1. Repository at ChSTU
  2. Випускні кваліфікаційні роботи
  3. Магістр
  4. 131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7736
Назва: Дослідження процесу плазмового нанесення корозійностійких покриттів
Автори: Коваленко, Олександр Олексійович
Шевченко, Валентин Миколайович
Ключові слова: Плазмове нанесення корозійностійких покриттів
Дата публікації: 2025
Короткий огляд (реферат): АНОТАЦІЯ Тема кваліфікаційної роботи магістра: Дослідження процесу плазмового нанесення корозійностійких покриттів. Виконавець: здобувач вищої освіти гр. мНТ-42 Шевченко Валентин Миколайович. Керівник: к.т.н. доц. Коваленко Олександр Олексійович. Обєм роботи: 110 аркушів формату А4, 44 рисунки, 8 таблиць, 46 літ. джерел. Об’єкт дослідження – поверхневий шар і робочі поверхні деталей вузлів тертя транспортного та технологічного обладнання, які потребують відновлення та зміцнення корозійностійкими і зносостійкими покриттями. Предмет дослідження – процес і технологія комбінованого електроерозійноплазмового нанесення корозійностійких зносостійких покриттів, формування їх структурно-фазового стану та мікрогеометрії поверхневого шару. Метою роботи є підвищення якості та зносостійкості поверхневого шару корозійностійких покриттів шляхом удосконалення параметрів комбінованого електроерозійно-плазмового процесу нанесення та променевого вирівнювання мікропрофілю електроерозійного покриття. Для досягнення поставленої мети вирішено такі основні завдання:  виконано аналіз сучасних електроерозійних, плазмових та комбінованих методів формування зносостійких і корозійностійких покриттів на деталях вузлів тертя;  досліджено механізм спільного протікання в комбінованому процесі електроерозійного нанесення струмопровідних шарів і променевого плазмового впливу на поверхневий шар, побудовано фізичну та математичну моделі комбінованого процесу;  розроблено технологію комбінованого електроерозійно-плазмового нанесення корозійностійких покриттів, обґрунтовано вибір об’єктів досліджень, матеріалів покриття й основи, обладнання та раціональних технологічних режимів; досліджено вплив параметрів комбінованого процесу на структуру, мікрогеометрію, твердість, зносостійкість та корозійну стійкість покриттів і сформовано практичні рекомендації щодо їх застосування для відновлення та зміцнення деталей вузлів тертя. У першому розділі наведено аналіз літературних джерел щодо комбінованих методів обробки і нанесення зносостійких покриттів, електроерозійних, променевих і плазмових процесів, а також особливостей формування структури та властивостей покриттів. У другому розділі розроблено технологію отримання ерозійно-променевих плазмових покриттів, сформульовано наукові гіпотези, обґрунтовано вибір об’єктів досліджень, матеріалів покриттів і обладнання для реалізації комбінованого процесу. У третьому розділі досліджено механізм і процеси комбінованого електроерозійно-плазмового нанесення покриттів, виконано моделювання процесу, визначено раціональні технологічні параметри та їх вплив на експлуатаційні характеристики покриттів. У четвертому розділі розглянуто питання охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях під час виконання робіт із застосуванням електроерозійного та плазмового обладнання.
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7736
Розташовується у зібраннях:131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)

Файли цього матеріалу:
Файл Опис РозмірФормат 
КРМ Шевченко.pdf
  Restricted Access		3.02 MBAdobe PDFПереглянути/Відкрити    Запит копії
Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики


Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.

Extracted text 
Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний технологічний університет 
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування 
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв 
 
До захисту допущено: 
Завідувач кафедри ТОМВ 
  Георгій КАНАШЕВИЧ 
« »  2025 р. 
 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи магістра 
 
 
на тему: «Дослідження процесу плазмового нанесення корозійностійких 
покриттів» 
 
 
 
Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-42 
 
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка» 
Освітня програма – «Обробка металів за 
спецтехнологіями» 
Шевченко Валентин Миколайович 
 
Керівник: к.т.н., доцент Коваленко Олександр 
Олексійович 
Рецензент: Начальник виробництва ТОВ "МНВК 
"Станко-Груп" м.Черкаси 
Васильківський Олександр Вікторович 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Черкаси 2025 р. 
Черкаський державний технологічний університет 
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування 
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв 
Освітній рівень магістерський. 
Спеціальність 131 «Прикладна механіка». 
Освітня програма «Обробка металів за спецтехнологіями» 
 
ЗАТВЕРДЖУЮ: 
Завідувач кафедри ТОМВ 
Георгій КАНАШЕВИЧ 
« »   2025 р. 
 
 
ЗАВДАННЯ 
на кваліфікаційну роботу магістра 
 
_Шевченко Валентин Миколайович _ 
(прізвище, ім’я, по батькові) 
1. Тема роботи «Дослідження процесу плазмового нанесення корозійностійких 
покриттів». 
Керівник  роботи Коваленко Олександр Олексійович, к.т.н., доцент 
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від 
«15» вересня 2025р. №261/03-03 
2. Термін подання здобувачем роботи 11. 12. 2025 р. 
3. Вихідні дані до роботи: обладнання для нанесення покриттів деталей типу 
тіл обертання; деталі вузлів тертя (поверхні, що відновлюються/зміцнюються 
корозійностійкими та зносостійкими покриттями).. 
4. Зміст пояснювальної записки: Аналіз матеріалів по методам обробки і 
дослідження зносостійких покриттів; Методи обробки, що використовуються 
для проектування отримання зносостійких покриттів; Механізм і процес 
нанесення зносостійких покриттів; Механізм формування зносостійких 
покриттів; Моделювання процесу формування покриттів; Технологія 
отримання плазмових покриттів; Матеріали для металевих покриттів і 
проведення досліджень; Обладнання для проведення роботи; Механізм і 
процеси нанесення покриттів; Моделювання процесу плазмового нанесення 
зносостійких покриттів; Створення нових способів і пристроїв для реалізації 
технології; Вибір і розрахунок технологічних режимів плазмового покриття; 
Вплив режимів на експлуатаційні характеристики виробів.; Охорона праці та 
безпека в надзвичайних ситуаціях 
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових 
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі, об’єкт 
дослідження, предмет дослідження; Обладнання для нанесення покриття; 
Механізм комбінованого отримання покриття; Моделювання процесу 
плазмового нанесення зносостійких покриттів; Спосіб і пристрої для реалізації 
технології нанесення покриття; Властивості зносостійкого покриття; 
Технологічні режими нанесення плазмового зносостійкого покриття; 
Дослідження мікротвердості та структура отриманих покриттів; Охорона 
праці та безпека в НС; Загальні висновки 
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується 
 
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата 
Розділ 
консультанта завдання видав завдання прийняв 
Розділ 1-3 Коваленко Олександр Олексійович   
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович   
 
 
7. Дата видачі завдання 16.09.2025 р. 
Календарний план 
 
№ Назва етапів дипломного Строк 
Примітка 
з/п роботи виконання етапів роботи 
1 Збір інформації для написання КРМ 16.09. - 30.09.2025  
2 Написання І розділу КРМ 01.10.-15.10.2025  
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2025  
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2025  
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2025  
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2025  
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2025  
8 Захист роботи 19.12.-31.01.2026р.  
 
 
Здобувач Валентин ШЕВЧЕНКО  
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ 
 
 
Керівник Олександр КОВАЛЕНКО  
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ 
АНОТАЦІЯ 
 
 
Тема кваліфікаційної роботи магістра: Дослідження процесу плазмового 
нанесення корозійностійких покриттів. 
Виконавець: здобувач вищої освіти гр. мНТ-42 Шевченко Валентин 
Миколайович. 
Керівник: к.т.н. доц. Коваленко Олександр Олексійович. 
Обєм роботи: 110 аркушів формату А4, 44 рисунки, 8 таблиць, 46 літ. джерел. 
Об’єкт дослідження – поверхневий шар і робочі поверхні деталей вузлів тертя 
транспортного  та  технологічного  обладнання,  які  потребують  відновлення   та 
зміцнення корозійностійкими і зносостійкими покриттями. 
Предмет дослідження – процес і технологія комбінованого електроерозійно- 
плазмового нанесення корозійностійких зносостійких покриттів, формування їх 
структурно-фазового стану та мікрогеометрії поверхневого шару. 
Метою роботи є підвищення якості та зносостійкості поверхневого шару 
корозійностійких покриттів шляхом удосконалення параметрів комбінованого 
електроерозійно-плазмового процесу нанесення та променевого вирівнювання 
мікропрофілю електроерозійного покриття. 
Для досягнення поставленої мети вирішено такі основні завдання: 
 виконано аналіз сучасних електроерозійних, плазмових та комбінованих 
методів формування зносостійких і корозійностійких покриттів на деталях 
вузлів тертя; 
 досліджено механізм спільного протікання в комбінованому процесі 
електроерозійного нанесення струмопровідних шарів і променевого 
плазмового впливу на поверхневий шар, побудовано фізичну та 
математичну моделі комбінованого процесу; 
 розроблено технологію комбінованого електроерозійно-плазмового 
нанесення корозійностійких покриттів, обґрунтовано вибір об’єктів
досліджень, матеріалів покриття й основи, обладнання та раціональних 
технологічних режимів; 
  
 досліджено вплив параметрів комбінованого процесу на структуру, 
мікрогеометрію, твердість, зносостійкість та корозійну стійкість покриттів 
і сформовано практичні рекомендації щодо їх застосування для 
відновлення та зміцнення деталей вузлів тертя. 
У першому розділі наведено аналіз літературних джерел щодо комбінованих 
методів обробки і нанесення зносостійких покриттів, електроерозійних, 
променевих і плазмових процесів, а також особливостей формування структури та 
властивостей покриттів. 
У другому розділі розроблено технологію отримання ерозійно-променевих 
плазмових покриттів, сформульовано наукові гіпотези, обґрунтовано вибір об’єктів 
досліджень, матеріалів покриттів і обладнання для реалізації комбінованого 
процесу. 
У третьому розділі досліджено механізм і процеси комбінованого 
електроерозійно-плазмового нанесення покриттів, виконано моделювання 
процесу, визначено раціональні технологічні параметри та їх вплив на 
експлуатаційні характеристики покриттів. 
У четвертому розділі розглянуто питання охорони праці та безпеки в 
надзвичайних ситуаціях під час виконання робіт із застосуванням 
електроерозійного та плазмового обладнання. 
  
ABSTRACT 
Master’s qualification work topic: “Investigation of the Process of Plasma 
Deposition of Corrosion-Resistant Coatings”. 
Student: master’s degree applicant of group MNT-42 Valentyn Shevchenko. 
Supervisor: PhD, Associate Professor Oleksandr Kovalenko. 
Work volume: 110 A4 pages, 44 figures, 8 tables, 46 references. 
The object of the research is the surface layer and working surfaces of parts in 
friction units of transport and technological equipment that require restoration and 
strengthening by corrosion-resistant and wear-resistant coatings. 
The subject of the research is the process and technology of combined electro- 
erosion–plasma deposition of corrosion-resistant wear-resistant coatings, as well as the 
formation of their structure, phase state and surface micro-geometry. 
The aim of the work is to improve the quality and wear resistance of the surface 
layer of corrosion-resistant coatings by optimizing the parameters of the combined 
electro-erosion–plasma deposition process and beam smoothing of the micro-profile of 
the electro-erosion coating. 
To achieve this aim, the following tasks have been solved: 
 to analyse modern electro-erosion, plasma and combined methods of forming 
wear-resistant and corrosion-resistant coatings on parts of friction units; 
 to investigate the mechanism of the combined process that includes electro- 
erosion deposition of conductive layers and plasma beam action on the surface 
layer, and to develop physical and mathematical models of the process; 
 to develop a technology of combined electro-erosion–plasma deposition of 
corrosion-resistant coatings, to justify the choice of research objects, coating and 
substrate materials, equipment and rational technological parameters; 
 to study the influence of the main technological parameters on the structure, 
surface micro-geometry, hardness, wear resistance and corrosion resistance of 
the coatings and to formulate practical recommendations for their application in 
restoration and strengthening of friction units. 
  
The first chapter presents a literature review on combined machining methods and 
deposition of wear-resistant coatings, electro-erosion, beam and plasma processes, as well 
as on structure formation and properties of coatings. 
The second chapter is devoted to the development of the technology for obtaining 
erosion–beam plasma coatings, formulation of scientific hypotheses and justification of 
the choice of research objects, coating materials and equipment. 
The third chapter investigates the mechanism and processes of combined electro- 
erosion–plasma deposition, presents process modelling, determination of rational process 
parameters and their influence on operational characteristics of the coatings. 
The fourth chapter deals with occupational safety and emergency issues when 
working with electro-erosion and plasma equipment. 
  
Зміст 
Вступ ............................................................................................................................. 9 
Розділ 1 Аналіз матеріалів по комбінованим методам обробки і дослідження 
зносостійких покриттів .............................................................................................. 12 
1.1. Методи обробки, що використовуються для проектування комбінованих 
видів отримання зносостійких покриттів ................................................................. 13 
1.2. Механізм і процес нанесення електроерозійних зносостійких покриттів ... 17 
1.2.1. Механізм формування зносостійких покриттів ...................................... 17 
1.2.2 Моделювання процесу формування покриттів ........................................ 19 
1.2.3. Математичне моделювання процесу нанесення покриттів .................... 26 
1.3. Променеві методи нанесення покриттів ........................................................ 28 
1.4. Побудова технологічних процесів комбінованого нанесення покриттів ..... 30 
Висновок до розділу 1 ................................................................................................ 32 
Розділ 2  Технологія отримання ерозійно-променевих плазмових покриттів ........ 33 
2.1. Наукові гіпотези .............................................................................................. 34 
2.2. Об’єкти досліджень ......................................................................................... 35 
2.3. Матеріали для металевих покриттів і проведення досліджень ..................... 37 
2.4. Обладнання для проведення роботи ............................................................... 39 
Висновок до розділу 2 ............................................................................................ 47 
Розділ 3  Механізм і процеси комбінованого нанесення покриттів ........................ 48 
3.1. Механізм комбінованого отримання покриття. ............................................. 49 
3.2. Моделювання процесу ерозійно-променевого плазмового нанесення 
зносостійких покриттів .............................................................................................. 53 
3.3 Параметри комбінованого ерозійно-променевого плазмового зносостійкого 
покриття ...................................................................................................................... 65 
3.4. Створення нових способів і пристроїв для реалізації технології ерозійно- 
променевого покриття ............................................................................................... 69 
 7 
3.5. Вибір і розрахунок технологічних режимів ерозійно-плазмового плазмового 
покриття ...................................................................................................................... 78 
3.6. Вплив режимів нанесення комбінованого покриття на експлуатаційні 
характеристики виробів. ............................................................................................ 85 
Висновок до розділу 3 ................................................................................................ 90 
Розділ 4 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях....................................... 91 
4.1 Область застосування ....................................................................................... 92 
4.2 Нормативні посилання ..................................................................................... 93 
4.3 Перелік основних небезпек .............................................................................. 94 
4.4 Вимоги безпеки і захисні заходи ..................................................................... 96 
4.4.1 Загальні вимоги ......................................................................................... 96 
4.4.2 Режими роботи .......................................................................................... 96 
4.4.3 Захисні заходи, що відносяться до режимів роботи ................................ 97 
4.5 Керівництво по експлуатації ........................................................................... 99 
4.5.1 Загальні вимоги ......................................................................................... 99 
4.5.2 Спеціальні рекомендації по підготовчим роботам на робочому 
майданчику ................................................................................................................. 99 
4.5.3 Спеціальні рекомендації для ЕЕ верстата .............................................. 101 
Висновки до розділу 4 ............................................................................................. 104 
Загальний висновок.................................................................................................. 105 
Список використаної літератури ............................................................................. 107 
 8 
Вступ 
В умовах інтенсивного розвитку машинобудування, транспорту та енергетики 
значна частина відмов обладнання пов’язана з ушкодженнями та зношуванням 
поверхневого шару деталей, які працюють у вузлах тертя та силового контакту. 
Вартість виготовлення таких деталей, а також складність їх заміни у складі вузлів і 
агрегатів обумовлюють доцільність відновлення та зміцнення робочих поверхонь 
шляхом нанесення спеціальних покриттів. Особливої актуальності набувають 
корозійностійкі та зносостійкі покриття, здатні забезпечити тривалу й надійну 
експлуатацію техніки в умовах дії змінних навантажень, агресивних середовищ та 
підвищених температур. 
Традиційні технології нанесення зносостійких шарів (наплавлення, 
напилення, гальванічні та інші методи) не завжди дозволяють отримати покриття 
необхідної якості на деталях складної форми, з малою жорсткістю або обмеженими 
габаритами. Окремою проблемою є формування керованої структури та 
мікрогеометрії поверхневого шару, що визначають рівень зносостійкості, 
контактну жорсткість, втомну міцність та інші експлуатаційні характеристики. У 
ряді випадків сформовані покриття потребують додаткової механічної обробки, що 
ускладнює технологію та знижує її економічну ефективність. 
Променеві методи обробки, зокрема плазмові, відкривають широкі 
можливості для локального керованого впливу на поверхневий шар: зміну 
структурно-фазового стану, вирівнювання мікрорельєфу, зменшення дефектності 
поверхні та формування сприятливих напружених станів. Однак самостійне 
застосування лише плазмових технологій нанесення чи модифікації покриттів має 
обмеження за геометрією деталей, умовами тепловкладення та допустимою 
товщиною шару. 
Перспективним напрямом є комбіновані технології, у яких поєднуються 
переваги кількох фізико-технологічних процесів. Одним із таких рішень є 
комбінований електроерозійно-плазмовий процес формування корозійностійких 
покриттів, коли на першому етапі забезпечується нанесення шару 
струмопровідного матеріалу електроерозійним методом, а на другому – керований 
 9 
променевий (плазмовий) вплив, що дозволяє модифікувати структуру, фазовий 
склад та мікрогеометрію поверхневого шару без значного додаткового механічного 
припуску. Це дає змогу підвищити комплекс експлуатаційних властивостей 
покриття та розширити технологічні можливості відновлення деталей складної 
форми. 
Ураховуючи наведене, дослідження процесу плазмового нанесення та 
комбінованої електроерозійно-плазмової обробки корозійностійких покриттів на 
деталях вузлів тертя є актуальним і затребуваним напрямом розвитку сучасних 
технологій поверхневого зміцнення в машинобудуванні. 
Об’єкт дослідження – поверхневий шар і робочі поверхні деталей вузлів тертя 
транспортного та технологічного обладнання, які потребують відновлення та 
зміцнення корозійностійкими і зносостійкими покриттями. 
Предмет дослідження – процес і технологія комбінованого електроерозійно- 
плазмового нанесення корозійностійких зносостійких покриттів, а також 
формування їх структурно-фазового стану та мікрогеометрії поверхневого шару. 
Мета роботи – підвищення якості та зносостійкості поверхневого шару 
корозійностійких покриттів шляхом удосконалення параметрів комбінованого 
електроерозійно-плазмового процесу нанесення та променевого вирівнювання 
мікропрофілю електроерозійного покриття. 
Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно розв’язати такі завдання: 
- виконати аналіз сучасних електроерозійних, плазмових та комбінованих 
методів формування зносостійких і корозійностійких покриттів на деталях 
вузлів тертя; 
- дослідити механізм протікання комбінованого процесу електроерозійного 
нанесення та плазмового променевого впливу на покриття, побудувати 
фізичну й математичну моделі процесу; 
- розробити технологію комбінованого електроерозійно-плазмового 
нанесення корозійностійких покриттів, обґрунтувати вибір об’єктів 
досліджень, матеріалів покриття й основи, обладнання та раціональних 
технологічних режимів; 
 10 
- дослідити вплив основних параметрів комбінованого процесу на структуру, 
мікрогеометрію, твердість, зносостійкість і корозійну стійкість покриттів 
та сформувати практичні рекомендації щодо їх застосування для 
відновлення та зміцнення деталей вузлів тертя. 
 
