电火花表面沉积工艺研究现状

 引言
对于电火花沉积技术的概念阐述目前还存在许多种解释，本文主要就电火花沉淀技术的概念分析为：通过特定电能对工作表面进行处理，通过火花将特殊的材质融入到工作物表面层，进而形成新的金属表面层，从而改变金属的各种性能。电火花技术在我国社会中的应用越来越广泛，尤其是在高技术行业得到快速的应用与发展。
1 电火花表面强化技术基本原理和技术特点
电火花沉积的基本原理是，通过电极与工作件之间的以10～1000Hz的频率在极短的时间内将二者之间的接触点温度瞬间达到8000℃～25000℃，进而将电极的溶解物进行融化并且扩散到工作件表层，形成电极工作金属层。作为现代表面处理工作中的关键工艺，电火花沉淀技术具有以下特点：①电极接触时间短，传热距离短，可以避免因为热量的传入导致工作件因为高温等而出现性能或者外部的变形等。②结合强度高。③工作环境要求不高。④电极材料具有选择的灵活性。
2 电火花表面沉积工艺研究现状
2.1 电火花沉积工艺对沉积层厚度的影响 我国对于电火花沉积工艺对于沉积层厚度的影响研究已经经过多年的发展，汪瑞军、陈伟伟等对沉积厚度的研究进行了深入的研究分析。汪瑞军提出了沉积层是电火花质量评价的重要指标，电火花沉积厚度与生产工艺各因素之间有各种联系。陈伟伟等人同样是在TC1合金表面制备WC-8Co强化层，研究多项工艺参数同时变化时沉积层厚度的变化规律。4个沉积层厚度影响因子分别为工作电压、电极转速、放电电容和沉积时间，每个影响因子设定4个工艺水平，进行四因素四水平正交试验。以WC-8Co沉积层厚度作为评价指标。结果通过论证研究发现：工艺影响因素在电火花沉积厚度的影响程度中生产电压的影响最大，放点电容的影响最小，因此规律的合理安排确定了优化的电火花沉积工艺；沉积厚度随着电压的变化而具有关联性，其关系呈直线上升趋势；当转速增大之后，沉积厚度就会变小，因此常用的电机转速在1000—2000r/min之间。陈文华利用相关手段对电火花沉积研究：电容容量与沉积厚度的高低有着线性关联，当电容容量越低，沉积厚度也就越小，其表面的光滑度也就越小；放电的频率与工作件的表面粗糙程度有一定的联系，当放电频率达到最高值时其形成的强化作用就会越大，其表面的处理就会符合电火花沉积工艺的目的；当电压输出较高时，其与工作件的接触点时间就会缩短，其对于厚度的影响也就会出现激烈的变化。
牛金辉等人通过对于特定材质进行电火花沉积实验发现沉积厚度是评价45﹟钢和不锈钢基体表面电火花沉积TiN表面层工艺性的关键因素。同样各种工艺影响因素对于沉积厚度都有不同的影响，主要表现在：对于45﹟钢和不锈钢基体放电的总量控制应该在一定的范围内，合理的电压范围应该为高压配置中档电容；电火花的产生周期影响沉积的厚度，电火花周期越短，沉积厚度也就越大；沉积时间控制也要遵循一定的原则，合理的沉积时间能够实现沉积层的优化。A.Agarwa等人研究了在Cu基体上沉积TiB的情况。研究发现，强化层与Cu基体之间不能形成冶金结合，且沉积层厚度很不均匀。如果电极材料与工作件的材料使用不当就会造成结合层的实现不理想。
2.2 电火花沉积工艺对沉积层硬度与耐磨性的影响
刘建超利用了自行研制的电火花表面强化设备并选用不同的电极材料，对45#钢、Cr12MoV等工件材料进行了表面强化处理，从强度、耐磨等角度分析了电火花沉积工艺的影响因素，实验结果表明：强化层的强度高点在白亮层，它们之间的结合点强度最低。耐磨性实验表明，工作件的耐磨性与电极、材料以及强度时间有关。
狄平等人采用电火花表面强化设备，以硬质材料作为强化电极材料，白口铸铁为基体材料，研究了电火花表面强化工艺对强化层性能的影响，从试验结果可知，强化的工作件的使用寿命比没有强化过的工作件的寿命要长，磨损的平均宽度也比没有强化过的工作件要低，由此可见强化的工作件具有良好的使用性能。这主要是因为电火花沉积所带来的厚度影响，经过电火花的强化会在表面形成放电点与放电融化点，它们的交互错综就会形成表面的粗糙，进而减少在使用过程中的全部摩擦，进而提高工作件的硬度。刘先兰等人经试验证实，“白亮层”的硬度随电极材料、基体材料的不同而变化，当采用YG8硬质合金作为工具电极材料时，强化层的显微硬度可达1100～1400HV（相当于70～74HRC）甚至更高。由于工模具工作表面的强化层具有较高硬度，因此可显著提高工模具的耐磨性，一般可使工模具的使用寿命延长1～3倍。经电火花表面强化的落料模在冲压加工厚度0.75mm的硅钢片和厚度4mm的钢板时其工作寿命可提高2～3倍。
张维平等人利用DM7132型精密电火花成型机，采用不同的电火花强化工艺，以硅作为强化电极在45#钢表面形成一层非晶态合金强化层。通过试验结果可以看出，在相同的条件下，经过强化的试样的磨痕宽度小于未经强化的试样的磨痕宽度且在试验过程中，当磨球在经强化的试样表面上往复运动时平稳且无噪声；而在未强化的试样表面上则出现振动现象，并发出刺耳的声音。这表明强化层有良好的耐磨性能，硅电火花强化45﹟钢形成的表面形貌是由无数分布均匀的圆盘叠加而成的，无方向性，这种表面形貌提高了强化层的耐磨性，同时强化层中金属间化合物的增强作用，以及非晶与金属间化合物之间良好的界面结合，也进一步提高了强化层的耐磨性。
I.A. Podchemyaeva等人在BT6钛合金表面，使用难熔的Ti，Zr氮化物电极进行强化处理研究电火花合金化传质动力学、涂层中元素的分布以及强化层的性能。经测试发现，合金层和热影响区的显微硬度分别是原始材料的3-5倍和1.5-2倍，强化后试样的抗高温氧化性能明显提高。Mulin Yury等人以BT-1V钛合金为基体，以硬质合金BK8、T5K10和11×15H25M611Γ2钢作电极进行电火花合金化，制品表面的耐磨度与耐热性提高60%-90%。
3 结束语
在经历了六十年的发展之后，电火花表面沉积技术由于具有其独特的工艺性能如：投资小，见效快，其涂层不仅让工件获得了电极材料特征，而且改善了工件的质量和延长了工件使用寿命等。但其也存在着一些不足之处，如电火花沉积操作大多数为手工操作，沉积层的均匀性差，生产效率低，可靠性不高，同时也限制了沉积技术在某些场合的使用[2]。因此，电火花表面沉积技术的发展趋势为：①已有的电火花放电理论具有较大的局限性，需要进一步的修正和完善，直到形成完整的理论体系。②提高生产效率，进一步研制大功率、自动化、甚至微机控制电火花沉积设备，则大大提高沉积层的均匀性，大大提高电火花沉积的生产效率。③深入研究沉积机理，研究不同电极、母体材料的沉积工艺，复合沉积工艺，多电极沉积工艺等。