Совершенствование технологии электроискрового легирования стальных деталей буровых установок и горнодобывающего оборудования

Введение. Развитие современной техники и технологий геолого-разведочных работ, горнодобывающих процессов требует решения задач, связанных с обеспечением надежности, долговечности деталей механизмов, работающих в условиях повышенных температур и давлений при наличии агрессивной внешней среды. В связи с этим возникает необходимость в создании функциональных покрытий, обладающих уникальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.Цель — повышение эксплуатационных свойств электроискровых покрытий на основе анализа причинно-следственной диаграммы и регрессионного исследования технологических режимов обработки стальных деталей геолого-разведочного оборудования (на примере штоков гидроцилиндров буровых насосов).Материалы и методы. Для упрочнения стальных поверхностей деталей гидравлического оборудования применена технология электроискрового легирования (ЭИЛ) на механизированной установке IMES-1001 с использованием твердосплавных электродов и различных газовых сред. С целью выявления причинно-следственных связей между факторами воздействия на упрочняемую поверхность и установления наиболее важных факторов, влияющих на качество сформированного покрытия, использована диаграмма Исикавы и выполнен регрессионный анализ. Оценка адгезионной активности полученных покрытий осуществлялась методом атомно-силовой микроскопии. Для этого проводили исследования на сканирующем зондовом микроскопе Solver PRO в полуконтактном режиме сканирования на воздухе с использованием зондовых датчиков марки NSG10 с резонансной частотой 219 кГц и радиусом закругления острия зонда 10 нм. При определении силы адгезионного взаимодействия зонда и поверхности в одной точке абсолютная погрешность составляла 15 нН. Трибологические испытания осуществлялись на стандартной машине трения 2070-СМТ-1 по схеме «диск — колодка».Результаты. На основе анализа причинно-следственной диаграммы установлено, что одним из доминирующих факторов, который влияет на качество формируемых слоев и покрытий на поверхности, являются технологические режимы установки электроискрового легирования. Для того чтобы выявить, какой из технологических параметров оказывает наибольшее влияние, выполнен регрессионный анализ, который показал, что наибольшее влияние на силу адгезии сформированного ЭИЛ покрытия имеет емкость конденсаторов установки. Следовательно, для уменьшения силы адгезионного взаимодействия поверхностей и, как следствие, повышения их износостойкости необходимо при реализации технологии ЭИЛ увеличивать емкость конденсаторов с одновременным уменьшением напряжения и времени обработки. На основе трибологических испытаний сделан вывод, что минимальная скорость изнашивания покрытия может быть получена при легировании стальной поверхности в среде кислорода твердосплавным электродом на основе карбида вольфрама с добавками элементов, образующих с материалом поверхности неограниченные твердые растворы и выполняющих роль флюсов (Ni-Cr-B-Si).Заключение. В связи с тем, что при реализации горнодобывающих и геолого-разведочных процессов повышаются требования к эксплуатационным характеристикам металлических поверхностей деталей, вступающих во фрикционное взаимодействие, возникает необходимость в совершенствовании технологий создания функциональных (износостойких) покрытий.

гидравлическое оборудование, покрытие, износостойкость, электроискровое легирование, причинно-следственная диаграмма, регрессионный анализ