 
 
. 
 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Розділ 1 
Аналіз матеріалів по комбінованим методам 
обробки і дослідження зносостійких покриттів 
1.1. Методи обробки, що використовуються для проектування комбінованих 
видів отримання зносостійких покриттів 
Для проектування комбінованих методів [1; 1] отримання зносостійких 
покриттів потрібне поєднання деяких або всіх технологічних впливів на заготовку, 
в основі яких лежать різні фізичні явища: теплові, механічні, хімічні, магнітні, 
ядерні. Ефективність кожного впливу або їх обґрунтованого поєднання з іншими 
для підвищення рівня корисності проектованого процесу [1; 1-5; 6; 7; 8 та ін.] 
визначає технологічні можливості як традиційних, так і нових видів обробки, 
частина яких наведена на рисунку 1.1. Аналіз методів на рисунку 1.1 дозволяють 
обґрунтувати комбінацію впливів, що визначають їх корисність в комбінованому 
процесі з урахуванням експлуатаційних вимог до оброблюваної деталі, в тому числі 
для підвищення зносостійкості, зниження коефіцієнта тертя в парах тертя і 
поліпшення енергозбереження при роботі виробів. Оцінка виконувалася шляхом 
порівняння показників серед обираних методів щодо чистового точіння сталі 45 на 
токарному верстаті (I на рисунку 1.1). Тут показані технологічні показники 
електроіскрової (індекс II), електроімпульсної (III), електроконтактної в рідині (IV) 
і на повітрі (V) обробки, ультразвукового об’ємного формоутворення на прикладі 
скла (VI), електрохімічної розмірної (VII) і променевої (VIII) обробки . Вони 
оцінювалися за основними технологічними показниками: швидкості знімання 
матеріалу для кожного методу (а на рисунку 1.1), одержуваної висоті 
мікронерівностей Ra або Rz (б), точності (в), зносу електрода або іншого 
інструменту (г). Знос оцінювався як відношення об’єму матеріау, видаленого з 
інструменту і заготовки в процентах. Крім того розглядалося енергозбереження 
(енергоємність (д) як витрата енергії в кіловат-годинах на зняття при обробці 1 кг 
матеріалу). Цей оціночний показник не враховує витрат електроенергії на 
виробництво інструменту. Тут потрібно мати на увазі, що при обробці променем 
плазми твердотільний інструмент відсутні і не вимагає відновлення геометрії, а в 
разі застосування електрохімічної розмірної обробки електрод не зношується. 
При використанні ультразвукової обробки (VI на рисунку 1.1) при 
формоутворенні об’ємних поверхонь в деталях з твердого сплаву (наприклад, при 
13 
прошивці отворів) продуктивність буде значно нижче наведеної на рисунку 1.1 для 
скла та складе не більше 50-60 мм3/хв. У разі оцінки швидкості анодного 
розчинення при електрохімічної розмірної обробці об’єм знятого металу буде 
залежати від площі зони протікання процесу анодного розчинення і можливостей 
підведення технологічного струму (площа перетину струмопроводів, граничний 
струм генератора). 
З аналізу показників обробки на рисунку 1.1 випливає, що більшість 
розглянутих методів має швидкість знімання матеріалу, що значно перевищує 
швидкість базового варіанту (механічної обробки), а електроіскровий, 
ультразвуковий метод і лазер можуть бути рекомендовані для отримання деталей, 
наприклад шляхом нанесення покриттів, з невеликою площею обробки. Час 
отримання готового виробу, що характеризує продуктивність, залежить від 
можливостей кожного методу по досягненню заданої точності і якості 
поверхневого шару. На рисунку 1.1, б показаний основний показник для оцінки 
якості поверхневого шару - шорсткість. 
 14 
 
Рисунок 1.1 – Технологічні показники механічної обробки і електричних методів: 
а - швидкості знімання матеріалу, б - висота мікронерівностей Ra або Rz, в - 
точность, г -  зносу електрода, д – енергоємність 
 
 
Якщо прийняти за базу порівняння можливостей точіння (I на рисунку 1.1), то 
знижена висота нерівностей досягається при електроіскровій, ультразвуковій та 
електрохімічній розмірній обробці, що підтверджує можливість їх переважного 
використання для чистового етапу технологічного процесу. В інших випадках 
розглядаються методи (III, IV, V, VIII), що дозволяють отримати поверхні з 
обмеженою шорсткістю, але більшості випадків потребують проектування 
подальших  операцій  чистової  обробки  або  використовувати  їх  в комбінованих 
 15 
процесах, наприклад для зміцнення плазмовим методом вже нанесеного покриття. 
До особливостей розглянутих процесів утворення мікронеровностей слід 
віднести: отримання після електроерозійної (II, III, IV, V на рисунку 1.1) обробки 
заглиблень в формі довільно розташованих лунок, які при подальшому доведенні 
абразивним інструментом видаляються, тобто досягається швидке підвищення 
чистоти поверхні. Електрохімічна розмірна обробка забезпечує зниження 
нерівностей при збільшенні швидкості видалення припуску, тобто відкриває  нові 
технологічні можливості щодо суміщення чорнової і чистової обробки. 
У розглянутих на рисунку 1.1 методах, змінений шар має глибину залягання, 
пропорційний висоті нерівностей, які створюють для електроерозійної обробки 
сталей загартовану зносостійку зону. Це може бути використано для зміцнення 
поверхневого шару деталей. Подібне підвищення твердості і зносостійкості має 
місце після обробки ультразвуком (VI на рисунку 1.1) і лазером (VIII). В результаті 
електрохімічної обробки (VII на рисунку 1.1) відбувається навпаки видалення 
зміцненого шару, що залишився від попередньої операції, тобто створюється 
хороша база для подальших операцій механічного зміцнення. У всіх розглянутих 
варіантах обробки слід враховувати обмеження по глибині зміненого поверхневого 
шару, наприклад загартованого зносостійкого, а також можливість появи 
знеміцнення і мікропротравлення для електрохімічного методу (у титанових 
сплавів - до 30 мкм), що слід враховувати при проектуванні комбінованих методів 
обробки. 
Наступний показник якості виробу, що впливає на продуктивність процесу, - 
точність, наведена на рисунку 1.1, в. Показанні на рисунку 1.1 економічно досяжні 
величини точності практично всі, крім IV, V, VIII, мають показники не нижче 
базового варіанту. При цьому для променевої (наприклад, плазмової) обробки 
точність відповідає 7-8 квалітету, тобто перевищує можливості механообробки. 
Електроконтактне шліфування в рідкому середовищі дозволяє досягти точності 5- 
6 квалітету, але при цьому швидкість знімання (в порівнянні з вказаною на рисунку 
1.1, а) знизиться на кілька порядків. Електроконтактну обробку в повітряному 
середовищі можна віднести до чорнових операцій по всим проаналізованими 
показниками (а, б, в на рисунку 1.1). 
 16 
Знос інструментів (г на рисунку 1.1) визначає точність обробки, тому потрібен 
облік додаткових витрат на відновлення чи періодичну заміну інструменту. При 
електрохімічній розмірній і лазерній обробці знос відсутній, що дозволяє 
забезпечити високу точність профілю оброблюваної поверхні за цим показником. 
Те ж відноситься і до променевих методів обробки. Тому методи II, VI переважно 
використовуються для чистових операцій, де характерне незначне знімання 
матеріалу, де абсолютна величина зносу у них невелика. Для чорнових операцій 
(електроконтактна обробка) знос інструменту враховується при техніко- 
економічному обґрунтуванні доцільності застосування нового методу в якості 
накладних витрат на операцію. Стосовно до покриттів знос інструменту є 
показником інтенсивності процесу, що визначає товщину нанесених шарів. 
Витрата електроенергії (рисунку 1.1, д) враховується при техніко- 
економічному обґрунтуванні доцільності використання нового процесу і при оцінці 
можливості впровадження електричних методів, що характеризуються підвищеним 
енергоспоживанням на технологічний процес. Особливо це торкається 
електрохімічну розмірну обробку (тут енерговитрати зростають на порядок), де 
ліміти підприємства-споживача можуть виявитися недостатніми для експлуатації 
однієї або декількох одиниць великого устаткування такого типу з генераторами на 
великі струми. При нанесенні покриттів і їх зміцненні променевими методами 
витрата енергії незначна, тому він не робить помітного впливу на ефективність 
проектованих комбінованих процесів нанесення покриттів. 
 
1.2. Механізм і процес нанесення електроерозійних зносостійких покриттів 
1.2.1. Механізм формування зносостійких покриттів 
 
 
При нанесенні покриттів необхідно отримати не тільки високу якість 
покриття, але і забезпечити необхідні експлуатаційні властивості поверхневого 
шару. В [29-31] розглянуті питання нанесення зносостійких чавунних покриттів 
при відновленні геометрії деталей і додання їм необхідних характеристик при 
роботі в вузлах тертя. Для збільшення товщини покриття застосовується нанесення 
декількох шарів, що необхідно для відновлення зношених ділянок деталей. Але при 
 17 
цьому зростає висота мікронерівностей і потрібна подальша механічна обробка з 
видаленням значної частини вже нанесеного шару. Для забезпечення достатньої 
адгезії покриття до основи були вивчені фізичні явища на межі шарів, які залежать 
від поєднання матеріалів, товщини кожного шару. Вони визначаються енергією 
імпульсу, температурою краплі, що наноситься електроерозійним методом. В [31] 
вивчена фізична і розроблена математична модель формування багатошарових 
покриттів, в якій обґрунтовано призначення технологічних режимів, що 
забезпечують необхідну якість нанесених зносостійких покриттів. 
В [29] показано, що якщо чавун наноситься на аналогічну основу, то 
бездефектний шар становить не більше 0,45 мм, і спочатку на деталь наносять шар 
маловуглецевої сталі підвищеної товщини, а процес проектують так, щоб далі на 
шар сталевого покриття наносили чавун, який і формує зносостійкий поверхневий 
шар. На рисунку 1.2. представлена схема, яка розкриває перебіг процесів нанесення 
шарів покриттів. 
 
Рисунок 1.2 – Механізм формування бездефектного покриття з чавуну на сталі: 
а – утворення краплі, б – передача тепла, в – застигання краплі 
 
На рисунку 1.2 на першому етапі [6] процесу «а» на заготовку 1 під дією 
розряду між катодом 1 і анодом 3 падає крапля 2, розплавленого чавуну з анода. 
Далі такі краплі утворюються по всій поверхні заготовки 1, але процес 
розглядається при взаємодії розплавленої частинки чавуну і слабо нагрітій частині 
4 заготовки. Процес 5 йде по всій поверхні заготовки, але доцільно розглядати його 
з урахуванням взаємодії краплі чавуну і матеріалу деталі. 
На рисунку 1.2, «б» розглянуто [9; 10] механізм передачі тепла від краплі на 
початку  її  охолодження,  коли  тепло  розсіюється  в  навколишнє      середовище 
18 
(повітря) 6, переходить в матеріал краплі і частково в сусідні ділянки заготовки. 
Інтенсивність потоку 5 залежить від температури не тільки даної, а й сусідніх 
крапель. При високій частоті імпульсів, властивих електроерозійної обробці, 
можна прийняти процес теплопереносу одновимірним, де передача тепла 
відбувається за схемою, наведеною на рисунку 1.2 «в». Тут прийнято, що щільність 
теплового потоку, що протікає вздовж осі «y» однакова при випромінюванні і 
теплопереносі. Після охолодження поверхні краплі (рисунок 1.2 «б») утворюється 
ядро, склад якого може помітно відрізнятися від вихідного через активну дифузії 
вуглецю з чавуну в сталь матеріалу деталі, що має знижений вміст вуглецю. Після 
цього в поверхневому шарі краплі до її охолодження вміст вуглецю не змінюється, 
а швидкість охолодження достатня для збереження сформувалася зносостійкого 
структури сірого чавуну. 
Подібне [15; 16; 19; 22] спостерігається на межі заготовки 1 з краплею 2 
(рисунок 1.2, «в»), де має місце зменшення вмісту вуглецю краплі і тому крихкий 
шар вибіленого чавуну не утворюється. При електроерозійному покритті його 
товщина може досягати декількох міліметрів, але якісний шар вдається отримати 
тільки для сталей. Тому доводиться переходити [22] на багатошарові покриття, де 
кількість шарів може бути до 2-3. Однак досвід показує, що при нанесенні кількох 
шарів з чавуну кожний наступний шар повинен мати меншу товщину. 
Спроби нанести товстий шар сірого чавуну на чавунну основу призводять [29] 
до утворення вибілених шарів з обмеженою адгезією і розвиненою сіткою 
мікротріщин, що може викликати осипання покриттів при механічній обробці і 
руйнування в процесі експлуатації. 
1.2.2 Моделювання процесу формування покриттів. 
За [8] електроерозійне покриття зазвичай виконується на повітрі, який є 
слабким діелектриком. Так діелектрична постійна повітря в 10 - 15 разів нижче в 
порівнянні з дистильованою водою і при нанесенні металевих покриттів 
імпульсами струму може спостерігатися хімічний вплив, що викликає «стікання» 
заряду в період зарядки конденсаторів генератора. За [32; 33] в зарядному пристрої 
втрачається до 50% енергії. Тут же показаний процес електроерозійного нанесення 
металевих   покриттів   на   деталь.   На   першому   етапі   відбувається      зарядка 
 19 
конденсаторів генератора імпульсів. За тривалість імпульсу (τи) залежить від 
технологічних режимів і становить 50 - 150 мкс [32]. 
 
(1.1) 
 
де R - опір міжелектродного проміжку. Знаходиться за законом Ома і залежить 
від питомого опору в повітряному проміжку між електродами і площі їх перетину; 
C - ємність конденсаторів. Визначається при розрахунку режимів обробки; 
ипр - напруга, необхідна для пробою повітряного проміжку. В даному випадку. 
ипр  = (0,4…0,6) u0; 
ηи - коефіцієнт корисної дії електричного імпульсу. 
 
 
 
де Q1 - заряд на конденсаторах при розрахунковому часу їх зарядки; 
Q2  - повний заряд конденсаторів. 
Як показано в [32] ηи  ~ 0,5. 
По [32] час зарядки (τ3) складає (0,8 - 0,9) τи 
Калориметричним методом можна оцінити величину заряду при різній 
тривалості процесу. Тут втрати можуть становити до 50% величини заряду, що 
підтверджує дані, наведені в [32]. У разі малого часу зарядки частина заряду може 
відновлюватися за рахунок наведеного електромагнітного поля від попереднього 
імпульсу, тому сума залишкового заряду витоку може виявитися більше 
теоретично розрахованої величини. 
Після досягнення напруги пробою настає пробій проміжку між електродом - 
інструментом і заготовкою. Цей етап процесу наведено на рисунку 1.3. 
В процесі розрядки конденсаторів відбувається нагрів анода (зона нагріву 
наведена на рисунку 1.3 під індексом 4). Катод 1 і анод 2 рознесені на відстань до 
30 мкм, тому між ними відбувається обмін теплом, а ізотерми на катоді наведені на 
рисунку 1.3 під індексом 3. 
Енергія  імпульсу  величиною  до  5  Дж  (якщо  не  враховувати  втрати     на 
 20 
теплопередачу) створює температуру нагрівання t2, яку можна оцінити  по 
залежності [32] 
 
(1.2) 
 
де Q - кількість теплової енергії імпульсу; C - питома теплоємність матеріалу 
(для стали 460 Дж/ кгºС ); m- маса зони розплаву на аноді; t1 - температура 
навколишнього середовища. 
 
Рисунок 1.3 – Формування зони розплавлення на аноді: 
а) стікання заряду в процесі накопичення енергії в конденсаторі; б) пробій зазору; 
в) утворення зони перегрітого металу на аноді; 1 - анод-інструмент; 2 - катод- 
заготовка; 3 - ізотерма на катоді; 4 - зона перегріву на аноді; 5 канал провідності в 
зазорі; 6 - рідкий метал. 
За [29] температура в зоні локального нагріву не перевищує 310 - 320 К. Такий 
підігрів  дозволяє  усунути  сліди  вологи  на  поверхні  і  виключити    порушення 
 21 
процесів покриття в зонах 3; 4 через появу перегрітої пари в процесі розряду. 
У міру наростання напруги на електродах ділянку зазору s іонізується і 
з’являється канал провідності (рисунок 1.3, а). Через нього протікає розряд між 
анодом і катодом (рисунок 1.3, б). Анод і катод інтенсивно нагріваються, і на аноді 
з’являється розплавлений метал (6 на рисунку 1.3, б), частина якого становить 
краплю покриття. Час розряду не перевищує декількох мікросекунд, а щільність 
енергії досягає сотень тисяч кілокалорій на квадратний міліметр. При цьому рідкий 
метал в лунці (рисунок 1.3, в) перегрівається до (3,0-4,0)·103 К і створюється 
нестійкий стан енергія-плазма, яка здатна проявлятися як вибухонебезпечна 
речовина. 
При цьому відбувається зростання внутрішнього тиску до 1,7 МПа [31; 32], 
вибух і викид з лунки (рисунок 1.4) плазми. Виникає імпульс сили F, під дією якого 
перегрітий метал з великим прискоренням вилітає з лунки на електроді до 
заготовки і утворює тут краплю покриття. На третьому етапі процесу дія імпульсу 
струму припиняється і підведення енергії до рідкого металу відсутнє. 
На четвертому етапі (рисунок 1.5) рідкий метал переміщається на деталь і 
деформується в формі краплі в покритті з граничною товщиною h . На цьому етапі 
відбувається інтенсивний теплообмін між краплею, навколишнім середовищем і 
поверхнею деталі (показано стрілками на рисунку 1.5). 
 
