CC BY
77
USE COMB FILTER FOR NARROWBAND SIGNAL SELECTION IN THE PROTECTION AGAINST SHORT CIRCUIT IN ELECTROCHEMICAL MACHINES
K. V. Strukov
The analysis of the possibilities of using the principle of narrow-tion signal selection in the protection of the tool and workpiece during the electrochemical treatment. Analysis is based on the spectral characteristics of switching noise in electrochemical processing of pulsed current. It is shown that in a fairly stable rate of melting pi-voltage protective device can effectively use comb filters, made on the basis of the frequency noizbiratelnyh amplifiers.
Key words: short-circuit protection, the spectral characteristic comb filter.
Strukov Konstantin Valerievich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.047
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРО- И НАНОШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ 1Х18Н10Т ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Нгуен Тхи Хонг
В данной работе приведена конструкция электрохимической ячейки для исследования влияния параметров электрохимической обработки (ЭХО) на качество поверхности металлов и их сплавов; проведен анализ влияния параметров электрохимической обработки на качество поверхностного слоя на микро- и наноуровне.
Ключевые слова: качество поверхности, электрохимическая обработка, наноуровень, микрошероховатость, наношероховатость.
Повышение качества поверхностного слоя металлов при электрохимической обработке имеет важное практическое значение. Состояние поверхностного слоя непосредственно влияет на технические и эксплуатационные свойства деталей, узлов и изделий в целом. Говоря о повышении качества поверхности при электрохимической обработке, чаще всего обращают внимание на уменьшение шероховатости, повышение отражательной способности и увеличение эрозионной стойкости.
Формирование микрорельефа поверхности при ЭХО зависит от структуры материала заготовки, от состава, температуры, концентрации, скорости прокачки электролита, электрических параметров режима. Все эти факторы постоянно изменяются по времени, и процесс анодного растворения в каждой точке протекает по-разному. Глубина микронеровностей зависит от плотности тока. При высоких плотностях тока ускоренное
растворение металлов и их сплавов может не наблюдаться не по границам, а по самому зерну, на котором образуются местные углубления, определяющие шероховатость поверхностного слоя. При обработке в водном растворе на базе натрия хлорида шероховатость поверхности нержавеющей стали и её сплавов - Яа = 1,25...0,32 мкм [1].
Ранее исследования шероховатости поверхностного слоя материала после ЭХО выполнены, но в основном, только на макро- и микроуровне, а наношероховатость еще недостаточно исследована.
Постановка задачи исследования. Данная работа посвящена разработке электрохимической ячейки, позволяющей оценить шероховатость поверхностного слоя материала на наноуровне; анализу влияния плотности тока на шероховатость поверхностного слоя материала на микро- и наноуровне при электрохимической обработке.
Методика проведения исследования. Исследование проводилось на электрохимической ячейке, схема которой представлена на рис. 1.
Рис. 1. Электрохимическая ячейка 1 - корпус; 2 - штуцер подачи электролита; 3 - исследуемый образец;
4 - катод; 5 - шланг слива электролита
Электрохимическая ячейка состоит из корпуса 1, штуцера подачи электролита 2, исследуемого образца 3, катода 4, шланга слива электролита 5. Штуцер 2 используется для присоединения к насосу подачи электролита. В качестве катода используется нержавеющая сталь, а анод - исследуемый образец. Под микроскопом БМ-1М с микронной индикацией устанавливается межэлектродный зазор в электрохимической ячейке. С помо-
щью лимба регулируется межэлектродный зазор в пределах б = 100 ^ 600 мкм.
С помощью созданной ячейки предлагается исследовать шероховатость поверхности нержавеющей стали с учетом влияния основных параметров электрохимической обработки, таких как плотность тока, различные концентрации электролита и тип электролита, на качество поверхности материала на наноуровне.
В качестве образцов используется образцы из полированной нержавеющей стали типа Х18Н10Т. Измерение микрошероховатости поверхностного слоя образцов после ЭХО проведено с помощью профилометра, а измерение наношероховатости - с помощью сканирующего зондового микроскопа
Результаты и обсуждения. В соответствие с предположенной методикой процесс электрохимической обработки осуществляется на малом межэлектродном зазоре б = 600 мкм, в водном растворе №С1 5% и при различных плотностях тока, в диапазоне 0 ^ 30 А/см .
В результате экспериментов получены следующие данные. В табл. 1 указана микрошероховатость (Яа, Я2) нержавеющей стали типа Х18Н10Т после электрохимической обработки при различных плотностях тока.
Таблица 1
Микрошероховатость после ЭХО________________
№ образца Водный раствор Ra, мкм Rz, мкм
№ 1 NaCl 5% 1,7816 9,571
№ 2 0,8335 6,02
№ 3 0,5411 4,265
На рис. 2 представлена зависимость среднего арифметического отклонения Ra и высоты неровности профиля по десяти точкам Rz от плотности тока на микроуровне.
