Технические науки 1. Металлургия

К.т.н. Агеев Е.В., к.т.н. Агеева Е.В., студент Е.А. Воробьев

Юго-Западный государственный университет, Россия

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ОТХОДОВ ВОЛЬФРАМСОДЕРЖАЩИХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

В настоящее время промышленно применяемые технологии получения порошков путем переработки отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов отличаются крупнотоннажностью, энергоёмкостью, большими производственными площадями, а также, зачастую, экологическими проблемами (сточные воды, вредные выбросы). Одним из наиболее перспективных методов получения порошков, практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД), который отличается относительно невысокими энергетическими затратами, безвредностью и экологической чистотой процесса, отсутствием механического износа оборудования, получением порошка непосредственно из кусков твердого сплава различной формы за одну операцию, получением частиц преимущественно сферической формы размером от нескольких нанометров до сотен микрон. К настоящему времени уровень разработки метода ЭЭД достиг опытно-промышленного производства.

В конце ХVIII века английским ученым Джоном Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра или дуга оказывает сильное разрушающее действие на контакты разрываемой цепи, называемое электроэрозией. Разрушение контактов под действием электрической эрозии очень вредное явление. Над этой проблемой работали в годы Великой Отечественной войны Б.Р. и Н.И. Лазаренко. В 1943 г Б.Р. Лазаренко получил приоритет на изобретение и защитил кандидатскую диссертацию на тему «Инверсия электрической эрозии металлов и методы борьбы от разрушения контактов».

В том же году стал руководителем лаборатории электроэрозионной обработки. Борясь с электроэрозией контактов, путем помещения их в диэлектрик ими был обнаружен обратный эффект – в жидком диэлектрике контакты разрушались более интенсивно, причем жидкость при этом мутнела. Анализ жидкости показал, что в ней содержатся мелкие металлические шарики. Таким образом, был получен первый полезный практический результат от действия электрической эрозии.

Большой объем экспериментальных и теоретических исследований, направленных на исследование электрической эрозии материалов выполнен Б.Н. Золотых, обобщенный им в докторской диссертации «Основные вопросы электрической эрозии в импульсном разряде в жидкой диэлектрической среде» (М.: МЭИМ, 1968). В настоящее время работы в этом направлении ведут А.Д. Верхотуров, Т.Б. Ершова с соратниками и другие.

Процесс электроэрозионного диспергирования (рис. 1) представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами, находящимися в рабочей жидкости. Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и 3 и далее к пластинам твердого сплава 6. В качестве электродов служат также пластины твердого сплава. При достижении напряжения определённой величины происходит электрический пробой рабочей жидкости 5, находящейся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда 7. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда 8 плавится и испаряется, рабочая жидкость испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада 9.

а)	б)
Рис. 1. Процесс ЭЭД: а) схема установки; б) схема процесса

В результате развивающихся в канале разряда и продуктах распада рабочей жидкости значительных динамических сил, капли расплавленного материала 4 выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую жидкость, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы твердого сплава.

Следует отметить, что история развития метода ЭЭД показывает, что работы в данном направлении определяются решением важной народно-хозяйственной проблемы создания прогрессивных, экологически чистых, энергосберегающих и безотходных технологий получения порошков и их практического применения, входящей в Перечень критических технологий и Приоритетные направления развития науки, технологий и техники Российской Федерации.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.1845.