Рисунок 1.4 – Викид на деталь перегрітого металу: 
1 – перегрітий метал 2 – деталь 
 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.5 – Формування краплі покриття: 
1 покриття, 2 - деталь 
 
З [32] висота краплі (h) становить близько 1/3 діаметра d, а швидкість подачі 
електрода по осі «х» повинна забезпечувати перекриття двох сусідніх крапель на 
величину (1/3…1/4)·d [31]. 
У першому (зовнішньому) шарі h1 (рисунок 1.6) відбувається найбільш 
інтенсивне охолодження краплі за рахунок теплопередачі в навколишнє 
середовище, шар h2 - остигає і збіднюється вуглецем через його дифузії в деталь. 
Потрібно [31], щоб 
h =h1+h2+h3<T, 
де Т - товщина необхідного шару, що наноситься. 
Т=h+∆h, 
де Δh – припуск на подальшу обробку нанесеного покриття для отримання 
необхідної точності і шорсткості поверхневого шару. 
 23 
h 
 
 
Рисунок 1.6 – Гранична товщина (Т) бездефектного шару чавуну в залежності від 
різниці вмісту вуглецю (ΔС) в покритті, якої завдають на сталеву деталь: 
1 - перший нанесений шар (чавун на сталь); 2 - другий шар (чавуну на перший 
шар); 3 - третій шар. 
 
Якщо потрібно нанести другий і третій шар, то слід переходити [30] на 
багатошарове покриття, де кількість шарів може бути до 2-3. Однак досвід показує 
[21; 34], що при нанесенні кількох шарів з чавуну кожний наступний якісний шар 
повинен мати меншу товщину (рисунок 1.6). 
Якщо деталь виконана з маловуглецевої сталі (при цьому ΔС має найбільший 
показник), то отримують якісні покриття (Т на рисунку 1.6) з товщиною більше 1 
мм. Матеріал деталі заданий в кресленні, а технолог повинен обґрунтувати вибір 
товщини (рисунок 1.6) і розрахувати для неї технологічні режими, а при 
необхідності призначити подальшу обробку. 
При багатошарових чавунних покриттях з подальшою обробкою гранична 
товщина шару, як правило, не перевищує 1-1,2 мм. Товщина покриття залежить від 
властивостей матеріалів електрода, деталі. Для чавуну це вміст вуглецю і умови 
охолодження краплі. Якщо наносять покриття з маловуглецевої стали на   сталеву 
 24 
деталь, то вміст вуглецю в ньому буде низьким і при будь-яких швидкостях 
охолодження і товщини покриття, фазові зміни в шарі не викликають порушень 
якості поверхневого шару. 
За рахунок підбору технологічних режимів вдається отримати товщину шару 
до 1,2-1,5 мм [8] і більше, але з ростом товщини покриття різко знижується 
рівномірність шару, що призводить до неприпустимих втрат покриття [64; 22; 30] 
на подальшу обробку. 
У роботах [23; 31] показано, що якісні зносостійкі покриття на чавунних 
заготовках можна отримувати, якщо використовувати аноди з маловуглецевих 
сталей. Проведені [8; 26; 30] металографічні дослідження показали, що вуглець 
може переходити в покриття і надавати йому корисні властивості, підвищувати 
механічну міцність деталей з маловуглецевих сталей до рівня вуглецевих. У ряді 
випадків (наприклад, при відновленні геометричних розмірів деталей) наносять 
кілька шарів покриття з чавуну і при цьому вдається зберегти високі експлуатаційні 
характеристики виробу. 
Слід враховувати [8; 30], що в процесі нанесення покриттів кожен шар (після 
першого) стає все більш дефектним і повинен бути тонким, а також знижену 
адгезію з деталлю. Вивчення шліфів показало, що погіршення якості другого і 
наступних шарів покриттів «чавун по чавуну» викликано підвищеним вмістом 
вуглецю в покритті і надмірно швидким відведенням тепла. 
На рисунку 1.7 приведена форма крапель при одношаровому (а) і 
багатошаровому (б) нанесенні покриття. Як видно з малюнка 1.7 в разі одного шару 
простіше досягти бажаної рівномірності розташування крапель і високої якості 
поверхневого шару. При товщині покриття h1 можна розрахувати мінімальний 
припуск h1 і глибину зміненого шару, де відбуваються теплові та дифузійні 
перетворення (при нанесенні сталевих покриттів на сталь виникають термічні 
перетворення, чавуну по сталі - коксування шарів на межі з чавуном і ін.) Як 
встановлено в [8; 14; 30], величина h1, може коливатися до 20%, тому припуск на 
вирівнювання поверхні покриття зростає і для сталі по сталі може досягати 50% від 
Н1. У разі покриття з чавуну поверхня більш рівна, що пов’язано з більшою 
рідкотекучістью матеріалу. 
 25 
 
Рисунок 1.7 – Розташування крапель в покритті: 
а - одношарове; б - багатошарове; Н1, Н2. Н3 - товщина одношарового, 
двошарового, тришарового покриття; h1, h2, h3, - мінімальний припуск при 
одношаровому і багатошаровому покритті; 1 - перший шар; 2 - другий шар; 
3 - третій шар покриття. 
Нанесення наступних шарів покриття доцільне (рисунок 1.7, б) в заглиблення 
між краплями попереднього шару, хоча поки це не можливо. 
В [8; 30; 31] показано, що збільшення товщини шарів Н2; Н3 практично не дає 
приріст сумарної товщини, тому що після видалення підвищеного припуску 
нанесені шари практично не збільшуються. Але це може значно підвищити вартість 
операції відновлення профілю. 
1.2.3. Математичне моделювання процесу нанесення покриттів 
Гранична товщина (Н) бездефектного шару чавунного покриття залежить від 
температури, яка повинна бути не вище температури утворення вибіленого чавуну 
(Т2 - кінцева температура місця покриття) [29; 31]. 
 26 
 
(1.3) 
 
 
де: F0  - критерій Фур’є; 
 
(1.4) 
 
Тут αT - температуропровідність матеріалу покриття; 
 
(1.5) 
 
де λ - теплопровідність матеріалу покриття; 
Cp - питома теплоємність матеріалу покриття; 
γ - питома щільність матеріалу, що наноситься. 
ηи - коефіцієнт корисної дії електроерозійного процесу. Для RC схеми 
генератора по [32] граничне значення ηu = 0,41; 
Au – енергія імпульсу; 
 
(1.6) 
 
де Jc - середня величина струму в імпульсі, яка визначається через струм 
короткого замикання Jk(Jcp = KJ ⋅JK ); 
U cр – середня напруга в період імпульсу, яка пов’язана з напругою холостого 
ходу (U0) Uc  = KuU0 ; 
Для генераторів RC схеми Ku  = 0,5-0,65. 
По [32] τи  - тривалість імпульсу 
 
(1.7) 
 
де g - скважність протікання розрядів (для RC схеми g = 1,5-2); 
ν - частота проходження імпульсів. 
Для генераторів RC схеми: ν = 0,837·1/RC; 
Тут С - ємність конденсаторів; 
R -внутрішній електричний опір генератора; 
 27 
(1.8) 
 
 
У загальному випадку 
 
 
(1.9) 
 
 
 
де  
 
Рішення рівняння (1.9) можливо чисельними методами. В якості граничної 
умови може бути прийнято по [32] 
(1.10) 
 
де: Jmax - найбільше значення імпульсу струму; 
Kf - коефіцієнт з розмірністю Kf  = 5…8 мА·С 
Для генератора RC схеми формула (1.9) набуде вигляду: 
 
 
(1.11) 
 
1.3. Променеві методи нанесення покриттів 
У техніці, в тому числі при нанесенні покриттів, знайшли використання [7; 13; 
36; 23; 33 та ін.] Променеві методи зміцнення і модифікації поверхневого шару. До 
таких методів належать електронні, іонні (плазмові), світлові (лазерні) види 
обробки. Тут кожен вид має переваги і недоліки, що визначає область їх 
технологічного використання та затребуваність в машинобудуванні. Найбільш 
вивчена зносостійкість інструменту [7], на яку впливають силові, теплові 
навантаження, стан поверхневого шару ріжучого інструменту, наявність і 
властивості МОР. 
Лазерне і плазмове зміцнення підвищує зносостійкість лезвійного інструменту 
за рахунок протидії абразивного впливу матеріалу заготовки і стружки, адгезійного 
переходу матеріалів інструменту і заготовки і іншим факторам. 
 28 
Для підвищення зносостійкості інструменту в процесі різання необхідно в 
його поверхневому шарі сформувати дисипативне середовище [7], що має 
аморфний прошарок того ж хімскладу, що виступає в ролі зв’язки. Ця плазма 
включає іонізований газ, що складається з атомів, електронів та іонів, в якому 
реалізуються взаємодії між: 
- зарядженими частинками; 
- зарядженими і нейтральними частинками; 
- нейтральними частинками (атомами, молекулами). 
У плазмі відбувається дифузія заряджених частинок. При цьому електрони і 
іони не можуть дифундувати незалежно один від одного в умовах, коли середні 
відстані між частинками зменшуються і починають проявлятися кулонівських 
взаємодії між зарядженими частинками. 
За [10] плазма може утворюватися при накладенні електростатичного поля і 
високочастотного електромагнітного поля на зниженому рівні НВЧ потужності і 
при тиску близько 300 Па в середовищі технологічного газу навколо виступаючих 
частин або загострених країв інструменту. 
При утворенні плазми в процесі комбінованого розряду відбувається [7]: 
- пробій газового середовища, що включає плазмоутворюючий і інші гази на 
зовнішній межі; 
- переміщення електронів до поверхні деталі; 
- емісія електронів та іонів з внутрішньої межі плазми; 
- утворення потоку заряджених частинок; 
- передача енергії іонів і електронів до зміцнюючої поверхні; 
- утворення скомпенсованого потоку з внутрішньої межі плазми; 
- переміщення заряджених частинок до зміцнюючої поверхні. 
- поверхнева дифузія і полімеризація з утворенням плівки з адсорбованих 
атомів; 
- впровадження поверхневих атомів вглиб матеріалу в процесі іонної 
імплантації; 
Енергія теплового потоку залежить від: 
-складу, концентрації і заряду адсорбованих іонів в залежності від 
 29 
інтенсивності процесів іонізації; 
-площі поверхні, на яку наноситься зміцнюючий шар; 
-нагрівання поверхні в результаті подачі теплової енергії; 
-ущільнення зміцнюючої поверхні в міру переходу атомів всередину поверхні 
деталі; 
-інтенсивного тепловиділення, що приводить до розігріву до плавлення на 
глибину пробігу частинок з подальшим швидким охолодженням, що викликає 
фазові перетворення в поверхневому шарі. 
Енергія променю поглинається і перетворюється на теплову в поверхневому 
шарі товщиною (5…50)·10-3 мкм [33] і на площі від часток міліметра до декількох 
міліметрів. 
За [33] відомі три схеми променевого термозміцнення. При першій промінь 
має імпульсно-періодичне переміщення, а наступний імпульс може перекривати 
частину попередньої зони зміцнення. 
Обробка по другій і третій схемі відбувається при безперервному 
випромінюванні скануючого променю в поперечному напрямку при поздовжній 
подачі деталі. Відома також обробка всієї поверхні деталі без сканування променю. 
Температурний вплив на поверхню деталі при її виготовленні призводить до 
зміни фізичних властивостей матеріалу і модифікації поверхневого шару. 
1.4. Побудова технологічних процесів комбінованого нанесення покриттів 
Для побудови процесу випливає з таблиці 1.1 виділити експлуатаційні вимоги 
до деталі і врахувати це при розробці режимів обробки. З цією метою потрібно 
виділення із загальної маси найбільш значущих чинників, які можуть приймаються 
в якості основних керуючих технологічних параметрів процесу. 
Для оптимізації режимів і побудови технологічного процесу плазмового 
нанесення і зміцнення покриттів необхідно встановити (таблиця 1.1) технологічні 
показники різних схем плазмового нанесення покриттів (ПНП) [13]. 
Таблиця 1.1 – Основні технологічні показники різних схем плазмового 
нанесення покриттів 
Метод нанесення покриттів Плазмове напилення Наплавлення ПНП 
 30 
 Ar-N2 Повітря   
6000- 3000- 15000- 
Температура струменя (дуги), °К 15000-25000 
20000 12000 25000 
300-400 300-500 1300 
Температура деталі, °С (≤ 700) 
(≤150) (≤ 150) (≤ 700) 
Дистанція нанесення покриття, мм 80-140 100-180 біля 10 10-20 
Швидкість струменя, м/с 800-1400 200-2500 - - 
Швидкість напилюваних частинок, м/с 40-150 40-250 - - 
0,1-50,0 шарами ≤ 
Товщина покриття, мм 0,1-50,0 0,5-4,0 
(≤ 1,0) 4,0 
Пористість покриття, % (≤ 10) ≤ 5 (відсутнє) 0,3 
Міцність зчеплення, МПа 20-80 15-100 (повне сплавлення) 
Розчинення покриття в матеріалі 
(відсутнє) (≤ 5) 
підкладки, % 
Структура (шарувата) (лита) 
Зона термічного впливу, мм (≤ 0,5) (3-4) (0,5) 
Положення поверхні при (в нижньому (у всіх 
(у всіх положеннях) 
нанесенні покриття положенні) положеннях) 
Продуктивність нанесення покриття, до 12* 
5-15 3-25 
кг/ч 2-30** 
 31 
Висновок до розділу 1 
 
У першому розділі проаналізовано сучасні електроерозійні, променеві, 
плазмові та комбіновані методи формування зносостійких і корозійностійких 
покриттів, їх переваги та обмеження при відновленні деталей вузлів тертя. 
Розглянуто механізм і особливості процесу електроерозійного нанесення 
покриттів, вплив енергетичних і режимних параметрів на форму, розміри та 
структуру крапель, а також на мікрогеометрію сформованої поверхні. 
Проаналізовано променеві методи нанесення і модифікації покриттів, показано їх 
потенціал для локальної зміни структурно-фазового стану поверхневого шару та 
вирівнювання мікропрофілю. Сформовано підходи до побудови технологічних 
процесів комбінованого нанесення покриттів та обґрунтовано доцільність 
застосування комбінованого електроерозійно-плазмового процесу для підвищення 
експлуатаційних характеристик деталей складної форми. 
 32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Розділ 2 
Технологія отримання ерозійно-променевих 
плазмових покриттів 
2.1. Наукові гіпотези 
Для вирішення поставлених завдань були висунуті та обґрунтовані такі 
наукові гіпотези [31]: 
1. Об’єм металу в краплі після електроерозійного нанесення зберігається 
постійним протягом всього періоду нанесення і при впливі променю. 
2. Початкова температура краплі покриття, що наноситься може бути 
прийнята як температура плавлення матеріалу покриття, збільшеної на величину 
підігріву променем матеріалу деталі в зоні покриття і постійний запас температури 
на охолодження, покриття і теплоперенос в межах 200-300 К. 
3. Температура, створювана променем, що надходять на краплю, повинна бути 
не нижче початкової температури краплі покриття, а час впливу променю має бути 
не менше тривалості підведення теплової енергії, необхідної для плавлення металу 
краплі і присадочного матеріалу з урахуванням перегріву покриття залишкової 
теплотою в краплі після її нанесення електроерозійним способом 
4. Тиск фронту ударної хвилі при імпульсі струму може бути прийнято 
постійним протягом тривалого імпульсу. При цьому внаслідок короткочасності 
імпульсу, зміна втрат тиску може не враховуватися. 
5. З допустимою похибкою можна прийняти, що розтікання краплі після 
нанесення покриття та впливу променя відбувається тільки під дією поверхневого 
натягу, хоча на формування мікропрофілю можуть впливати теплові процеси між 
матеріалами краплі, деталі і навколишнім середовищем. Проведені дослідження 
(наприклад, [13]) показали, що швидкість розтікання краплі в 2-6 разів перевищує 
розрахункову величину, отриману через тиск фронту ударної хвилі. Це дає підстави 
прийняти, що вирівнювання поверхні на всіх етапах нанесення покриттів 
відбувається протягом всього періоду дії імпульсу. 
6. Кожен шар, що наноситься електроерозійним покриттям, за рахунок дифузії 
змінює склад всього покриття, що включають раніше нанесений і шар, що 
наноситься. Особливо це стосується вмісту вуглецю при нанесенні шарів вуглецем 
або високовуглецевими сталями. 
7. Підведення теплової енергії променевим (плазмовим) методом створює 
перешкоди   дифузії   легуючих   елементів   вглиб   покриття   і   в   деталь    через 
 34 
охолодження покриття на межі з деталлю при теплопередачі в глиб деталі. Тому 
при багатошаровому покритті зносостійкість деталі змінюється в бік збільшення на 
поверхні, що робить доцільним зберігати шар, зміцнений плазмовим впливом і 
мінімізувати або виключати фінішний шар матеріалу. 
8. При комбінованому покритті підведення теплової енергії від дії променя 
плазми і розряду суміщені в часі, але в розрахунках можна приймати, що для 
кожної краплі покриття цей процес відбувається послідовно. 
9. Для забезпечення підвищеної суцільності і зниження нерівностей покриття, 
нанесеного електроерозійним методом, в процесі впливу плазмового променя 
необхідно поєднати з переміщенням електрода шляхом регулювання швидкості 
променя і підведення теплової енергії при скануванні променя. 
10. Дія плазмового променя безпосередньо після нанесення краплі покриття 
може захистити її поверхню від окислення і зберегти отримані в процесі 
променевого зміцнення характеристики, зокрема, високу зносостійкість до повного 
охолодження покриття. 
11. Текучість матеріалу покриття залежить від його складу, структури, 
температури рідкої фази, часу впливу теплового потоку. Ці ж фактори впливають 
на нанесення променем плазми зміцнюючі покриття, але з огляду на його малу 
товщину можна прийняти, що зміцнюючі покриття не розтікається і не змінює 
мікрогеометрії шару після електроерозійного нанесення. 
2.2. Об’єкти досліджень 
Об'єктами досліджень є високонавантажені контактні поверхні вузлів тертя 
типу підшипників ковзання транспортної техніки, робочі поверхні різального 
лезового інструменту, вузли технологічної оснастки, запірні пристрої нафтогазової 
апаратури. 
На рисунку 2.1 приведено запірний пристрій для перекриття газових 
середовищ. 
 35 
 
Рисунок 2.1 – Запірний пристрій для перекриття нафтогазових середовищ: 1 
корпус; 2 - шибер; 3 - сідло; 4 - шток; 5 - маховик; 6 - підшипник. 
На рисунку 2.1 показаний затвор для трубопроводів для перекачування нафти, 
в тому числі сірчистої, де основні елементи (шибер і сідло) виконані з нержавіючих 
сплавів, але без покриттів навіть вони не забезпечують працездатність при 
заданому ресурсі виробу. Застосування зносостійкого комбінованого покриття 
дозволяє отримати герметичні з’єднання з ресурсом безвідмовної роботи, який в 
кілька разів перевищує встановлений замовником значення (не менше 15 років 
експлуатації). 
Основні технічні дані і характеристики запірного пристрою: 
- прохідний перетин, мм (дюйми) - 150 (7 1/16); 
- діапазон робочих температур, К - від 210 до 330; 
- робоче середовище - нафта, газ, газоконденсат і їх суміші. 
Експериментально встановлено, що шорсткість покриття з зносостійким 
шаром знижується в порівнянні з попереднім профілем. Це не суперечить 
висунутим наукових гіпотез, тому що зносостійке покриття потовщується в 
поглибленнях між краплями, що знижує висоту мікронерівностей. Таким чином, 
формується   принципово   новий   зносостійкий   шар,   де   навіть   після      зносу 
 36 
виступаючих частин покриття і розкриття його незміцнених частин експлуатаційні 
характеристики не погіршуються, а скоріше поліпшуються, тому що зберігається 
практично початкова товщина зміцнюючого покриття. Ділянки покриття, що 
з’явилися після зносу деталі, володіють меншою твердістю, набувають роль 
мастила, що знижує можливість «схоплювання» контактних поверхонь, наприклад 
шиберних запірних пристроїв, що працюють при високих контактних тисках 
(перепад тисків може досягати 15-20 МПа) і в умовах агресивних хімічних впливів 
середовищ. На рисунку 2.2 наведено гвинт з матеріалу ОХНМА, де після тривалої 
експлуатації потрібно відновити посадочне місце під підшипник ковзання (рисунок 
2.2, а, розмір Ø35k6). 
 
