Разработка и исследование порошковых электродов для сварки и наплавки деталей из алюминиевых и титановых сплавов

Целью работы являлось исследование свойств порошковых материалов, получаемых из алюминиевых и титановых отходов методом электроэрозионного диспергирования для разработки электродов, пригодных для сварки и наплавки деталей из алюминиевых и титановых сплавов.

Методы. Для получения алюминиевого порошкового материала методом электроэрозионного диспер-гирования использовали алюминиевую проволоку ГОСТ 14838-78, предварительно нарезанную по 5-7 см. Проволоку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – дистиллированной. Процесс проводили при следующих электрических параметрах: емкость разрядных конденсаторов 65 мкФ, напряжение 100 В, частота импульсов 100 Гц. Для получения титанового порошкового материала методом электро-эрозионного диспергирования использовали стружку марки ВТ6. Стружку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – дистиллированной водой. Процесс проводили при следующих электрических параметрах: емкость разрядных конденсаторов 65 мкФ, напряжение 150 В, частота импульсов 250 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.

С целью изучения формы и морфологии частиц порошкового материала, полученных методом электро-эрозионного диспергирования из алюминиевых отходов, были сделаны снимки на растровом (сканирующем) электронном микроскопе QUANTA 600 FEG. Исследование гранулометрического состава порошковых материалов, полученных способом электроэрозионного диспергирования из алюминиевых и титановых отходов, проводили на лазерном анализаторе размеров частиц Analysette 22 NanoTec.

Результаты. Установлено, что наиболее перспективными и промышленно не применяемыми материа-лами для производства электродов, применяемых при сварке и наплавке деталей, являются порошковые материалы, получаемые методом электроэрозионного диспергирования. Экспериментально установлено, что порошковые материалы, получаемые электроэрозионным диспергированием алюминиевых и тита-новых отходов, состоят из частиц сферической и эллиптической формы. Представлены результаты исследования элементного состава порошковых материалов, получаемых электро-эрозионным диспергированием алюминиевых и титановых отходов, показано, что основными элементами порошков, полученных из алюминиевых отходов, являются алюминий и кислород, а основными элементами порошков, полученных из стружки марки ВТ6, являются Ti, Al, O, V, Fe, W и К. Исследования грануло-метрического состава порошковых материалов, полученных методом электроэрозионного дисперги-рования, показали, что средний размер частиц порошков, полученных из алюминиевых отходов, состав-ляет 19,08 мкм, а средний размер частиц порошков, полученных из титановых отходов, составляет 33,12 мкм. Установлено, что наиболее перспективным методом для производства электродов, используемых для сварки и наплавки деталей из алюминиевых и титановых сплавов, является метод искрового плазменного спекания. 

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки металлических сплавов и композиционных материалов.

1. Полянсков Ю.В., Тамаров А.П. Электроискровое легирование и последующая лазерная обработка инструмента из быстрорежущих сталей // Вестник Ульяновского государственного технического университета. 1998. № 2 (3). С. 49-54.

2. Иванов В.И., Бурумкулов Ф.Х. Электроискровое легирование // Ремонт. Инновации. Технологии. Модернизация. 2010. № 4 (52). С. 30-32.

3. Сафонов С.В., Смоленцев В.П., Грицюк В.Г. Электроискровое легирование и покрытие металлических изделий // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2014. № 11 (212). С. 13-19.

4. Мулин Ю.И., Верхотуров А.Д., Власенко В.Д. Электроискровое легирование поверхностей титановых сплавов // Перспективные материалы. 2006. № 1. С. 79-85.

5. Рыбалко А.В., Симинел А.В., Сахин О. Электроискровое легирование твердо-сплавным электродом в условиях применения нетрадиционных электрических параметров импульса обобщения результатов // Металлообработка. 2005. № 3 (27). С. 21-28.

6. Астапов И.А., Верхотуров А.Д., Козырь А.В. Электроискровое легирование сплава ВК8 карбидами переходных металлов IV-VI групп и металлокерамикой на основе карбида титана // Вестник Поморского университета. Серия: Естественные науки. 2009. № 3. С. 64-69.

7. Логинов П.К., Ретюнский О.Ю. Способы и технологические процессы восстановления изношенных деталей. Томск: Томский политехнический университет, 2010. 217 с.

8. Новиков А.Н., Стратулат М.П., Севостьянов А.Л. Восстановление и упрочнение деталей автомобилей. Орел: ОрелГТУ, 2006. 332 с.

9. Агеева Е.В., Новиков Е.П., Агеев Е.В. Рентгеноструктурный анализ алюминиевого электроэрозионного порошка, полученного в дистиллированной воде // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. Т.20. №5 (68). С. 8-13.

10. Ageeva E.V., Ageev E.V., Osminina A.S. Properties and characterizations of powders produced from waste carbides // Журнал нано- и электронной физики. 2013. Т. 5. № 4. С. 04038-1-04038-2.

11. Исследование алюминиевого порошка, полученного методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде / Р.А. Латыпов, Е.В. Агеев, Е.В. Агеева, Е.П. Новиков // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. № 4. С. 19-22.

12. Пат. 2612117 РФ. Российская Федерация, МПК B22F 9/14, C22B 7/00, C22B 21/00, B82Y 30/00. Способ получения алюминиевого нанопорошка / Агеев Е. В., Но-виков Е.П., Агеева Е. В.; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. № 2015144702; заявл. 19.10.2015; опубл. 02.03.2017, Бюл. № 17.

13. Пат. 2631549 РФ. Российская Федерация, МПК B22F 9/14, C22B 34/12, , B23H 1/00. Способ получения порошка титана методом электроэрозионного диспергирования / Новиков Е.П., Агеев Е.В., Агеева Е.В.; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. № 2016110017; заявл. 11.11.2016; опубл. 25.09.2017, Бюл. № 27.

14. Ageevа E. V., Ageev E. V., Karpenko V. Yu. Nanopowder Produced from High-Speed Steel Waste by Electrospark Dispersion in Water // Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35, no 3. P. 189–190.

15. Фазовый состав частиц порошка, полученного электроэрозионным диспергированием сплава ВК8 в бутиловом спирте / Е.В., Агеева А.Ю. Алтухов, С.С. Гулидин, Е.В. Агеев, А.А. Горохов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 1 (18). С. 20-25.

16. Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов - перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники / Е.В. Агеев, В.Н. Гадалов, Е.В. Агеева, Р.В. Бобрышев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 1-1 (40). С. 182-189.

17. Размерные характеристики бронзового электроэрозионного порошка, полученного в воде / Е.В. Агеева, Е.В. Агеев, В.Ю. Чаплыгин, А.А. Горохов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 1 (18). С. 30-35.

18. Агеев Е.В., Латыпов Р.А. Получение и исследование заготовок твердого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием вольфрамсодержащих отходов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2014. № 5. С. 50-53.

19. Ageev E.V., Latypov R.A.Fabrication and investigation of carbide billets from powders prepared by electroerosive dispersion of tungsten-containing wastes // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2014. Vol. 55. No. 6. P. 577-580.