用石墨电极对钛合金材料表面电火花放电强化处理的方法

摘要

一种用石墨电极对钛合金材料表面电火花放电强化处理的方法，是针对采用硬质合金材料作为电极进行火花放电易损零件表面的弊病，而提供一种以石墨材料作为电极进行电火花变频放电和电极振动处理使C离子和Ti离子金相重组，方法中选用的石墨电极之石墨化程度大于50％，硬度小于HS30，电阻率10－25μΩm，不含其它金属杂质，电极尺寸和形状能保证涂覆方便、可靠；机电加工参数：电压50－150V，电流1－5A，时间50－200S/cm2，放电频率大于2000Hz，电极振动频率50－100Hz。

说明书

所属技术领域

本发明涉及对金属表面强化处理的方法，特别是关于对钛合金材料的零件，进行表面强化处理的方法。

背景技术

目前对钛合金材质的零件进行表面强化处理多采用RC冲放电、弛张式电火花涂覆装置，以硬质合金材料为电极，对工件表面进行溶涂溶渗处理，这种装置虽然结构简单，工作可靠，成本低，但电流利用率和生产效率低，加工工艺参数不稳定，容易形成电弧放电，往往烧伤零件表面，影响使用效果，严重时还有报废零件的情况，实为不太理想。

发明内容

本发明的目的是要提供一种针对用钛合金材料制成的零件，由于基体软，表面易氧化，而采用石墨电极放电、产生电火花使钛合金表面同石墨电极发生原位化合反应生成TiC强化相达到表面改性目的的工艺方法，该方法不仅电能利用率高，零件表面强化点密集、均匀，而且强化参数可控可调，操作方便，产品质量高、耐磨耐用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用放电能量小，放电效率高、具有可控脉冲式放电功能和由可编程序器PLC进行自动控制的电火花强化机，将工件接在脉冲电流的负极上，石墨电极接在脉冲电流的正极上，进行电火花放电，产生重新合金化，其中石墨电极之石墨化程度大于50％，硬度小于HS30，电阻率10-25μΩm，不含其他金属杂质，电极尺寸和形状保证涂覆方便、可靠，加工电压50-150V、电流1-5A、时间50-200S/cm²，放电频率大于2000HZ，电极振动频率50-100HZ。

石墨电极对钛合金材料电火花强化的机理是，石墨电极在钛合金表面发生了电火花放电原位反应，生成了新的具有极高硬度的TiC相，改变了钛合金的表面特性。通过对试样强化层进行的表面X-射线衍射谱检测(见图1)。表明强化表面存在着三种微观结构，即TiC、C和Ti。分析认为TiC是在强化过程中产生的强化相，Ti是母材的遗留部分，C是未参加强化反应的电极材料在母材上的沉积，由于在高温条件下Ti和C有较强的亲和力，在强化过程中放电点的熔池中，石墨分子和熔融Ti发生了化学反应生成TiC。TiC具有极高的硬度熔融在母材上产生致密的结构。就是在较软的母材上熔渗了许多硬颗粒，这种材料结构形式与较硬的材料配成对磨付具有良好的耐磨性。TiC相就是本发明实现表面改性的强化相。

本发明的有益效果是：零件表面强化点密集、均匀，表面强化层可高达20μm以上，表面抗磨性提高，抗磨损能力可提高一倍以上，摩擦系数下降，使用寿命长，表面强化处理费用少，而且操作方便，表面强化处理参数易于控制和达到。

附图说明

图1为本发明实施例所用TC1-0样品涂层表面X-射线衍射谱，

图2为本发明实施例TC1-0样品表面扫描电镜照片X100，

图3为本发明实施例TC1-0样品截面的扫描电镜照片X1000，

图4为本发明实施例TC1-0样品涂层表面黑区的能谱成分分析，

图5为本发明实施例TC1-0样品涂层表面灰区的能谱成分分析，

图6为本发明实施例TC1-0样品涂层表面白亮区的能谱成分分析，

图7为本发明实施例TC1-0样品涂层横截面白亮层的能谱成分分析，

图8为本发明实施例TC1-0样品涂层横截面基体的能谱成分分析。

具体实施方式

本发明方法是采用一种放电能量小，放电效率高，具有可控脉冲放电功能，由可编程序器PLC对整机进行自动控制的电火花强化机，将表面粗糙度不大于Ra3.2，表面光洁、干燥、无污物的被加工件接在脉冲电流的负极上，石墨电极接在脉冲电流的正极上，构成放电回路，进行电火花放电，使石墨与Ti发生了化合反应，产生了TiC强化相，方法中石墨电极：石墨化程度大于50％，硬度小于HS30，电阻率10-25μΩm，不含其他金属杂质，电极尺寸和形状能保证涂覆方便、可靠；机电参数为：加工电压50-150V、加工电流1-5A、加工时间50-200S/cm²，加工放电频率大于2000HZ，电极振动频率50-100HZ。

实施例电极材料按上述要求选择国产化石墨为电极，钛合金材料试样选择TC1，

其化学成分为：

元素   Al     Mn       Fe   C    Si     Ti

含量％  1.0-2.5  0.7-2.0    0.3    0.1    0.15     余量

试验设备采用LM-1A型电火花强化机。

当加工时由脉冲电源组成电极与工件放电回路，电极接正极，工件接负极。放电能量大小由脉宽来控制，接通电源后，PLC开始运行，延3秒后PLC输出口继电器PYO接通，振动头开始振动，再延1秒钟后继电器RY1接通，脉冲电源接通。当加工时间达到参数设定的时间时，加工自动结束，首先断开脉冲电源，再经1秒钟后断开振动头电源，同时报警。这样一个控制过程，避免了零件的烧伤。

试验参数：

电压：85V

功率管数：1、2

加工规准(档)4、5、6

熔涂时间：100S、120S、140S