а) 
 
 
 
б) 
Рисунок 2.2 - Гвинт: а-креслення деталі; б-загальний вигляд. 
2.3. Матеріали для металевих покриттів і проведення досліджень 
У  таблиці  2.1  наведені  відомості  про  основні  металевих  матеріалах,    що 
 37 
застосовуються в якості покриттів, в тому числі наносяться електроерозійним 
методом. 
Таблиця 2.1 - Металеві покриття, використовувані в техніці 
 
Основні Товщина, Основне експлуатаційне 
Марка або склад 
види мм призначення 
1. Металеві: 
   Захист від корозії, надання 
 Нікель 0,05-0,4 товарного вигляду, відновлення 
 геометрії 
 Хром 0,05-0,1 Теж 
 Захист корозії, підшар від для 
Мідь і її сплави 0,006-0,1 
 підвищення адгезії 
Гальванічні Захист від корозії в звичайних 
Цинк 0,1-0,2 
умовах 
Захист від корозії в 
Кадмій 0,05-0,2 
агресивному середовищі 
Захист від корозії, підвищення 
Срібло 0,03-0,3 
електропровідності, міцності 
Молібден 0,04-0,2 Підвищення зносостійкості 
 Мідь 0,01-0,1 Підшар для інших покриттів 
  Захист від корозії, відновлення 
Хімічні 
Нікель 0,05-0,6 геометричних розмірів, 
підвищення зносостійкості 
 Титан 0,2-0,6 Підвищення зносостійкості 
 
Підвищення теплостійкості, 
 Алюміній 0,05-0,3 
товарного вигляду 
 
Напилені Металокерамічні тверді Підвищення твердості, 
0,1-0,3 
сплави зносостійкості 
Поверхневі шари, отримані  
Підвищення твердості, 
хіміко-термічною і 0,1-1,5 
зносостійкості, опору корозії 
механічною обробкою 
2. З великим електричним опором 
 Захист від корозії, підшар для 
Олово 0,05-0,3 
пайки 
 Жароміцні мідні сплави 0,05-0,2 Напилення перехідних шарів 
 
Константан 0,2-0,3 Напилення захисних шарі 
   
Титанові емалі типу Т-1, ЕВ 
0,05-0,3 Створення захисних шарів 
55, ЕВ 300. 
  Зміна фізико-механічних 
З шаром дифузійного 
0,02-0,08 характеристик поверхневих 
насичення (порошками) 
шарів 
У таблиці 2.2 обґрунтований вибір матеріалів покриттів для досліджень 
комбінованого ерозійно-променевого плазмового покриття деталей. 
 38 
Таблиця 2.2 - Вибір матеріалів для досліджень 
   Основне 
Досліджувані 
Матеріал експлуатаційне 
Групи матеріалів Основні марки основні типи 
покриттів призначення 
покриттів 
деталей 
Для покриття 
Сталі:     
- конструкційні 9Х, 12ХНВА    
 Р9, Р18, У7-У12 Запірні пристрої; 
Графіт, Ni-Al,  
- інструментальні 12Х18Н10Т, Підшипники 
сплави, ВК6, 
 ХН55МБЮ, Сталі і сплави; кочення; 
ВК8, Т15К6, 
- жароміцні ХН77ТЮР, Чавун вузли тертя 
Т5К10, ZcB , 
12Х1МФ 2
TiB2 
Чавуни СЧ 24 
ОТ1, ОТ4, ВТ4, Вироби авіаційної 
Титанові сплави 
ВТ6, ВТ22 техніки 
Для відновлення розмірів 
Алюмінієві   
Ал6, Д17, Д1 Корпусні деталі 
сплави Сталі і Сталі і 
 сплави; бронзи; сплави; бронзи; Вали; 
Сталь 45, 
Стали чавун чавун технологічне 
30ХГТ 
оснащення 
2.4. Обладнання для проведення роботи 
Модернізована під комбіновану обробку установка для фінішного плазмового 
зміцнення типу ФПУ-114 (рисунок 2.3). 
 
Рисунок 2.3 - Установка ФПУ-114 
Установка ФПУ-114 дозволяє наносити плазмовим напиленням зносостійкі 
алмазоподібні нанопокриття при атмосферному тиску. Покриття є продуктом 
плазмохімічних реакцій парів реагентів, які пройшли через дуговий плазмотрон. 
На установці можна виконувати плазмове зміцнення при виготовленні 
інструменту, штампів, пресформ, ножів, фільер, підшипників та інших деталей, 
 39 
надаючи їм поліпшені експлуатаційні властивості: зносостійкість, 
корозійностійкість, жаростійкість. 
У характеристиках установки вказується, що ефект від плазмового зміцнення 
досягається за рахунок зміни фізико-механічних властивостей поверхневого шару: 
збільшення мікротвердості, зменшення коефіцієнта тертя, створення стискаючих 
напружень, прибирання мікродефектів, утворення на поверхні діелектричного і 
корозійностійкого плівкового покриття з низьким коефіцієнтом теплопровідності, 
хімічної інертністю і специфічною топографією поверхні. 
Установка скомплектована приладом для електроерозійного покриття ENPO 
(рисунок 2.4). 
 
Рисунок 2.4. – Прилад для електроерозійного покриття ENPO 
У приладі (рисунок 2.4) для електроерозійного покриття використовуються 
імпульсні іскрові розряди в газовому середовищі при періодичному контактуванні 
електрода з виробом, внаслідок чого здійснюється перенесення і осадження 
матеріалу електрода на поверхню деталі. 
На рисунку 2.5 приведена створена експериментальна установка для 
комбінованого покриття деталей типу валів (рисунок 2.2). 
 40 
 
 
Рисунок 2.5 - Експериментальна установка для ерозійно-променевого 
покриття деталей типу тіл обертання 
На рисунку 2.6 приведена комбінована установка в процесі нанесення 
покриттів. 
 
 
 Рисунок 2.6 - Комбінована установка для нанесення покриттів 
 
На  базі  вертикально-фрезерного  верстата  створена  машина  тертя (рисунок 
  
2.7).  
 
 
Рисунок 2.7 - Ма шина для дослідження коефіцієнтів тертя контактних пар 
 41 
Представлена на рисунку 2.7 машина призначена для проведення випробувань 
на тертя і знос металевих і неметалевих матеріалів в умовах застосування різних 
мастильних матеріалів (масла і пластичні мастила), а також без масла. 
Метод випробувань заснований на взаємному переміщенні притиснутих один 
до одного із заданим зусиллям зразків в середовищі мастильних матеріалів або без 
них. Швидкість обертання зразка без навантаження, плавно регулюється від 0 до 
2500 об / хв, зусилля притискання зразків, від 50 до 5000 Н. Розмір зразків: 
пластини діаметр 50 мм (зона тертя близько 3,5 см2), роликів, що обертаються (3 
штуки), кожен діаметром 10 мм і площа тертя кожного приблизно 1,5 см2. 
Схема контакту: торець обертового ролика і площини нерухомого диска. 
Момент тертя і осьове навантаження реєструється тензодатчиками, температура - 
крапельної термопарою. Реєстровані параметри записуються і обробляються з 
використанням ПЕОМ в реальному часі. Програмне забезпечення при 
випробуванні дозволяє фіксувати момент тертя, осьову навантаження і 
температуру в реальному часі з графічним відображенням їх змін, а також 
проводити тривалі випробування тривалістю кілька годин. 
Вимірювання мікротвердості виконувалися на мікротвердомірі ПМТ-3М 
(рисунок 2.8) за стандартними методиками методом Кнупа. 
 
Рисунок 2.8 - Мікротвердомір ПМТ-3М 
 42 
При використанні приладу (рисунок 2.8) для крихких тонких покриттів 
вдається отримати більш точні результати, хоча контроль твердості за методом 
Кнупа дуже нагадує метод Віккерса, але кут при вершині піраміди на кінці 
індентора становить 172,5 °. 
Метод має переваги при контролі вузьких деталей через допуски по відступу і 
зберігає властивості крихкого поверхневого шару. На рисунку 2.9 наведені 
технологічні переходи для вимірювання твердості і візуальне зображення методу. 
 
Рисунок 2.9 Послідовність вимірювання твердості по Кнупа 
 
 
Для дослідження стану покриття і зміцненого шару використовувався 
дослідний металографічний мікроскоп ММР-2Р. 
 43 
 
 
Рисунок 2.10 – Металографічний мікроскоп ММР-2Р 
Мікроскоп (рисунок 2.10) призначений для спостереження і дослідження 
зображення структури металів, сплавів та інших непрозорих об'єктів (у вигляді 
шліфів і зрізів) при прямому освітленні у відбитому світлі в світлому полі. 
Мікроскоп може використовуватися для наукових, дослідницьких цілей, а 
також для лабораторних досліджень і навчальних робіт; застосовуватися в різних 
сферах науки, техніки і життєдіяльності: металургійна, електронна і 
напівпровідникова промисловості, металографія, мінералогія, геологія, 
криміналістика, стоматологія та ін. 
Для вимірювання шорсткості вихідної поверхні, покриття до зміцнення і після 
цього процесу застосовувався сучасний профілограф-профілометр «Сейтронік- 
ПШ8-3» (Рисунок 2.11). 
 44 
 
 
Рисунок 2.11 - Профілограф-профілометр «Сейтронік-ПШ8-3» 
За допомогою вимірника шорсткості СЕЙТРОНІК ПШ8-3 можливо проводити 
вимірювання шорсткості поверхні за один прохід щупа за такими параметрами: Ra, 
Rz, Rmax, Rp, Rv, Rq, Sm, S, lg, la, Lo, lo, D, Dq, Da, tp і отримувати достовірні 
відомості про шорсткості поверхневого шару. 
Таблиця 2.4 - Технічні характеристики СЕЙТРОНИК ПШ8-3 
 
Характеристики Значення 
плоскі, циліндричні, конічні і інші поверхні, перетин яких в 
Форма вимірюваних поверхонь 
площині вимірювання становить пряму лінію 
Діапазон вимірювань основних параметрів шорсткості: 
Ra, мкм / Rmax, мкм / Rz, мкм / 0,04...12,5 / 0,16...50,0 / 0,16...50,0 / 
Sm, мкм 8,0...250,0 
Принцип дії контактний 
Довжина траси обмацування, мм/ 
12,5 / 0,25; 0,8; 2,5 
відсічення кроку, мм 
Вид відліку результатів 
цифровий 
вимірювань 
Дискретність відліку, мкм 0,01 
Мін. діаметр вимір. отвори на 
6 
глибині до20 мм, мм 
 
Вертикальне збільшення/ 
от Х 200 до Х 100000 / от Х 20 до Х 5000 
горизонтальне збільшення 
 45 
 5 В (4 внутрішні аккум. Батареї по 1,2 В Рос / 2500 мА / год) 
Живлення / інтерфейс або зовнішнє джерело постійного струму 9 В, 500 mA / 
RS232 
Габаритні розміри, мм / маса, кг: 
- первинний перетворювач 0 27х150 / 0,36 
- мікропроцесорний блок з аккум. 
182х90х38 / 0,48 
батареями 
 46 
Висновок до розділу 2 
У другому розділі сформульовано й обґрунтовано наукові гіпотези щодо 
особливостей комбінованого електроерозійно-плазмового процесу нанесення 
корозійностійких покриттів, зокрема щодо теплового стану краплі, характеру її 
розтікання, впливу імпульсного навантаження та променевого підігріву. Визначено 
об’єкти досліджень, що відображають типові умови роботи деталей вузлів тертя, 
обрано матеріали покриттів та основи з урахуванням вимог до зносостійкості, 
корозійної стійкості й технологічності. Обґрунтовано вибір обладнання для 
реалізації електроерозійного етапу, променевого (плазмового) впливу та засобів 
контролю параметрів процесу і результатів нанесення покриття. Сформовано 
загальну концепцію технології отримання ерозійно-променевих плазмових 
покриттів, що забезпечує можливість подальшого моделювання процесу та 
експериментальних досліджень.. 
 47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Розділ 3 
Механізм і процеси комбінованого нанесення 
покриттів 
3.1. Механізм комбінованого отримання покриття. 
Механізм отримання зносостійких покриттів складається з наступних етапів 
протікання процесу. 
I етап наведено на рисунку 3.1. 
 
 
 
Рисунок 3.1 - Підігрів деталі променем плазми: 
1 - деталь; 2 - промінь плазми; 3 - амплітуда сканування; Нл - зона підігріву 
деталі 
Теплова енергія плазми дозволяє використовувати такий нагрів для 
попереднього підігріву зони нанесення покриття, при якому промінь спрямовують 
так, щоб гранична температура поверхні деталі не перевищувала межі плавлення 
металу. Тут може використовуватися сканування променя з частотою, при якій час 
нагрівання зони Нл (рисунок 3.1) досить, щоб досягти заданої температури і 
встигнути повернути промінь на центральну частину краплі, тільки що нанесеною 
електроерозійним методом. Зазвичай амплітуду сканування променя обмежують 2- 
3 діаметрами краплі на межі з поверхнею деталі, що не перевищує 1,2-1,5мм. Це 
відповідає частоті 120-150 Гц і залежить від швидкості переміщення і потужності 
променя плазми. Сканування променя дозволяє об’єднати підведення теплової 
енергії на підігрів, розплавлення і перегріву покриття, отримання зміцнюючого 
шару і розробити режими обробки, при яких забезпечується отримання    якісного 
 49 
зносостійкого покриття при мінімальній витраті енергії. 
ІІ етап. Охоплює електроерозійне нанесення покриття на поверхню ділянки 
Нл деталі при суміщенні часу потрапляння краплі на деталь з підведенням тепла 
променем плазми (рисунок 3.2; 3.3). 
 
Рисунок 3.2 - Нанесення крапель покриття: 
1 - деталь; 2 - крапля; 3 - електрод-інструмент; 4 - переміщення електрода; 5- 
перекриття крапель; Rz0 - висота нерівностей; h0 - товщина покриття; r0 - радіус 
краплі; Нл – зона підігріву деталі; D0 - діаметр основи окремої краплі; Н - крок 
між краплями 
Температура краплі (рисунок 3.2) повинна бути вище температури плавлення 
металу покриття (по [33] на 200-300К). З урахуванням підігріву (рисунок 3.1) 
можна збільшити час текучості матеріалу покриття і забезпечити розтікання краплі 
незалежно від дії променя плазми, при якому формується профіль покриття 
товщиною h0 з висотою нерівностей Rzo (рисунок 3.2). Радіус краплі (r0) можна 
прийняти постійним, хоча він може істотно змінюватися, як і діаметр D0. Крок між 
краплями (H) має меншу величину, ніж D0, тому що відбувається перекриття 
сусідніх крапель (5 на рисунку 3.2). 
Електрод-інструмент (3 на рисунку 3.2) може переміщатися в будь-якому 
напрямку (4 на рисунку 3.2) але він повинен бути пов’язаний з положенням 
променя плазми (рисунок 3.3). 
ІІI етап. На цьому етапі (рисунок 3.3.), який при комбінованому покритті 
 50 
пов’язаний з другим, відбувається подальший розігрів матеріалу краплі і 
збільшення її текучості. 
 
Рисунок 3.3 - Вирівнювання поверхні деталі при впливі променя плазми : 
1 - деталь; 2 - крапля; 3 - електрод-інструмент; 4 - переміщення електрода і 
променя; 5-промінь плазми; 6 - газ; h1 - товщина покриття; Rz1 - висота 
нерівностей; D1 - діаметр основи окремої краплі; r0, r1 - радіус краплі 
Можна прийняти, що променева енергія, яка підводиться (рисунок 3.3) хоча і 
вводиться послідовно з розплавом краплі, але в розрахунках і при побудові 
механізму покриття може прийматися як сконцентрований параметр теплоти, що 
впливає на краплю після її закінченого формоутворення при її електроерозійному 
покритті. 
Відбувається (рисунок 3.3) підвищення нагріву краплі 2, що викликає 
підвищення її рідкотекучості і розтікання від діаметра D0 до діаметра D1 зі 
зростанням радіуса з r0 до r1. При цьому товщина покриття (h1) зменшується щодо 
h0, але збільшується перекриття між сусідніми краплями (5 на рисунку 3.2) і 
досягається менша шорсткість поверхні (Rz1 <Rzo). 
Слід також враховувати, що додатковий підігрів краплі променем плазми 
знижує градієнт температур при її охолодженні, викликає утворення внутрішніх 
напружень розтягу. Останнє призводить до утворення мікротріщин в покритті (а 
іноді і в матеріалі деталі), що знижує не тільки зносостійкість, а й механічні 
характеристики виробу. Перепад температур особливо сильно впливає на    крихкі 
 51 
матеріали і в цьому випадку розрахунки переміщень променя (4 на рисунку 3.3) 
потрібно виконувати з урахуванням мінімізації градієнтів температур. 
На даному етапі великий вплив на якість покриття надає вибір 
плазмоутворюючого (6 на рисунку 3.3), а іноді горючого і захисного газу, який 
захищає деталь і покриття від окислення в гарячому стані. Як показано в [28] 
електроерозійна обробка матеріалів, стійких до окислення, може створювати умови 
для підвищення втомної міцності, що підтверджує корисну дію інертних газів в 
комбінованому процесі обробки для підвищення експлуатаційних характеристик 
виробів. Отже, при комбінованому нанесенні покриттів одним з режимних 
параметрів може бути склад і витрата плазмооутворюючого газу (6 на рисунку 3.3), 
що раніше в розрахунках не враховувалося. 
На третьому етапі проявляється необхідність синхронного переміщення 
променя 5 і електрода 3 із середньою швидкістю 4 (рисунок 3.3), що слід 
враховувати при призначенні частоти сканування променя в межах зони Нл 
підігріву деталі і приймати як режимний параметр комбінованого процесу. 
VI етап включає отримання на покритті (рисунок 3.3) зносостійкого твердого 
покриття (рисунок 3.4). 
 