Видно, что с ростом плотности тока микрошероховатость поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после электрохимической обработки уменьшается. В пределе 0 ^ 15 А/см с ростом плотности тока происходит интенсивное уменьшение микрошероховатости поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после ЭХО, а в пределе выше 15 А/см микрошероховатость медленно уменьшается с ростом плотности тока. Полученная зависимость микрошероховатости поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т от плотности тока полностью согласуется с прежними результатами исследования других ученных.
С помощью программы «Nova», предназначенной для работы с СЗМ прибором, выпускаемым компанией «НТ-МДТ», были рассчитана наношероховатость, как и R^ Rz, поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после ЭХО при различных плотностях тока, в диапазоне
0...30 А/см2.
10
1,0 11.6 2 Ч 1,4 ♦ 2 а ♦
\ * 9 2 N
а: £ 1,2 о о С£ 8 М н ° 7 *
•
0 ' 1 и о с
Ь 1 СО о %
§с а, а ИЗ 5
а о
3 0,6 ***. 3
0 10 20 30 Плотность тока, А/см2 0 10 20 30 Плотность тока, А/см2
(а) (б)
Рис. 2. Зависимость микрошероховатости поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после ЭХО от плотности тока. а - среднего арифметического отклонения Яа; б - высоты неровности
профиля по десяти точкам
В табл. 2 указана наношероховатость (Яа, Я2) поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после электрохимической обработки при различных плотностях тока с различными размерами области скана.
Таблица 2
Наношероховатость после ЭХО
№ образца Водный раствор Яа, нм Я2, нм
10х10 мкм 5х5 мкм 10х10 мкм 5х5 мкм
№ 1 КаС1 5% 235 134 701 486
№ 2 88 63 385 187
№ 3 132 59 327 129
На рис. 3 - 4 представлена зависимость среднего арифметического отклонения Яа и высоты неровности профиля по десяти точкам Я2 нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после ЭХО от плотности тока на наноуровне с различными размерами области скана.
Из анализа полученных результатов видно, что параметр плотности тока при электрохимической обработке оказывает значительно влияние на наношероховатость поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т. В пределе 0 ^ 15 А/см наношероховатость (Яа, Я2) значительно уменьшается с ростом плотности тока. А в пределе выше 15 А/см с ростом плотности тока наношероховатость поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т
14
также уменьшается, но медленно.
Рис. 3. Зависимость среднего арифметического отклонения Яа нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после ЭХО от плотности тока: а - размер области скана 10х10 мкм; б - размер области скана 5х5 мкм
Рис. 4. Зависимость высоты неровностей профиля по десяти точкам Яг нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после ЭХО от плотности тока а - размер области скана 10х10 мкм; б - размер области скана
5х5 мкм
В рамках проведенных экспериментов получается такое уменьшение наношероховатости поверхности нержавеющей стали типа 1 Х18Н10Т с ростом плотности тока при ЭХО. Однако учитывая наношероховатость -это очень маленькая величина, возможно, появится очень большие ошибки
15
при ее измерении. Поэтому требует проводить дополнительные исследования.
Сопоставляя зависимость шероховатости поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т от плотности тока на микро- н наноуровне, получается корреляция между микро- и наношероховатостями при ЭХО. Известно, что параметры процесса микрохимической обработки значительно оказывает влияние на микрошероховатость. Микрошероховатость поверхности материала формируется и процессом обработки и структурой обработанного материала. Но наношероховатость, скорее всего, формируется вследствие самой структурой обработанного материала. Поэтому, по нашему мнению, такая корреляция между микро- и наношероховатостями может быть не будет. Но в рамках проведения экспериментов мы получили такие результаты, такую корреляцию между микро- и наношероховатостями, требует проводить дополнительные исследования.
Выводы. Проведя анализа полученных результатов можно приводить к следующим выводам. Во-первых, с ростом плотности тока шероховатость поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после электрохимической обработки уменьшается. Во-вторых, существует корреляцию между микро- и наношероховатостями поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т при электрохимической обработке.
Список литературы
1. Артамонов Б. А., Волков Ю. С., Дрожалова В. И. [и др.[. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: учеб. Пособие (в 2-х томах). Т.1. Обработка материалов с применением инструмента/ Под ред. В. П. Смоленцева. М.: Высш. шк.. 1983. 247 с.
Нгуен Тхи Хонг, асп., [email protected]. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF MICRO- AND NANOROUGHNESS SURFACE OF DETAILS FROM 1CR18NI10TI AFTER ELECTROCHEMICAL PROCESSING
Nguyen Thi Hong
This paper shows the design of an electrochemical cell to study the effect of electrochemical processing parameters on the quality of the surface of metals and alloys, the analysis of the influence of parameters of electrochemical treatment on the quality of the surface layer at the micro-and nanolevel.
Key words: quality of the surface, electrochemical machining, nanolevel, microroughness, nanoroughness.
Nguyen Thi Hong, postgraduate, hongnguyenbsuagmail.com, Russia, Tula, Tula State University
