Внешняя модификация может выполняться различными методами, включающими обработку сконцентрированными потоками энергии. Это - лазерная, электронно- и ионно-лучевая , ударно-волновая, также как и потоки стационарной и пульсирующей плазмы. Если поверхность рассматриваемого материала покрыта тонкими слоями другого материала, кратковременное воздействие потоками энергии приводит к смешиванию и повторному распространению элементов, содержащихся в слое и структуре, в дополнение к процессам упрочнения. В результате образуются устойчивые и сверх устойчивые сплавы и соединения. Сверхвысокие темпы охлаждения и нагрева, объединенных с эффектом физических полей, позволяют получать на поверхности нано-, микрокристаллические или аморфные слои. Свойства этих слоев, возможно, существенно отличаются от свойств одного из металлов и сплавов в состоянии равновесия. Модификация свойств поверхности основана на принципе образования комплексных многослойных поверхностных структур, как например аморфные слои, мелко дисперсные структуры и подструктуры с высокой дислокационной плотностью. Это позволяет целенаправленно варьировать эксплуатационными характеристиками металлических материалов, в том числе антикоррозионной стойкостью, силой сопротивления износу, силой усталости под циклическими нагрузками, электроэрозионной стойкостью и т.п. Следует отметить, что, наряду с опытом использования лазерной и электроннолучевой обработки, большое количество экспериментальных данных было получено об использовании методов высокой плотности энергии для обработки материалов струями иона и плазмы. Следует отметить, что, наряду с опытом использования лазерной и электроннолучевой обработки, большое количество экспериментальных данных было получено об использовании методов высокой плотности энергии для обработки материалов струями иона и плазмы.
Главные предпосылки для использования плазменных технологий высокой плотности энергии указаны ниже:
-высокая плотность энергии в пределах зоны обработки и возможности регулирования этого;
-кратковременное местное воздействие, ограничивающее зону влияния тепла;
-простота контроля импульсов энергии и возможность обработки криволинейных поверхностей бесконтактными методами;
-низкие затраты оборудования и технологии;
-возможность автоматизации процесса обработки;
-использование поглощенного для упрочнения фактора полезной мощности.
Поверхность рабочей части рассматривается в течение процесса плазменной модификации термохимическим и термомеханическим эффектами, которые стимулируют образование новых сплавов. Это позволяет получать поверхности с прогнозируемыми свойствами. Кроме того, это позволяет сплавам рабочей части образовывать нано-кристаллические структуры, имеющие низкий износ, теплоустойчивость, объединенной с достаточной силой и прочностью примеси, используемой, чтобы сделать деталь. Страница содержит информацию относительно оптимизации внешней геометрии вибраций рабочей закалки, которая обеспечивает возможность смазывания трущихся поверхностей. В данном случае срабатывает гидродинамический эффект смазывания, таким образом, увеличивая действие внешней модификации и дополнение действия обработки с чрезвычайно сконцентрированными плазменными потоками. Оптимизация внешней геометрии приводит к значительному уменьшению коэффициентов трения и износа в скольжении пар трения. Обработка рабочей поверхности с оптимальной геометрией, используя интенсивные потоки энергии предполагает дополнительную возможность управления свойствами поверхности.
Оптические квантовые генераторы, т.е. лазеры, и различные виды плазменных ускорителей разработаны в последних десятилетиях и коммерчески применяются сейчас для этой цели. Объединенные с ударно-волновым эффектом, нагревом и деформацией, эти устройства могут обеспечить излучение и электромагнитные свойства на поверхностях. Плазменные ускорители имеют целый ряд преимуществ над лазерами, как например высшая эффективность, низшее энергетическое потребление на единицу поверхности, изменяемую и высокую степень абсорбции излучения в каком-либо материале. Методы, использующие ударный эффект на поверхности за счет применения взрывчатых веществ также эффективны. Взрывчатые вещества формируют плазменные струи со скоростью 5-20 км/с, температурой 20,000-60,000 K и давлением ударной взрывной волны 300-2,000 MН/м?. Густота плазмы, полученная этими методами выше, чем густота из атмосферы фактором 50. Плазма взрывчатых веществ также используется для термохимической обработки поверхностей. Проводятся работы по дальнейшей разработке методов для генерации пульсирующей плазмы электрическим взрывом кондукторов. Плазма электрического разряда - это многосторонний инструмент. Он используется для термохимической обработки рабочих поверхностей под слоем жидкости и в воздушной среде. Имеется обольое количество технологий пульсирующей плазмы. Эти технологии объединяют термическую высокоскоростную обработку и смешивание поверхностей с плазменными компонентами, как например углерод или азот. Анализ результатов исследования показывает, что столкновение пульсирующей плазмой на твердых поверхностях более эффективно, чем обработка со стационарными струями, которые являются примером лазерной обработки. Страница содержит данные по разработке технологий, основанных на использовании нестационарных электрических разрядов в плазменных струях. Образование плазменной струи имеет место под воздействием нестационарных взрывных волн, распространяющихся между симметричными электродами. Установленные в данном случае параметры энергии плазмы могут управляться составом смеси горючего, электрическими потенциальными и геометрическими характеристиками устройства. Параметры пульсирующей плазмы могут быть изменены в следующих пределах: энергия - 1,000-10,000 Дж, частота - 1-10 Гц, продолжительность - 0.5x10-3-5x10-3 с, скорость - 2,000-9,000 м/с и температура - 5,000-30,000 K. Электрический ток вплоть до 15 кA подается к рабочей поверхности через плазменную струю, таким образом, формируя магнитные и звуковые поля. Мы предлагаем воздействие рабочей поверхности потоком высокой энергии смешивания элементов. Это приводит к быстрому нагреву (продолжительность - 10-3-10-6 с) внешнего слоя, завершенного его интенсивным охлаждением через перехода тепла как, в большую часть металла так и в окружающую среду. Действие тепла здесь объединено с процессами смешивания. Высокая норма нагрева и охлаждения (104-108 K/s) внешнего слоя металлических структур приводит к образованию нано-кристаллической структуры, высокая частота неоднородности и увеличение концентрации смешивания элементов.