Рисунок 3.4 - Формування зносостійкого покриття променем плазми 1 - 
покриття; 2 - плазмоутворюючий газ; 3-промінь плазми; h2  - загальна товщина 
покриття; Rz2 - висота нерівностей; r2 - радіус краплі 
Тут (рисунок 3.4) формується покриття 1, товщина (h2) якого порівнянна з 
шорсткістю Rz2, що практично не змінює параметри поверхневого шару після 
нанесення покриття електроерозійним методом і отримання зносостійкого   шару. 
 52 
Це дозволяє прийняти в розрахунках h2 = h1; r2 = r1; Rz2 = Rz1, що спрощує 
моделювання комбінованого процесу без порушення його фізичної сутності. 
3.2. Моделювання процесу ерозійно-променевого плазмового нанесення 
зносостійких покриттів 
В якості вихідних даних можна прийняти: 
- виконані на поточний момент експлуатаційні вимоги (включаючи 
зносостійкість) до покриттів розглянутого виду; 
- характеристики закладених в документації матеріалів і покриттів 
(включаючи рідкотекучість, шорсткість поверхні покриття); 
- можливість технічних засобів технологічного оснащення для 
електроерозійного покриття і плазмового зміцнення, а також можливість 
суміщення впливів для управління комбінованим процесом; 
- робоче середовище (гази) для виконання операції; 
- з огляду на малу площу ділянки зіткнення краплі покриття з деталлю в 
розрахунках можна приймати цю поверхню плоскою незалежно від геометричної 
форми деталі. 
В якості граничних умов для використання розроблюваної моделі можна 
прийняти: 
- граничні можливості по товщині електроерозійного нанесення необхідних 
якісних покриттів на задані матеріали деталей з закладеними в документації 
вимогами до поверхневого шару покриття; 
- температури плавлення матеріалів деталі і покриття; 
- показники рідкотекучості матеріалу покриття. 
 
При моделювання процесу слід розглядати всі етапи протікання механізму 
комбінованої обробки (розділ 3.1). 
На першому етапі, де на деталь впливає скануючий промінь плазми, 
температура деталі залежить від часу її нагрівання (τ). Тоді по [33] критерій Фур’є 
(F0) може бути представлений через середній коефіцієнт арс. 
 53 
 
(3.1) 
 
 
 
 
де ;   hc - глибина шару термічного впливу. 
 
Без урахування комбінованого покриття в якості hc можна прийняти нижню 
межу зміни допуску на товщину зміцнюваної ділянки. У разі, коли плазмове 
зміцнююче покриття наноситься на електроерозійне, можна в якості hc прийняти 
товщину цього шару. Тоді вдається встановити час (τ) впливу променя, швидкість 
його сканування по довжині D0 (рисунок 3.2) або D1 (рисунок 3.3), які мають 
порівняно малу для розрахунків розбіжність 
(3.2) 
 
З огляду на, що (H˄ >> D0), можна знайти середню швидкість переміщення 
променя плазми (Wcp) від початку переміщення до його зупинки в кінці ділянки Н˄ 
 
(3.3) 
 
Для того, щоб об’єднати в комбінованому процесі дію променя для підігріву 
(рисунок 3.1) з плазмовим зміцненням (рисунок 3.3) потрібно тривалість (τ) 
підтримувати не більше часу протікання імпульсу при електроерозійному покритті 
(3.4) 
 
Тоді частота (ν˄) сканування променя буде 
 
 
(3.5) 
 
де Н˄ - регульований параметр, що визначає амплітуду переміщення променя, 
який залежить від відстані між зрізом сопла і поверхнею покриття. Вибирається в 
діапазоні H˄ = (4 - 6) D0. 
Для забезпечення найбільшого допустимого (без плавлення матеріалу) 
підігріву деталі слід розрахувати кількість теплоти (Q), необхідне для нагрівання 
 54 
(3.6) 
 
 
де судд - питома теплоємність маси деталі, що підігрівається; 
тн  - маса ділянки, що нагрівається, 
tпл  - температура плавлення матеріалу деталі, 
tr - температура, що гарантує збереження геометрії поверхні деталі під дією 
теплової енергії променя. Призначають tr  = 400-500 К. 
Маса ділянки, що нагрівається (тн) може оцінюватися 
 
(3.7) 
 
де γудд - питома щільність матеріалу деталі; 
Кд - коефіцієнт, що враховує розсіювання тепла на нагрів сусідніх ділянок 
деталі. 
Розрахунки, виконані по першому етапу моделі, є контрольними для оцінки 
призначення або розрахунку технологічних режимів плазмової обробки. 
На другому етапі (рисунок 3.2) визначальними є параметри краплі, що 
наноситься в процесі електроерозійного покриття. Спираючись на наведені в 
розділі 2.1, можна встановити висоту краплі на деталі, а з урахуванням коефіцієнта 
перекриття крапель (^) знайти глибину западини, визначальну шорсткість покриття 
(Rz0 на рисунку 3.2). Форма краплі залежить від текучості розплавленого металу з 
урахуванням температури перегріву (500-600 К) і тиску (Pk). 
(3.8) 
 
де РМК - тиск на краплю, що наноситься при електроерозійному покритті; Ратм- 
атмосферний тиск (може бути прийнято як 0,1 МПа). Поверхневий натяг (σп) 
розплавленої краплі можна прийняти як постійну довідкову величину для 
матеріалу покриття. Частина такої інформації наведена в [18]. З [18] тиск Pk 
(3.9) 
 
де σп - коефіцієнт поверхневого натягу на кордоні рідкий метал-повітря 
(табличні дані, наприклад, по [18]); R1; R2- головні радіуси кривизни рідини 
(краплі). На рисунку 3.2 R1 = R2 = r0. 
 55 
Як випливає з рисунка 3.2 
 
(3.10) 
 
З формули (3.10) радіус краплі (r0) 
 
(3.11) 
 
У формули (3.11) Pmn  є тиском фронту хвилі в момент розряду. За [33] 
 
(3.12) 
 
 
де  ρk   -  густина  матеріалу  краплі; 2 
v -  швидкість  фронту  ударної  хвилі. 
ув 
 
Залежить від тривалості імпульсу, величини торцевого зазору (ST). Для 
досліджуваного діапазону тривалості імпульсу і відстані ST = 10-30 мкм по [33] 
швидкість фронту ударної хвилі може бути оцінена vy.в = 104 м / с. Швидкість 
фронту ударної хвилі (vy.в) від точкового джерела має сферичну форму, проте для 
малої площі перетину каналу розряду з достатньою точністю може застосовуватися 
залежність, наведена в [33] 
 
(3.13) 
 
де Ку.в - коефіцієнт ударної хвилі, враховує середовище, в якому відбувається 
розряд. Для води Ку.в = 0,7 [33]. Кр - коефіцієнт, що враховує перерозподіл тиску за 
фронтом ударної хвилі, характеризують зв’язок між потужністю розряду і часом дії 
імпульсу. 
По [33] 
 
(3.14) 
 
де Кс - коефіцієнт, що враховує перерозподіл питомої потужності розряду за 
часом його дії. За [33] для циліндричної хвилі, що діє протягом τv Кс = 0,15; Uпр - 
напруга на електродах, необхідне для пробою проміжку ST. За [32] Іпр = 0,7U (U тут 
напруга при розімкнутих електродах). 
Індуктивність розрядного контуру 
 56 
(3.15) 
 
 
де Т - період дії розряду: Т = q τv (q - c розрядів (q = 2 3)); с - ємність контуру 
розряду. 
ΔPmn - величина, що враховує втрати тиску. Для умов розряду при 
електроерозійної обробці у водному середовищі (це можуть бути пари води в 
атмосфері) ΔPmn  може бути в імпульсі до 30 МПа. 
З урахуванням формул (3.12) - (3.14) радіус краплі 
 
 
(3.16) 
 
Якщо прийняти об`єм (Vk) краплі покриття, як обсяг сегмента з радіусом r0 і 
висотою h0  (рисунок 3.2), то 
(3.17) 
 
Об'єм краплі залежить від енергії імпульсу (Аи). 
По [32] 
(3.18) 
 
де ηим - коефіцієнт корисної дії імпульсу, (не перевищує 0,41); Jcp - середній 
струм за імпульс; Ucp- середня напруга в імпульсі. 
З урахуванням втрат енергії за імпульс можна знайти енергію, яка 
витрачається для отримання краплі 
(3.19) 
 
де Суд- питома теплоємність матеріалу покриття, mk -масса краплі; tпл - 
температура плавлення матеріалу; Δt – запас температури, що гарантує рідкий стан 
краплі. (At =500-600 К). 
Звідси об'єм (Vk) краплі 
 
(3.20) 
 
 57 
Тоді з урахуванням рівнянь (3.18) і (3.19), прирівнюючи Аи, отримуємо mk і за 
формулою (3.20) знаходимо Vk 
 
(3.21) 
 
Якщо джерелом імпульсів при електроерозійному покритті служить генератор 
RC-схеми, то формула (3.21) набуває вигляду 
 
(3.22) 
 
де С - ємність конденсатора генератора. 
З урахуванням формули (3.17) 
 
(3.23) 
 
Тоді з (3.23) і (3.22) 
 
(3.24) 
 
У формулі (3.24) h0 характеризує товщину покриття після електроерозійного 
процесу без урахування припуску на подальшу обробку поверхні (якщо така 
операція необхідна). Висоту мікронерівностей (Rz0) можна прийняти в якості 
величини однакової для всього покриття 
(3.25) 
 
де h0 - товщина поглибленої мікроділянки шару покриття (нижче вершин 
розташування нерівностей). Величина hH залежить від кроку (Н на рисунку 3.2) 
сусідніх крапель і їх перекриття (в), яке може бути прийнято рівним його 
величиною на аноді, показаний в [32] і [27] 
(3.26) 
 
За [17] величина (в) змінюється в широких межах (від 0,3 до 0,7) і залежить від 
висоти нерівностей Rz0. 
З [32], [35] відомо, що для RC-схем. 
 58 
(3.27) 
 
 
де КR – експериментальний коефіцієнт, наприклад, наведений в [35]. 
За [17] величина КR: 
- для легованих сталей - 0,39 - 0,40; 
- для жароміцних сплавів - 0,41 - 0,42; 
- для твердих вольфрамо-кобальтових сплавів - 0,25 - 03. 
В [32] для оцінки Rz0 з геометричних побудов мікроповерхності покриття 
отримана узагальнена залежність 
 
(3.28) 
 
З (3.26) і (3.27) 
 
 
(3.29) 
 
З рівняння (3.25) крок переміщення електрода між сусідніми краплями 
 
(3.30) 
 
З урахуванням (3.16), (3.24) 
 
(3.31) 
 
Тоді крок «Н» 
 
 
(3.32) 
 
Ширина зони hn перекриття крапель (5 на рис.3.2) 
 
(3.33) 
 
 
 
(3.34) 
 
 59 
 
Рисунок 3.5 - Схема розрахунку Rz0 
Чим більше hn, тим нижче шорсткість Rz0  (рисунок 3.5). 
 
(3.35) 
 
З рис. 3.5 величина Rz0  може бути обчислена через r0, Н, оα. 
 
 
(3.36) 
 
Звідки 
 
 
(3.37) 
 
На третьому етапі (рисунок 3.3) розглядається динаміка розтікання краплі і 
вирівнювання мікроповерхності під дією підведення тепла променем плазми. Тут 
слід математично описати утворення шару, його товщину і мікроповерхність. 
За аналогією з (3.11) на другому етапі протікання процесу нанесення покриття 
(рисунок 3.2) радіус краплі r1 складе 
(3.38) 
 
где σm- поверхневий натяг краплі після додаткового нагріву променем плазми. 
З огляду на, що за рахунок теплообміну частина тепла краплі буде втрачена, а 
додаткова енергія променя плазми викличе її наступне нагрівання, поверхневий 
натяг  σn1    може  відрізнятися  від  σn    (формула  (3.10)),  але  для     технологічних 
 60 
розрахунків можна прийняти, що цей показник на етапах покриття істотно не 
змінюється. 
(3.39) 
 
У формулі (3.37) Pmn1 - тиск плазми на поверхню краплі після нанесення 
покриття електроерозійним методом. 
За [33] 
 
(3.40) 
 
де n - сумарна концентрація заряджених і нейтральних частинок в плазмі. При 
температурі плазми Тпл = 6000 К і роботі на повітрі Pnm1 = 0,1 МПа, величина n =1018 
[33]; 
R - універсальна газова постійна, R = 8,31 –Дж/моль·К; 
А 23  -1
Г - число Авогадро, АГ = 6,02·10 моль . 
Для оцінки тиску Pnm1 однокомпонентних газів (плазма) в [33] пропонується 
закон М. Саха 
(3.41) 
 
де χи - ступінь іонізації газу, величина постійна, яка залежить від положення 
матеріалу в періодичній системі; 
Κk – статистичний квантовий коефіцієнт, змінюється в широких межах (по [33] 
2   
К = 1-4); 
k 
 
e·Ui - енергія іонізації газу, еВ; 
Зазвичай в реальних умовах плазма формується в середовищі з кількох газів. 
Тоді потенціал в (3.40) визначається по [33] через ефективний потенціал іонізації 
U0 
 
(3.42) 
 
де Vi – об’ємна частка r-компонента в суміші газів; 
n- кількість компонентів, прийняте для суміші; 
 61 
Ui  - потенціал іонізації i-го компонента в суміші; 
T - температура, К. 
Плазма володіє високим гідродинамічним напором, що може підвищити 
величину Pmn1 щодо розрахункового значення. 
За [33] радіус зони дії променя може бути до 1-2 мм, що дає підстави вважати, 
що тиск плазми впливає на всю відкриту поверхню краплі. 
Розрахунок за формулою (3.39) може дати тільки достовірно якісний опис 
механізму дії плазми і для кількісної оцінки в розрахунках, як правило, не 
використовується. 
Дослідження, що дозволяють створити розрахункові методики для визначення 
чисельної величини імпульсного (ударного) тиску [13] 
 
(3.43) 
 
де Vn - швидкість частинок променя, м / с; 
Pk, Pd  - густина матеріалів краплі і деталі, кг / м3; 
Сзk, C3d  - швидкість звуку в матеріалі краплі і деталі, м / с. 
Висота покриття залежить не тільки від тиску плазми, але і від динамічної 
складової від швидкості струменя Wk. [13] 
 
(3.44) 
 
В [13] запропоновано залежність для розрахунку середнього тиску   струменя 
плазми Р при використовуваних режимах протікання плазмового процесу 
MП1 
 
 
(3.45) 
 
 
де Jncp, Uncp - середні значення сили струму і напруги в плазмотроні; 
Tcp, Jdcp, Udcp  - середня температура, середній струм, напруга дуги: 
Сn  - теплопровідність плазми; 
 62 
Gncp  - середня величина масової витрати газу в плазматроні; 
χT - відношення теплоємності складових плазмоутворюючого газу; 
ρncp  - середня щільність плазми на зрізі сопла; 
C3cp  - середня швидкість звуку в плазмі; 
ηTn  - тепловий коефіцієнт корисної дії плазматрона. 
Розрахунок тисків РМП1, Р хоч і можливий, але отримані результати досить 
MП1 
наближені, тому що середні значення розрахункових параметрів можуть досить 
значно відрізнятися від крайніх величин. 
Як випливає зі стану питання (розділ 1), для конкретних випадків 
використання плазмового зміцнення доцільно використовувати рівняння регресії 
типу наведених в [12]. 
Так при діаметрі сопла dc = 2 мм по [13] тиск струменя може досягти від 0,3 до 
0,6 МПа, хоча в розрахунках приймається близько 0,01-0,05 МПа. 
За аналогією з другим етапом процесу 
 
(3.46) 
 
де індекс «n» характеризує плазму; r1 - радіус краплі (3.37); τn – час дії променя 
плазми на поверхню краплі; tn  - температура плазми на поверхні покриття. 
Час дії променя плазми (tn) можна оцінити через середню швидкість 
переміщення променя плазми Wncp. Оскільки середня швидкість переміщення 
променя і електрода однакові, то Wnep = Wcp, розрахована на кожен крок (H) 
переміщення променя між сусідніми імпульсами. 
(3.47) 
 
Як видно з рисунку 3.3 
 
(3.48) 
 
Отже, при незмінному кроці H (рисунок 3.2) висота нерівностей Rz1 (рисунок 
3.3) буде знижуватися 
(3.49) 
 
 63 
При цьому може зростати величина перекриття крапель (β) За аналогією з 
(3.28) 
 
(3.50) 
 
де K1R - експериментальний коефіцієнт, що зв’язує висоту нерівностей з 
енергією плазми (Aun) 
(3.51) 
 
Якщо плазмотрон має ємнісну схему, то 
 
 
(3.52) 
 
Тоді за аналогією з (3.36) 
 
(3.53) 
 
На четвертому етапі (рисунок 3.4) формується зміцнюючий шар плазмового 
покриття. Товщина цього шару становить кілька мікрон і при заданій товщині 
покриття (h1), що перевищує 100 мкм, немає необхідності розраховувати товщину 
шару плазмового зміцнюючого покриття, тому що вона знаходиться в межах 
похибки розрахунків. Плазмове покриття може знижувати передачу тепла від 
променя до шару після електроерозійної обробки. Це враховано в розрахунках у 
вигляді збільшення тепла (kt), але, з огляду на багаторазове перевищення 
температури плазми (до (8-10) 103 К) над температурою плавлення покриття, що 
наноситься ((1-1,5)·103 К), можна вважати обґрунтованим для комбінованого 
процесу запропонований поділ циклу на розглянуті етапи, які фактично протікають 
спільно. 
Тоді остаточна товщина покриття 
 
