ст. преподаватель кафедры машиностроительных технологий и оборудования Юго-
Западного государственного университета. E-mail: borisss'fl'bk.ni. Тел. 8-903-633-75-62.
Агеева Екатерина Владимировна, ст. преподаватель кафедры физической химии и химической технологии Юго-Западного государственного университета, li-mail: aseeva-
су"'д'уа1ц1с\.т. Тел. 8-904-525-50-70.
Лшыпов Раши г Лбдуахакович. доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металлургии сварочных процессов Московского государственного вечернего металл\ргиче-ского инстиг™. Е-птаП: 1аироу46®таД.т. Тел. (499)267-58-10.