Пульсирующая плазменная технология позволяет одновременно в одном импульсе обработки реализовать различные методы воздействия на рабочую поверхность: внешняя упруго-пластичная деформация, звуковое воздействие и воздействие пульсирующим магнитным полем, тепло- и электроимпульсная обработка, деформация металлов и сплавов в течение обратных превращений. Высокая энергетическая плотность потока (вплоть до 107 В/см? в точке контакта с рабочей поверхностью) делает возможным выполнение обработки в воздушной среде без подготовки поверхности.
Обработка с потоком высокой плотности энергии смешивания элементов не приводит ни к каким изменениям в геометрических размерах заготовок. Таким образом, предполагается, что это нужно использовать в качестве отделочной обработки. Индустриальная проверка показывает, что работоспособность инструментов и деталей машин после модификации их работающих поверхностей увеличивается 3-5 раз. Завися от состава потока высокой плотности энергии, внешний слой может иметь высокие антифрикционные свойства, также как и высокое тепловое сопротивление, сопротивление износу и коррозионную стойкость. Как доказано экспериментально, коэффициент трения после обработки потоком высокой плотности энергии уменьшается 3-5 раз, сопротивление сжатию увеличивается в 10 раз, износостойкость возрастает в 2-5 раз, и теплоустойчивость увеличивается в 6 раз. Технология позволяет использовать примесей с высокой прочностью и ковкостью для производства деталей. Наряду с уменьшением стоимости материала заготовок это приводит к уменьшению затрат механической обработки и затрат термической обработки.
Страница также содержит данные по модификации поверхностей, используя электрические разряды в слое электролитической плазмы. Представлен анализ процессов, появления катода в плазменном слое между жидким анодом и твердой поверхностью. Технология для электролитического плазменного упрочнения поверхностей описана, там, где процесс образования и поддержка плазменного слоя - это стабилизированная периодическим возрастанием электрического напряжения. Норма нагрева может быть скорректирована в пределах 20?500 C/с через изменение времени в связи с увеличением электрического потенциала, поэтому образуются закаленные слои толщины 0.1?10 миллиметра. Добавление смешивания элементов электролиту делает возможным выполнение обработки термохимически нагретой поверхности. С процессом электролитического плазменного упрочнения, плазменный материал - это электролит, основанный на воде, и обеспечивается охлаждение нагретой поверхности, используя такой же электролит. Конфигурация закаленного слоя зависит от способа нагрева и, возможно, имеет форму круга, квадрата или эллипса. Плотность мощности, используемой для нагрева поверхности, возможно, следующая 1x103?1x104 Вт/см?, который достаточен для внешней термической обработки, лазерной обработки.
Преимущества метода упрочнения электролитической плазмой:
1) она обеспечивает закаленный слой глубиной 0.1?10 миллиметра;
2) она позволяет создавать высокодисперсные структуры на заготовках, обеспечивая твердость слоя 10-19 МПа;
3) она может использоваться для местного упрочнения участков заготовок, которые подвергаются самому интенсивному износу для избежания нагрева всей заготовки;
4) она обеспечивает высокие экономические показатели по причине низкой стоимости, простоты и пригодности оборудования, также как и высокой продуктивности процесса;
5) используемая технология является экологически чистой, и процесс обработки может быть легко автоматизирован.
Ряд частей для плазменного упрочнения может быть условно подразделен на следующие три группы. Это - части, для которых известный (базовый) методы закалки, не в состоянии увеличить прочность к требуемого уровня, детали, которые должны иметь комбинацию высоких эксплутационных свойств (твердость, износостойкость, сопротивление излому), и части, прочность которых не может быть увеличена известными коммерчески проверенными технологиями, или является дорогой для обработки доступными технологиями и оборудованием. Страница описывает технологии и оборудование, которые коммерчески применяются для модификации работающих поверхностей деталей машин и инструментов. Примеры применения технологий в металлургии, горная промышленность, деревообработка, машиностроение, строящаяся и другие индустриальные сектора предоставлены.