(3.54) 
 
 
(3.55) 
 
Якщо Rz1<Rzy (Rzy - висота нерівностей поверхні, зазначена в кресленні деталі), 
 64 
то h1 зберігається в межах товщини покриття після його нанесення 
електроерозійним методом за умови h> h1y, а товщина шару, зміцненого плазмою, 
h3> h3ymin). 
Якщо Rz1>Rzy, то потрібна технологічна операція з вирівнювання 
мікроповерхності з припуском z1 не менше різниці мікровиступів 
(3.56) 
 
У цьому випадку товщина шару h1 знизиться на величину припуску і 
необхідно забезпечити 
(3.57) 
 
 
(3.58) 
 
Використання залежностей, наведених в моделі, дозволяє при розрахунку 
технологічних режимів передбачити припуск на обробку покриття (якщо це 
потрібно). 
Отримані в процесі моделювання параметри дозволяють проектувати 
технологічні процеси комбінованої обробки з отриманням зносостійких покриттів. 
3.3 Параметри комбінованого ерозійно-променевого плазмового 
зносостійкого покриття 
Головними чинниками, що визначають зносостійкість деталей з покриттям, є: 
- твердість шарів покриття; 
- товщина покриття і зміцненого шару; 
- шорсткість поверхневого шару (в парах тертя); 
- умови роботи деталей (контактні напруження, швидкісні режими, ударні 
навантаження, контактне тертя, температурні фактори та ін.). 
Для підтвердження правомірності розроблених моделей були проведені 
експериментальні дослідження та узагальнено досвід впровадження деталей з 
комбінованим покриттям. 
На машині тертя МТУ 0,1 були проведені випробування зразків для 
встановлення коефіцієнта тертя (рисунок 3.6), що є підтвердженням корисної дії 
комбінованої обробки покриття з чавуну. 
 65 
 
 
Рисунок 3.6 - Зміна коефіцієнта тертя по мірі зносу покриття 
Матеріал деталей - сталь 45, з покриттям на контактних парах - чавун   СЧ24, 
контактний тиск 1,6 МПа, площа контакту - 12 см2, температура випробувань 290- 
300 К, швидкість переміщення контактних тел 1м/с. Робота зі змазкою в 
абразивному середовищі. 
Аналіз малюнка 3.6 показує, що коефіцієнт тертя протягом 8 годин 
змінюється незначно (± 0,015), потім, очевидно під дією абразиву, плазмового 
напилення стирається і починається інтенсивне зростання коефіцієнта тертя, що 
підтверджує пропонований в роботі механізм підвищення зносостійкості 
комбінованим методом нанесення і зміцнення покриттів. 
Зроблені випробування зразків з фіксацією результатів вимірювань через 10- 
15 хвилин випробувань, що дозволяє об’єктивно оцінити динаміку зносу зразків. 
Були проведені порівняльні випробування зносу зразків і деталей після 
електроерозійного та комбінованого покриття на жароміцних сплавах (рисунок 
3.7). 
 66 
 
Рисунок 3.7 - Знос сплавів ВЖЛ (а) і ЕІ437Б з покриттям: А - Cr; Б - WC; B - 
MоS2; Г - ZrB2 
Позначення на а) і б) (рисунок 3.7): 1 - матеріал без покриття; 2 - 
електроерозійне покриття; 3 - комбіноване покриття. 
На діаграмі (індекс «3») в чисельнику наведені експериментальні, а в 
знаменнику - розрахункові значення зносу (мм). 
Випробування проводили при наступних режимах: 
- контактний тиск зразків - 0,25 МПа швидкість відносного переміщення 
контактних пар -2-2,5 м/с, товщина покриття 0,25 мм, температура випробувань - 
1200 К, тривалість випробувань 350 годин. 
З малюнка 3.7 видно, що тут добре підтверджується якісна сторона процесу і 
моделі, тому що знос жароміцних сплавів в умовах тертя після електроерозійного 
нанесення покриття знизився до 10-12 разів, а після комбінованого нанесення 
покриттів в десятки разів. Наведені порівняльні (експеримент - розрахунок за 
моделлю) результати показують, що розрахункові значення близькі до 
експериментальних, а наявні відхилення пояснюються змінами умов протікання 
процесу зважаючи на нестабільність властивостей матеріалів, шорсткості поверхні 
покриття, контактного тиску, вплив зносу зміцнюючого і електроерозійного 
покриття на результати випробувань. 
 67 
 
Рисунок 3.8 - Зносостійкість титанових покриттів: 1 - деталь без покриття; 2 - 
покриття товщиною 0,3 мм з ОТ4-1; 3 - покриття з плазмовим зміцненням 
Для підвищення зносостійкості і захисту від корозії деталей з різних металів 
на поверхню можуть наноситися титанові покриття. На рисунку 3.8 наведено 
динаміку зносу сталевої деталі з покриттям з ОТ4-1 (2) і плазмовим зміцненням (3). 
Умова випробувань: контактний тиск 0,3 МПа, швидкість переміщення між 
сполученими зразками 0,3 0, м/с. Пари тертя працювали в маслі з абразивом. 
При використанні титану для відновлення зношених деталей вдається 
створити (рисунок 3.8) покриття, що володіють високою зносостійкістю, 
зберігаючи при цьому захисні властивості матеріалу, аналогічні тим, які є у дорогих 
нержавіючих сплавів. Зростання зносу в точці «а» (крива 3 на рисунку 3.8) 
пояснюється тим, що в цьому місці плазмове зміцнення було вже при роботі пар 
тертя, і знос відбувався по покриттю. Такий результат не суперечить представленій 
моделі. 
На рисунку 3.9 показано вплив товщини покриття на зміну його шорсткості. 
 
 
 
Рисунок 3.9 - Зміна висоти мікронерівностей від товщини покриття 
 68 
Деталь зі сплаву ВЖЛ2 з вихідної шорсткістю Ra = 1,25 мкм. Покриття TiB2. 
1 - вихідна поверхня деталі; 2 - електроерозійне покриття; 3 - покриття з плазмовим 
зміцненням 
На кривій 3 (рисунок 3.9) показана точка, де наведена розрахункова величина 
мікронерівностей. Розрахунки проведені для товщини покриття 100 мкм. Незначні 
(0,04мкм) розбіжності отриманих результатів пояснюються заповненням 
заглиблень між краплями зміцнюючих покриттям, що пояснювалося при побудові 
моделі. 
3.4. Створення нових способів і пристроїв для реалізації технології ерозійно- 
променевого покриття 
Запропоновано спосіб [24] плазмового нанесення покриттів на металеві 
заготовки для зміцнення ріжучого інструменту, металевих деталей машин і 
відновлення зносостійкості високонавантажених виробів, переважно літальних 
апаратів. 
Проаналізовано [24, 20] близькі способи нанесення покриттів, зокрема іонно- 
плазмового напилення, за яким перед нанесенням покриття заготовку нагрівають. 
Недоліком способу є неконтрольований нагрів заготовки, що викликає дефекти 
покриття у вигляді розтріскування, відшаровування, особливо при використанні 
покриттів з коефіцієнтом термічного розширення, сильно відрізняє від такого ж 
параметра матеріалу заготовки. 
Найбільш ефективним є спосіб, при якому перед нанесенням покриття на 
першому етапі процесу матеріал нагрівають а далі на нього плазмовим потоком 
напилюють з потрібного матеріалу шар покриття. Однак встановлено, що нагрів 
заготовки з будь-якого матеріалу відбувається тут різко і може досягати 
небезпечної граничної температури (аж до оплавлення), що не дозволяє почати 
нанесення покриття на розширену тепловим потоком поверхню до отримання 
розміру, рівного розміру покриття, що наноситься на початку процесу і робить 
неефективним відновлення деталей. Крім того такий нагрів може викликати 
порушення адгезії і утворення тріщин покриття після його охолодження з 
заготовкою,  а  швидкість  охолодження  поверхні  заготовки  в  зоні  покриття  не 
 69 
пов’язана зі швидкістю охолодження покриття, що також викликає порушення 
якості покриття. 
Метод що пропонується здійснюють шляхом нагрівання ділянки поверхні, на 
яку наносять покриття, при цьому нагрів здійснюють плазмовим струменем до 
температури, при якій розмір розширеного тепловим потоком ділянки поверхні 
дорівнюватиме розміру покриття, що наноситься на згаданій ділянці при 
температурі напилення, після напилення необхідного шару напилення 
припиняють, вимірюють температуру поверхні покриття і температуру поверхні 
заготовки на межі напиленого шару і усувають різницю в температур шляхом 
регулювання подачі охолоджуючого середовища на межу напиленого шару і 
заготовки до їх охолодження. На рисунку 3.10 наведена схема виконання способу.  
 
Рисунок 3.10 - Схема плазмового нанесення покриттів на металеві заготовки: 
1; 2 -плазмотрон; 3-катод; 4-плазмовий струмінь; 5-джерело струму; 6 заготовка; 
7-покриття на заготовці; 8- плазмоутворюючий газ; 9-патрубок для подачі газу; 
10-клапан; 11-блок перетворення сигналу про температуру нагрівання; 12-датчик 
температури 
Для  здійснення  способу  використовують  (Рисунок  3.10)  плазмотрон,    що 
 70 
включає верхню частину 1 і нижню частину 2. У верхній частині 1 встановлено 
катод 3, здатний переміщатися під час налаштування плазмового струменя 4 
уздовж осі верхньої частини 1. Катод 3 з’єднаний з джерелом струму 5, який подає 
струм на нижню частину 2, що служить анодом плазмотрона. На заготовку 6 
напилюють ділянку поверхні покриття 7. Процес відбувається в середовищі 
плазмоутворюючого газу 8, що надходить в плазмотрон через патрубок 9 до 
плазмовому струмені 4 і до заготовки 6. 
На рисунку 3.11 показано зміна температури заготовки (1) і покриття (2) при 
охолодженні шляхом регулювання температури. 
 
Рисунок 3.11 - Зміна температури поверхні заготовки (верхня крива) і 
покриття (нижня крива). 
Для регулювання температури і зниження її перепаду (рисунок 3.11) 
регулюють витрату газу, для чого змінюють положення клапана 10 блоком 
перетворення 11 сигналів про температуру і часом напилення шару покриття 7. 
Температуру на поверхні покриття 7 заміряють безінерційним безконтактним 
датчиком 12, а на поверхні заготовки 6 на кордоні ділянки напилення покриття 7 
вимірюють таким же датчиком. Між кривими 1 і 2 може утворитися різниця в 
температурах ΔТ. 
Верхня   частина   1   відокремлена   від   нижньої   частини   2 діелектричною 
прокладкою. Для управління плазмовим струменем 4 застосовується магнітний 
пристрій 15. 
 71 
Спосіб здійснюють наступним чином: через патрубок 9 (рисунок 3.10) 
подають плазмоутворюючий газ 8, витрата якого регулюється клапаном 10. Газ 8 
надходить (показано стрілками на рисунку 3.11) в простір між верхньою частиною 
1 і нижньою частиною 2 плазмотрона, далі до плазмовому струмені 4 і тепловим 
потоком до місця напилення шару поверхні 7 на заготовку 6. Катод 3 регулюють 
відносно нижньої частини 2, що служить анодом, на відстань, що забезпечує 
стабільне горіння плазмового струменя 4. Для цього від джерела струму 5 на катод 
3, нижню частину 2, розділені прокладкою 14, подають постійний струм. 
Плазмовий струмінь 4 регулюють магнітним полем пристрої 15. Температуру 
нагріву заготовки 6 перед напиленням шару покриття 7 вимірюють датчиком 13, 
звідки сигнал надходить в блок перетворення 11. 
Під дією плазмового струменя 4 в зоні напилення шару покриття 7 поверхня 
заготовки 6 нагрівається і під дією теплового потоку розширюється до величини, 
яку має на цій же ділянці покриття 7 при температурі напилення. Сигнал про 
досягнення такої температури від датчика 13 надходить на блок перетворення 11, 
звідки надходить сигнал на початок напилення шару покриття 7. Після напилення 
необхідного шару напилення покриття 7 припиняють, заміряють датчиком 12 
температуру поверхні покриття на заготівлі 6 і на межі ділянки напиленого шару 
датчиком 13, передають виміри на блок перетворення 11, в якому результати 
вимірювань порівнюються (рисунок 3.11), оцінюється різниця в температурах ΔТ, 
на клапан 10 подається команда на збільшення або зниження витрати газу 8 чере з 
патрубок 9 до заготовки 6, яка без такого регулювання остигає повільніше (крива 1 
на рисунку 3.11), ніж покриття (крива 2). За рахунок регулювання подачі газового 
охолоджуючого середовища відбувається охолодження, різниця температур ΔТ 
усувається і розміри покриття 7 стають однаковими з розмірами напилюваної 
ділянки поверхні заготовки 6 до охолодження заготовки 6 і ділянки покриття 7. 
Усуваються температурні напруження в покритті 7, що викликають утворення 
тріщин і відшаровування покриття 7. 
Розглянута реалізація способу на прикладі підвищення ріжучих властивостей 
і зниження тертя на робочу поверхню спірального свердла діаметром 3 мм зі сталі 
 72 
У10А іонно-плазмовим напиленням на установці УФПУ-114 в середовищі 
плазмоутворюючого газу аргон наносять шар оксиду кремнію товщиною 6-10 мкм. 
Нагрівання поверхні свердла до 3500 К, після чого послідовно на ділянку 
наноситься необхідний шар покриття, який охолоджують струменем аргону після 
відходу від місця нанесення плазмового струменя. Охолодження йде до 
температури нижче фазових перетворень матеріалів покриття і заготовки. 
Після повного охолодження покриття при його збільшенні в 500 разів 
мікротріщин не виявлено. Дослідження покриття на злам не виявило його 
відшаровування від поверхні заготовки. 
Як відомо [20], при електроерозійному нанесенні зносостійкого шару, 
наприклад твердого сплаву, виходить велика шорсткість поверхні (до 200 мкм), що 
викликає необхідність в наступних трудомістких чистових операціях, знижує 
товщину зносостійкого шару, вимагає додаткових витрат на чистову обробку. 
Відомий [20] також спосіб плазмового напилення тонких шарів високої 
твердості з суцільністю 80-90% з попереднім підігрівом заготовки. Однак тут слід 
виконання трудомістких операцій для попереднього видалення з поверхні 
нерівностей, що визначають рівень зміцнення, усунення несуцільності покриття, 
зайві витрати на видалення нерівностей і попередній підігрів заготовки. 
Отримав розвиток спосіб [20], отримання зносостійких покриттів 
газопорошковим лазерним наплавленням порошком, що подається в зону обробки 
газом одночасно з дією лазерного променя. При цьому розміри мікрочастинок 
порошку використовують від 40 до 160 мкм. Але тут можливе збільшення 
шорсткості поверхні покриття за рахунок великих частинок порошку, що вимагає 
трудомісткого зниження нерівностей, складної трудомісткою і енергоємної 
підготовки поверхні під покриття, освіту валиків висотою до 3,2 мм, що знижує 
зносостійкість зміцненого шару. Там же описано пристрій для реалізації способу, 
до недоліків якого відноситься неконтрольована подача порошку, що викликає 
появу ділянок з нерівномірним шаром зміцнення, втрати дорогого порошку, здуває 
потоком плазмоутворюючого газу, обмеження по твердості і зносостійкості 
рекомендованих присадок, відсутність можливості контрольованого  механічного 
 73 
вирівнювання шару порошку зі збереженням на зміцнюючих поверхні вершин 
гранул зносостійкого покриття, що наноситься електроерозійним зміцненням, 
високі витрати енергії на розігрів і оплавлення порошку, що наноситься в 
холодному вигляді на поверхню деталі. 
Пропонований спосіб і пристрій для його здійснення дозволяють підвищити 
зносостійкість металевих пар тертя, знизити трудомісткість і енерговитрати 
процесу зміцнення, забезпечити відновлення розмірів зношених деталей. 
Спосіб здійснюють електродом-інструментом шляхом електроерозійного 
нанесення на зміцнюючу поверхню деталі гранул зносостійкого сплаву з 
використанням мікрочастинок порошку, що подається струменем газу при 
променевому нагріванні і оплавленні шару, для чого мікрочастинки порошку 
вибирають з вязкого матеріалу і наносять шаром, з товщиною не більше розмірів 
гранул зносостійкого сплаву , що наноситься електродом-інструментом, при цьому 
положення осей електрода-інструменту, променя джерела променевої енергії 
поєднують в зоні оплавлення мікрочастинок порошку, де вимірюється температура 
закінчення оплавлення мікрочастинок і за цим сигналом вимірюють швидкість 
переміщення електрода-інструменту і променя джерела нагріву, а кількість 
поданих мікрочастинок порошку регулюють вимірювання тиску газу, що формує 
променевий нагрів листа обробки, після чого надлишки мікрочастинок 
направляють в збірник під кутом, що забезпечує його збереження. 
Пристрій для здійснення способу відрізняється тим, що електрод інструмент 
для електроерозійного зміцнення і сопло для подачі мікрочастинок порошку і 
променя енергії містить на корпусі вузли повороту для настройки точки збігу осей 
електрода-інструменту, сопла і диференціального датчика температури на поверхні 
мікрочастинок порошку в зоні його оплавлення, при цьому сопло пов’язано з 
регулятором тиску подачі мікрочастинок через датчик витрати порошку, крім того 
диференційний датчик температури пов’язаний як з регулятором швидкості 
переміщення електрода-інструмента для електроерозійного зміцнення, так і 
променя для нагріву зони обробки, а на виході із зони зміцнення деталі під кутом 
до  вектора  подачі  мікрочастинок  порошку  встановлено  відбивач  з      вузького 
 74 
матеріалу, заглиблений в збірник на величину, яка виключає втрати мікрочастинок 
порошку. 
На рисунку 3.12 наведено складові елементи і схема пристрою для ерозійно- 
променевої обробки деталей. 
 
Рисунок 3.12 - Схема ерозійно-променевого зміцнення: 
1-корпус; 2-сопло для подачі газу 3; 4-електрод-інструмент; 5-датчик положення 
осі сопла; 6 - зміцнююча деталь; 7; 8; 9-вузли повороту сопла; 10-генератор 
імпульсів; 11- плазмотрон; 12-гранули покриття; 13-порошок; 14-поверхневий 
шар покриття; 15; 16; 17-осі сопла, інструменту, датчика; 18-регулятор швидкості 
переміщення корпусу з соплом; 19-відбивач частинок; 20-збірник частинок; 
21 - датчик витрати мікрочастинок; 22-регулятор тиску газу 
 
 
На корпусі 1 (рисунок 3.12) встановлено сопло 2 для подачі газу 3 під тиском 
Pr, електрод-інструмент 4 із зносостійкого матеріалу, диференційний датчик 5 
виміру температури в зоні зміцнення деталі 6. Сопло 2, електрод-інструмент 4, 
датчик 5 мають в корпусі 1 вузли повороту 7; 8; 9 для налаштування осей сопла 2, 
 75 
електрода-інструменту 4 і датчика 5 на зміцнюючих поверхні деталі 6. До 
електроду-інструменту 4 і деталі 6 підключений електроерозійний генератор 
імпульсів 10. До сопла 2 і деталі 6 підключений джерело променевої енергії 11 
(наприклад плазмотрон, технологічний лазер). 
На рисунку 3.13 показано положення осей сопла, електрода-інструменту і 
диференційованого датчика температури при отриманні зміцненого зносостійкого 
поверхневого шару. 
 
Рисунок 3.13 - Формування ерозійно-променевого плазмового покриття 
(Позначення наведені на рисунку 3.12) 
При електроерозійному зміцненні формуються гранули 12 (рисунок 3.13), які 
покривають на висоту гранул 12 шаром мікрочастинок 13 порошку, після чого 
утворюється оплавлений поверхневий шар 14. Для одночасної дії всіх етапів 
зміцнення необхідно налаштовувати пристрій так, щоб осі 15 сопла 2, 16 електрода 
інструменту 4 і вісь 17 датчика 5 поєдналися в точці оплавлення мікрочастинок 13 
порошку на поверхні деталі 6. 
Швидкість переміщення корпусу 1 з соплом, електродом-інструментом 4 і 
датчиком 5 змінюється регулятором 18. 
Мікрочастинки 13 порошку після проходження над деталлю 6 вдаряються в 
відбивач 19 і під кутом а переміщаються в збірник 20 мікрочастинок 13, які 
проходять через датчик 21 витрати мікрочастинок регулятора 22 тиску у форсунках 
2 і надходять в зону зміцнення деталі 6. 
 76 
Спосіб здійснюють наступним чином: підбирають твердий зносостійкий 
матеріал (наприклад твердий сплав) для електрода-інструменту 4, підбирають 
склад газу (наприклад аргону) і встановлюють розміри гранул 12 при 
рекомендованих режимах електроерозійного зміцнення (див. Наприклад книгу [8] 
М.Е.Бутовского «Нанесення покриттів і зміцнення матеріалів концентрованими 
потоками енергії» частина 1. Електроерозійне зміцнення: техніка та технологія. М: 
ІКФ «Каталог», 1998-340с). Вибирають марку і розмір мікрочастинок 13 порошку 
(наприклад нікель, який має високу в'язкість). При виборі мікрочастинок 13 слід 
вибирати їх величину меншою в порівнянні з товщиною шару 14. Поєднання 
твердих гранул і в’язких мікропорошків забезпечують мінімальні коефіцієнти 
тертя деталей і підвищують їх зносостійкість. Після цього настроюють датчик 21 і 
регулятор 22 на тиск газу Pr (3) при якому мікрочастинки 13 повністю заповнюють 
простір між гранулами 12, але не закривають їх (рисунок 3.13). Налаштовують 
положення осей 15 сопла 2, 16 електрода-інструменту 4 і 17 датчика 5 шляхом 
повороту цих деталей щодо осей 7; 8; 9 (рисунок 3.12). Включають регулятор 18 
переміщення корпусу 1 з соплом 2, електродом- інструментом 4 (Vs) і датчиком 5. 
Підключають генератор імпульсів 10 для електроерозійного зміцнення, джерело 
променевої енергії 11. У міру необхідності коригують показники датчиків 5, 21. 
Повертають відбивач 19 в положення, при якому кут α забезпечує 
переміщення всіх зайвих мікрочастинок 13 до збірник 20, для чого заглиблюють 
нижню частину відбивача 19 до збірника 20 до виключення інерційного виносу 
мікрочастинок 13 порошку зі збірника 20. 
Наявність одночасного нагріву гранул 12 мікрочастинок 13 порошку 
забезпечує мінімальні витрати енергії на процес без істотного охолодження шару в 
період його утворення, виключає необхідність підігріву деталі перед впливом 
променя, а відсутність перестановки деталі 6 знижує час обробки. 
Як приклад здійснення способу наведено зміцнення направляючої верстата зі 
сталі 45 з отриманням твердості по Віккерсу не нижче 4000 і з шорсткістю поверхні 
не більше Ra = 1,25 мкм. Товщина покриття з твердого сплаву ВК6 до 100 мкм. Як 
мікрочастинок порошку обраний нікель Н4 з мікрочастинками розміром 10    мкм. 
 77 
Установка включає електроерозійне зміцнення на ЕІЛ-25, плазмотрон ФПУ-114, 
дискретний датчик. 
Швидкість переміщення корпусу при зміцненні 5мм/с, швидкість подачі 
порошку 0,2 г/с. Після обробки отримано поверхню з шорсткістю 1,2-1,1 мкм, 
твердістю по Віккерсу 4500-5000. Дослідження покриття на установці для 
вимірювання тертя показало, що зносостійкість покриття зросла на порядок в 
порівнянні з загартуванням, трудомісткість операції знизилася в 1,5-2,0 рази, а 
витрати енергії на підігрів заготовки в 8-10 разів. 
3.5. Вибір і розрахунок технологічних режимів ерозійно-плазмового 
плазмового покриття 
На загальну товщину покриттів впливає тільки електроерозійна складова, 
тому на вибір технологічних процесів впливає призначення шару, що наноситься: 
- тонкий - для підвищення зносостійкості деталі з використанням покриття без 
подальшої механічної обробки для зниження висоти мікронерівностей. Зазвичай 
товщина такого покриття не перевищує 100-150 мкм і воно може наноситися на 
будь-які струмопровідні матеріали; 
- товстостінні, товщиною від 0,15-0,2 мм до 1,5-2 мм, де перед плазмовим 
напиленням може знадобитися (наприклад, для деталей, що сполучаються) 
механічна обробка. Але цей випадок не завжди відноситься до комбінованих 
методів обробки. Ерозійно-променеві чистові покриття захоплюють область 
відновлення деталей з зносом до 0,3 мм. 
Електроерозійна і променева складові відносяться до електричних методів 
обробки, де визначальним параметром є напруга на електродах, які можуть 
розраховуватися, але зазвичай вибирається з експериментальних даних, тому що 
розрахункові дані мають широкий діапазон параметрів і дають тільки якісну 
картину процесу. 
Як випливає з розділу 3.3 при товщині покриття, що наноситься променевим 
методом, шорсткість навіть поліпшується, тому відповідно до прийнятих 
науковими гіпотезами, можна прийняти, що напруга ерозійної складової 
комбінованого процесу не залежить від такого ж параметра променевого впливу. 
 78 
На рисунку 3.14 наведені залежності напруги (U, В) від висоти (Rz, мкм) 
мікрошорсткості, на підставі яких за заданою в кресленні шорсткості напруга, 
необхідна для електроерозійного покриття. 
 
Рисунок 3.14 - Напруга на електродах, необхідна для отримання електроерозійної 
частини покриття: 
1 – Покриття сталі по сталі; 2 – Покриття чавуном по сталі, алюмінієвого сплаву і 
чавуну; 3 – Покриття металами по нержавіючим сталям; 4 – Покриття металами 
по титанових сплавів 
Далі виконується коригування товщини шару, що наноситься з урахуванням 
плазмового зміцнення для досягнення необхідної шорсткості поверхні (рисунок 
3.15). 
 
Рисунок 3.15 - Зміна товщини покриття в залежності від забезпечення необхідної 
шорсткості: 
 79 
1 електроерозійне покриття; 2 – комбіноване покриття 
З рисунка 3.15 знаходять граничну товщину комбінованого покриття для 
забезпечення необхідної шорсткості його поверхні при одному шарі покриття. За 
величиною граничної товщини заданого шару встановлюють 
(3.59) 
 
де ho - загальна (задана) товщина комбінованого покриття; 
h1 - товщина одиничного електроерозійного шару, що забезпечує задану 
шорсткість покриття (рисунок 3.15). 
Слід враховувати, що зі збільшенням кількості шарів, що наносяться 
електроерозійним методом, їх товщина знижується. Для i-го шару 
(3.60) 
 
де K1 - коефіцієнт, враховує зменшення товщини кожного шару, що 
наноситься (таблиця 3.1). 
 
Таблиця 3.1 - Величина коефіцієнта K1 
 
Величина коефіцієнта К1  для покриття з матеріалів 
Кількість шарів 
сталь чавун твердий сплав хром 
1 1 1 1 1 
2 0,8 - 0,9 0,8 - 0,9 0,5 - 0,7 0,9 - 1,0 
3 0,5 - 0,6 0,6 - 0,7 0,2 - 0,3 0,6 - 0,8 
4 0,2 - 0,3 0,3 - 0,5 0 0,5 - 0,6 
5 0,2 - 0,3 0,3 - 0,4 0 0,4 - 0,5 
6 0,1 - 0,2 0,2 - 0,3 0 0,1 - 0,2 
 
З таблиці 3.1 і формули (4.2) випливає, що кількість нанесених шарів можна 
обмежити 4-5. Це підтверджується дослідженнями, наведеними в [8]. 
Модель процесу електроерозійного нанесення покриттів (розділ 3.3) дозволяє 
по залежності (3.16) розрахувати ємність конденсаторів «C» або енергію імпульсу 
(Au) (3.18), необхідні для отримання покриття. 
Зазвичай енергію імпульсу розраховують при відомих напругах, ємності 
конденсаторів,  тривалості  імпульсу,  струму  в  імпульсі.  Для  вибору     режимів 
 80 
розрахункові дані обмежують діапазоном зміни енергії імпульсу, необхідного для 
отримання необхідної шорсткості (рис.4.2; 4.3), формула (3.52), і умова (3.48). 
Таблиця 3.2 - Енергія імпульсу при електроерозійному покритті 
 
Товщина Енергія імпульсу, 
Покриття Кількість шарів 
покриття, мм Дж 
0,1 - 0,15 0,2 - 1,0 
Сталь по сталі 1 - 3 
до 0,3 1 - 3 
Чавун по сталі 1 - 5 0,1 - 0,15 0,4 - 0, 9 
або чавуну до 0,3 1 - 3 
Термостійкі    
покриття:   
1 - 3 
- по сталям до 0,3 1-3 
1 - 3 
- по титановим 
сплавів 
Сила струму в імпульсі розраховується з умови, що його щільність складає 
100- 200 А/мм2. Одним з показників ефективності ерозійно-променевого покриття 
є швидкість нанесення шарів. При нанесенні кожного шару технологічний час 
становить від 120 до 180 секунд при площі ділянки покриття 100 мм2. При цьому 
середня швидкість подачі електрода з плазмотроном становить 0,5 - 1,0 мм/с. При 
призначенні режимів плазмового зміцнення були проведені експериментальні 
дослідження для всіх етапів, наведених в розділі 3. 
Для поліпшення адгезійних властивостей покриття та якості знежирення 
поверхні підкладки чотирьох зразків зі сталі 45 були обрані наступні варіанти 
знежирення підкладок: бензин «Калоша», очищувач, спирт. Поверхня четвертого 
зразка не знежирюють. Після знежирення підкладок зразки були нагріті в печі до 
350К. Подача газу становила 0,4 л/хв, подача плазмоутворюючого газу - 3 л/хв. 
Відстань від сопла плазмотрона до поверхні зразків становила 12 мм. Після 
випробування поверхні зразків на адгезію був вибраний оптимальний варіант 
(рисунок 4.4) підготовки підкладок: знежирення очищувачем універсальним ТУ 
2384-010¬50161205-2003. 
 81 
 
 
Рисунок 3.16 - Залежність коефіцієнтів адгезії покриттів SiCN на сталі (А) і чавуні 
(Б) від типу розчинника: 
1 бензин; 2 - очищувач; 3 - спирт; 4 - без обробки розчинником. 
Для встановлення оптимальної температури попереднього нагріву шість 
зразків зі сталі 45 були підігріті в печі до різних температур: 350К, 380К, 400К, 
450К, 470К і 500К. Поверхня шостого зразка після нагріву до 500К придбала 
жовтуватий відтінок, що свідчить про окисленні поверхні. На кожен із зразків було 
зроблено по 4 точкових напилення зміцнюючого покриття. Час перших трьох 
напилювань на поверхні кожного зразка становила: 15 с, 30 с і 60 с. Час четвертого 
точкового напилення варіювалося на кожному зразку від 180 с до 300 с. Після 
випробування на адгезійні властивості (рисунок 3.17) і мікротвердість (рисунок 
4.9) зразків з часом нанесення 60 с (що показали кращі характеристики) був 
зроблений висновок, що оптимальним є нагрів до 400К. 
 82 
Температура підігріву, К 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
к-т адгезії 
Рисунок 3.17 - Температура попереднього підігріву підкладки в залежності від 
коефіцієнта адгезії покриття SiCN по сталі (1) і чавуну (2) 
Експериментально встановлено, що подача транспортуючого газу, становить 
0,7 л/хв, плазмоутворюючого газу - 2,75 л/хв. Найкращі адгезійні властивості 
мають зразки, отримані при відстанях 10-14 мм (рисунок 3.18), що підтверджується 
вимірами мікротвердості даного зразка методом Кнупа, на мікротвердомірі ПМТ- 
3М, де було отримано максимальне значення мікротвердості, при відстані від сопла 
плазмотрона до поверхні зразка дорівнює 13 мм (рисунок 3.18). Таким чином, 
відстань від сопла плазмотрона до поверхні зразка 11-13 мм є оптимальним для 
даних умов нанесення покриття. 
 83 
 
 
 
Рисунок 3.18 - Залежність коефіцієнтів адгезії покриттів SiCN від відстані між 
зрізом сопла плазмотрона і покриттям, що наноситься на сталь (1) і чавун (2). 
Напруга на плазмотроні, рекомендована по [13], становить 100-120 В, тобто 
близько до значень, що рекомендуються нами для покриття, що не викликає 
перетікання струму між електродами. Частота сканування променя становить   від 
50 до 120 Гц, що відповідає середній швидкості переміщення 0,5-1,0 мм/с, 
щільність струму - 100-200 А/мм2. 
Таблиця 3.3 - Технологічні режими нанесення ерозійно-променевого 
плазмового зносостійкого покриття 
Рекомендовані 
Складові впливу   
параметри 
комбінованого Параметри режиму Розмірність 
Тонкі Товсті 
процесу 
покриття покриття 
 енергія імпульсу Дж 0,1-1,0 3-4 
 напруга на електродах В 60-80 100-200 
 сила струму А 1-3 5-15 
Електроерозійний ємність конденсаторів мкф 0,1-0,5 0,5-2,0 
тривалість імпульсу мкс 0,2-1,0 2-20 
гранична кількість 
шт 1-2 до 5 
шарів 
 84 
 швидкість 
мм/с 0,5-1,0 0,2-0,5 
переміщення електрода 
 напруга В 100-120 100-120 
 режим подачі газу:    
 - плазмоутворюючого л/хв 2-3 2-3 
 - транспортуючого 0,7-1,0 0,7-1,0 
 щільність струму А/мм2 100-200 100-200 
частота сканування 
Плазмове Гц 100-120 50-60 
променя 
 на 2-3 діаметра краплі 
зміщення променя 
електроерозійного 
щодо електрода 
покриття 
відстань від зрізу сопла 
мм 11-12 11-12 
до покриття 
 
3.6. Вплив режимів нанесення комбінованого покриття на експлуатаційні 
характеристики виробів. 
При плазмовому зміцненні відбувається подальше розтікання краплі, що 
викликає заповнення простору між краплями (рис. 3.2) і підвищення суцільності 
покриття (рисунок 3.19). 
 
Рисунок 3.19 - Суцільність (%) електроерозійного покриття. 
А - покриття хромом по сплаву ЕП655. Товщина 0,15 мм 
Б - покриття твердим сплавом ВК8 по сталі 45. Товщина 0,08 мм; 
В - покриття нікелем по титановому сплаву. Товщина 0,12 мм. 
На рисунку 3.19 видно, що покриття хромом (А на рисунку 4.7), що володіє 
кращою текучістю матеріалу щодо твердого сплаву (Б) дозволяє отримати вищу 
 85 
суцільність поверхневого шару. Цей показник залежить також від інтенсивності 
відводу тепла в матеріал основи, чим, мабуть, пояснюється зниження показника для 
титанового сплаву (С на рисунку 3.19) після нанесення покриття (індекс 1). 
На суцільність може впливати товщина покриття. При цьому суцільність 
зростає зі збільшенням товщини, але при цьому зростає нерівномірність шару, що 
наноситься, потрібно вводити операцію механічної обробки покриття перед 
остаточною комбінованої обробкою поверхні. 
Для порошкових покриттів може застосовуватися багатошарове покриття, яке 
під дією променя плазми дає краще вирівнювання поверхні і дозволяє виключити 
дорогі проміжні операції вирівнювання. 
Показники суцільності (рисунок 3.19) можуть надавати позитивний вплив на 
зносостійкість контактуючих ділянок деталей, тому що незначна нерівномірність 
поверхні знижує ймовірність схоплювання матеріалів контактних пар, а при 
наявності мастила сприяє її утриманню між краплями з зміцненою поверхнею. 
На рисунку 3.20 показано вплив шорсткості різних видів покриттів на зміну 
коефіцієнта тертя при випробуваннях в рідких середовищах з абразивними 
порошками. 
 
Рисунок 3.20 - Зміна коефіцієнта тертя: 
А - ВЖЛ + хром. Товщина покриття 0,1 мм, шорсткість Ra = 0,8 мкм. Б - пара 
 86 
ЕІ437 + ZrВ2. Товщина покриття 0,08 мкм, шорсткість Ra = 0,8 мкм. 
Випробування проводили в рідкій абразивному середовищі. 
Тут (рисунок 3.20) проявляється вплив шорсткості покриття, хоча висота 
мікронерівностей вихідного шару практично не впливає на кінцевий показник. З 
рисунка 3.20 видно, що плазмовий вплив ефективно знижує тертя. Порівняння 
результатів 2 і 3 пар тертя А і Б дає підставу стверджувати, що хром має велику 
текучість в порівнянні з ZnB2. Це підтверджує висновок на рисунку 3.19 про 
можливість підвищення суцільності і зниження висоти мікронерівностей при 
хромових покриттях. 
Зносостійкість контактних пар залежить від мікротвердості покриття. На 
рисунку 3.21 наведені результати випробувань на приладі ПМТ-3М (рисунок 2.7) 
для покриттів, що наносяться з феромагнітного нанопорошків. Товщина шару до 
0,25 мм 
 
Рисунок 3.21 - Мікротвердість покриття: 
1 – нанесений шар з феромагнітного нанопорошку на сталь 1Х18Н10Т; 
2 – нанесений шар зміцнений плазмою 
Аналіз малюнка 3.21 показує, що плазмова складова комбінованого процесу 
дає більш високі показники поверхневого шару по мікротвердості, які 
збільшуються з ростом товщини шару. Деталь виконана зі сталі 1Х18Н10Т. 
Отримані на рисунку 3.21 результати дозволяють рекомендувати застосування 
нанопорошків в технології комбінованого відновлення розмірів деталей. 
 87 
На рисунку 3.22 показана можливість зміцнення і додання стійкості до 
зношування деталей з титанового сплаву. 
 
Рисунок 3.22 - Знос (мм) матеріалів: 
А- покриття хромом по титану ОТ4- 1; Б - покриття хромом по стали 45; Товщина 
покриття 0,1 мм. Час випробувань 350 годин; середовище випробування - повітря, 
контактний тиск 0,24 МПа; температура випробувань 1120 К; швидкість 
переміщення контактних поверхонь 2,5 м/с. 1 - контактні поверхні не мають 
покриття і зміцнення; 2 - нанесено електроерозійне покриття; 3 - нанесено 
одночасно покриття і виконано плазмове зміцнення. 
Досягнута товщина багатошарового (до 4-5 шарів) покриття (рисунок 3.22) дає 
можливість відновлювати геометрію деталей і зберігати (або підвищувати) 
зносостійкість пар тертя. 
Дослідження зносу спряжених поверхонь виконувалося на плоских зразках і 
швидкостях, рекомендованих для створеної машини тертя (рисунок 2.6). На 
рисунку 3.23 наведені результати випробувань для хромових покриттів, що 
наносяться на сплав ХН77. 
 
Рисунок 3.23 - Знос покриття (мг/год), що наноситься на сплав ХН77 
 88 
Температура випробувань: А - 295 К; Б - 970 К. 1 без покриття. Покриття: 2 - 
хром, 3 - хром з плазмовим зміцненням. 
Випробування проводилися на повітрі при контактному тиску 0,25 МПа. Після 
350 годин напрацювання тільки комбінований процес забезпечив збереження 
працездатності пар тертя (рисунок 3.23), де знос не перевищував допустимої 
величини (100 мкм). Отримані результати дозволяють уточнити експлуатаційні 
показники за призначенням ресурсу для деталей, що працюють в рухомих вузлах 
машин. 
При нанесенні хрому та інших покриттів на жароміцні сплави можна 
забезпечити високу зносостійкість деталей, що працюють при підвищених 
температурах. Середній знос в мг / год покриття за умов, наведених на рисунку 3.23 
показав, що без покриття знос значно збільшується з ростом температури, але при 
нанесенні кількох шарів зносостійкість деталей практично вирівнюється, хоча 
гранично допустима температура експлуатації для кожного виду матеріалу деталей 
призначається за іншими критеріями, які є граничними умовами для вибору 
матеріалу розробниками вироби. 
Були проведені дослідження зносостійкості покриття чавуном і іншими 
матеріалами по сталі, що показано в розділі 3.4. Показано, що в якості 
плазмоутворюючого газу для отримання зносостійких покриттів краще аргон і 
гелій, а швидкість нанесення покриття і його зміцнення для сталей становить 2,5-3 
мкм / см2, для нікелю і хрому - 2-2,5 мкм / см2, порошками на 15-20% нижче. 
 89 
Висновок до розділу 3 
 
У третьому розділі розкрито механізм комбінованого отримання покриття, що 
включає попередній променевий підігрів деталі, електроерозійне нанесення 
крапель покриття та подальший плазмовий вплив, який забезпечує їх перекриття, 
формування суцільного шару й модифікацію поверхневого шару. Побудовано й 
проаналізовано фізичні та математичні моделі ерозійно-променевого плазмового 
процесу, які відображають вплив основних технологічних параметрів на тепловий 
стан краплі, характер її розтікання, структуру та мікрогеометрію покриття. На 
основі моделювання та розрахунків здійснено вибір і оптимізацію технологічних 
режимів комбінованого нанесення, що забезпечують раціональне тепловкладення, 
мінімізацію дефектів та підвищення експлуатаційних характеристик покриттів. 
Експериментально встановлено вплив режимів комбінованого покриття на 
твердість, зносостійкість і корозійну стійкість виробів, що підтвердило 
ефективність запропонованої технології. 
 90 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Розділ 4 
Охорона праці та безпека в надзвичайних 
ситуаціях 
Вимоги до безпеки при роботі з електроерозійними верстатами 
 
 
Згідно міжнародного стандарту EN 12957-2007 MACHINE TOOLS - SAFETY 
- ELECTRODISCHARGE MACHINES (IDT), який являє собою ідентичний текст 
міжнародного стандарту ЕН 12957:2001 «Безпека верстатів. Електроерозійні 
верстати» (EN 12957:2001) «Machine tools - Safety - Electrodischarge machines»). 
При цьому в ньому посилання на EN 12437-1 - EN 12437-4 замінена на 
ідентичні стандарти ISO 14122-1 - ISO 14122-4. 
При застосуванні цього стандарту рекомендується використовувати замість 
посилальних міжнародних (регіональних) стандартів відповідні національні 
стандарти. 
Перелік основних небезпек, що розглядаються в цьому стандарті, наведено в 
розділі 3. Стандарт також містить інформацію, яку повинен використовувати 
виробник верстатів, щоб забезпечувати відповідність випускаються верстатів 
вимогам безпеки і здоров'я людини 
4.1 Область застосування 
Даний стандарт встановлює вимоги безпеки і визначає захисні заходи, які 
повинні бути зроблені особами, що здійснюють проектування, виготовлення і 
постачання (включаючи монтаж/демонтаж, транспортування та технічне 
обслуговування) електроерозійного обладнання і електроерозійних систем 
(наприклад, для електроерозійної прошивки, електроерозійної вирізки) цьому 
стандарті також наведена інформація, яку виробник повинен надати в 
розпорядження користувача. 
Вимоги цього стандарту не поширюються на обладнання для 
електроконтактного та електрохімічної обробки. 
Цей стандарт передбачає використання електроерозійного обладнання у 
звичайній виробничій обстановці і вибухобезпечним атмосфері, включаючи 
монтаж/демонтаж, транспортування та технічне обслуговування. 
Справжній стандарт поширюється також на додаткові пристрої, які є 
невід'ємними складовими частинами верстатів для електроерозійної обробки. 
92 
Цей стандарт розглядає значні небезпеки, які представлені в розділі 3, таблиця 
1, та заходи їх запобігання, які представлені в плакаті по Охороні Праці. 
Для верстатів або устаткування, на які поширюється цей стандарт можуть 
застосовуватися вимоги Європейської Директиви 94/9/ЄС щодо обладнання та 
захисних систем, призначених для застосування в потенційно вибухонебезпечній 
атмосфері. 
4.2 Нормативні посилання 
У цьому стандарті використані датовані й недатовані посилання на міжнародні 
стандарти. При датованих посилань наступні редакції міжнародних стандартів або 
зміни до них дійсні для цього стандарту тільки після введення змін до цього 
стандарту, або шляхом підготовки нової редакції цього стандарту. 
Для недатованих посилань дійсно останнє видання наведеного стандарту, 
включаючи зміни: 
EN 2:1992 Класифікація пожеж 
EN 54-1:1996 Виявлення загорянь і системи пожежної тривоги. Частина 1. 
Введення. 
EN 292-1:1991 Безпечність машин. Основні положення, загальні принципи 
конструювання. Частина 1. Основні терміни, методологія. 
EN 292-2:1991 Безпечність машин. Основні поняття, загальні принципи 
конструювання. Частина 2. Технічні принципи та технічні умови 
EH 292-2:1991/A1:1995 Безпечність машин. Основні положення, загальні 
принципи конструювання. Частина 2. Технічні принципи та технічні умови 
EN 294:1992 Безпечність машин. Безпечні відстані для запобігання верхніх 
кінцівок від попадання в небезпечну зону 
EN 349:1993 Безпечність машин. Мінімальні відстані для запобігання 
защемлення частин людського тіла 
EN 418:1992 Безпечність машин. Встановлення аварійного вимикання. 
Функціональні аспекти. Принципи конструювання 
EN 626-1:1994 Безпечність машин. Зниження ризиків для здоров'я від впливу 
шкідливих речовин, що виділяються при експлуатації машин. 
 
93 
Частина 1. Принципи і специфікації для виробників верстатів. 
EN 775:1992 Управління промисловими роботами. 
EN 811:1996 Безпечність машин. Безпечні відстані для запобігання нижніх 
кінцівок від попадання в небезпечну зону 
EN 953:1997 Безпечність машин. Огородження. Загальні вимоги щодо 
конструювання огорож 
EN 954-1:1996 Безпечність машин. Елементи систем управління, пов'язані з 
безпекою. Частина I. Загальні принципи конструювання 
EN 982:1996 Безпечність машин. Вимоги безпеки до гідравлічних та 
пневматичних систем і їх компонентів. Гідравліка 
EN 983:1996 Безпечність машин. Вимоги безпеки до гідравлічних та 
пневматичних систем і їх компонентів. Пневматика 
EN 999:1998 Безпечність машин. Розташування захисних пристроїв з 
урахуванням швидкостей наближення частин тіла людини 
EN 1037:1995 Безпечність машин. Запобігання несподіваного пуску 
EN 1050:1996 Безпечність машин. Принципи оцінки ризику 
EN 1070:1998 Безпечність машин. Термінологія 
EN 1088:1995 Безпечність машин. Блокувальні пристрої, пов'язані із 
захисними пристроями. Принципи конструювання та вибору 
ISO  14122-1  Безпечність  машин.  Стаціонарні  засоби  доступу  до    машин. 
Частина 1. Вибір фіксованих засобів доступу між двома рівнями 
ISO 14122-2 Безпечність машин. Стаціонарні засоби доступу до машин. 
Частина 2. Робочі платформи і містки 
ISO  14122-3  Безпечність  машин.  Стаціонарні  засоби  доступу  до    машин. 
Частина 3. Сходи, щаблі й поруччя 
ISO  14122-4  Безпечність  машин.  Стаціонарні  засоби  доступу  до    машин. 
Частина 4. Фіксовані сходи. 
4.3 Перелік основних небезпек 
Перелік основних небезпек, що містяться в таблиці 1 відповідає EN 1050 для 
всього електроерозійного обладнання, на яке поширюється цей стандарт.  Вимоги 
 94 
безпеки та заходи безпеки, засновані на оцінці ризиків і забезпечують або повне 
усунення ризиків, або скорочення ризиків до мінімуму. 
В таблиці 4.1 наведено перелік значних небезпек, які можуть виникнути при 
роботі на ЕЕ верстатах. 
З представлених в таблиці 4.1 основних небезпек особливу увагу слід виділити 
наступним: 
- електричним небезпекам (напрузі на електродах); 
- горючої робочої рідини (рівню, температурі, виявлення вогню); 
- небезпечних речовин (продуктів ерозії, фільтрів, використаної робочої 
рідини,газоподібним продуктів розкладання робочої рідини, ЕІ і шламу); 
- електромагнітного випромінювання (випромінюється і супутнього). 
При проектуванні верстатів конструктор повинен приділяти основну увагу 
небезпекам, яким можуть піддаватися оператори чи інші люди, що мають доступ в 
небезпечні зони, включаючи і досить передбачуване використання верстата не за 
призначенням [EN 292-1 (пункт 3.12)]. 
Слід враховувати всі небезпеки, які виникають в процесі електроерозійної 
обробки в автоматичному режимі та/або у процесах, що вимагають втручання 
оператора або інших людей (наприклад, при наладці, чищення, обслуговуванні і 
ремонті). 
Хоча акустичний шум не розглядається як значна небезпека для ЕЕ верстатів, 
виробник не звільняється від обов'язку зменшувати шум і оформлю вати 
декларацію про шум. При проектуванні конкретного обладнання конструктор 
зобов'язаний врахувати всі основні небезпеки. 
Таблиця 4.1Перелік значних небезпек і основних джерел цих небезпек при 
роботі  з ЕЕО верстатами 
 Перелік Діяльність, яка 
Джерело небезпечних Зона 
основних викликає небезпечні 
ситуацій виникнення 
небезпек ситуації 
  Наладка, обробка, На верстаті і 
Рух елементів верстатів 
 технічне обслуговування поряд з ним 
Механічні Пристосування і Завантаження/ Між 
кріплення оброблюваної розвантаження, притискним 
деталі переорієнтація деталі пристосування 
 95 
    між деталлю 
   Пошкодження 
Деталі верстату, які 
Технічне обслуговування ізоляція 
Електричні знаходяться під 
і ремонт верстату електрокабелю 
напругою 
і оснащення 
 Небезпеки Під час процесу ЕЕО,  
Викид робочої рідини, 
викликані налагодження технік. На верстаті і 
капель, пару,диму, 
матеріалами чи обслуговування і поряд з ним 
тощо 
речовинами керування верстатом 
 Газоподібні продукти   
розпадання робочої 
Займання Під час процесу ЕЕО, Біля верстату  і 
рідини, неполадки в 
полум’ям, вибух налагодження в робочій ванні 
роботі  подачі 
електроенергії 
 Несподівані Виключення  вузлів   
запуски, верстату, обладнання Після відновлення 
На верстаті 
повороти, після відновлення енергопостачання 
прокручування енергопостачання 
Збій в роботі Механічні небезпеки Під час  роботи,  
системи викликані рухом частин налагоджування, 
На верстаті 
управління верстату, електричні чищення  технічного 
верстату небезпеки чи пожежа обслуговування, ремонту 
4.4 Вимоги безпеки і захисні заходи 
4.4.1 Загальні вимоги 
ЕЕ верстати повинні відповідати вимогам безпеки або захисним заходам, 
щодо можливих, але незначних небезпек, які не розглядаються в цьому стандарті 
проектування верстатів повинно здійснюватися у відповідності з ЄП 292. 
4.4.2 Режими роботи 
Відповідно до EH 292-2/A1 (пункт 1.2.5) і EN 60204-1 (пункт 9.2.3) вибір 
режиму роботи повинен здійснюватися за допомогою перемикача режимів з 
блокуванням. Оператор може вибирати режим роботи, тільки перебуваючи поза 
робочої зони, і коли цей вибір не може ініціювати пуск верстата. На верстаті має 
бути індикація вибраного режиму роботи (перемикач позицій, світловий індикатор 
або дисплей). Пристрої вибору режимів роботи повинні забезпечувати тільки один 
режим роботи в конкретний момент. Елементи пристрою вибору режиму роботи 
повинні відповідати категорії 1 по EN 954-1. Додатково повинні бути проведені 
захисні технічні заходи відповідних режимів роботи. 
 96 
4.4.3 Захисні заходи, що відносяться до режимів роботи 
4.4.3.1 Автоматичний режим 
Початок роботи верстата в автоматичному режимі можливо тільки при 
закритих огорожах тоді, коли включені всі відносяться до безпеки елементи 
системи управління верстатом (наприклад, захисні замки, засоби пожежної безпеки 
та пристрої для видалення диму при застосуванні горючих робочих рідин і т.п.). 
4.4.3.2 Режим роботи - «Наладка» 
Безпека роботи верстата в режимі «Наладка» повинна бути забезпечена 
відповідно до вимог EN 60204-1 (пункт 9.2.4). Швидкість лінійних переміщень 
повинна бути не більше 2 м/хв з кроком не більше 6 мм. Зупинка по закінченні 
покрокового руху повинен відповідати категорії 2 по EN 60204-1 (пункт 9.2.2). 
Частота обертання не повинна перевищувати 50 хв. Елементи системи 
контролю обмеження частоти обертання повинні відповідати категорії B по EN 
954-1, а щоб відповідати вимогам категорії 3 по EN 954-1, повинні бути додані 
наступні пристрої: 
- контролер спільно з відмикає пристроєм; 
- ручне введення даних (MDI) з подальшим початком циклу спільно 
відмикаючим пристроєм 
- електронний маховичок спільно з пристроєм розблокування. 
Пристрій розблокування повинно відповідати EN 60204-1 (пункт 9.2.5.8) 
 
4.4.3.3 Функції переривання. Зупинка в робочому режимі 
Для  кожного  режиму  роботи  ЕЕ  верстата  повинен  бути       передбачений 
«Зупинка в робочому режимі», який реалізується спеціальним пристроєм. При 
виконанні функції «Зупинка в робочому режимі» енергоживлення двигунів 
привода подач, приводу заживного пристрою деталі (наприклад, механізований 
патрон) і ЧПУ не має відключатися [(EH 292-2/A1, пункт А.1.2.4). Приклад 
зображено на рис 4.1. 
Примітка. Відкриття огорожі або збій встановлених значень температури або 
рівня технологічної рідини повинно призвести до виключення  електроерозійного 
 97 
процесу, до зупинки руху деталей верстата, відключення енергопостачання та 
перекладу верстата в режим холостого ходу, з зазначенням помилок. 
 
Рисунок 4.1 Приклад схематичного зображення діаграми функції безпеки 
електроерозійного верстату 
4.4.3.4 Аварійна зупинка 
ЕЕ верстат повинен бути обладнаний пристроями аварійної зупинки, що 
відповідають ЄП 418 і EN 292-2 (пункт 6.1.1). 
Функції системи аварійної зупинки повинні відповідати вимогам категорії 1 
по EN 60204-1 (пункт 9.2.2). 
Для ЕЕ верстатів без ЧПУ з рухом по керованим координатами (наприклад, 
верстат з однієї робочої віссю, включаючи пристрої електромеханічного 
планетарного руху або свердлильні верстати електроерозійні) може бути 
застосована функція зупинки категорії 0 за 60204-1 (пункт 9.2.2). Елементи системи 
аварійної зупинки повинні відповідати категорії 3 по ЄП 954 - 1. 
Пристрій аварійної зупинки повинна бути на кожному робочому 
місці,включаючи: 
- головний пульт управління; 
- кожен виносний пульт управління (якщо такі є); 
- місце завантаження/вивантаження оброблюваних деталей (якщо воно 
відокремлене від робочого місця основного оператора); 
 98 
- поблизу і всередині огорожі інструментального магазину (якщо можливий 
доступ до корпусу), якщо інструментальний магазин відділений від робочої зони. 
4.5 Керівництво по експлуатації 
4.5.1 Загальні вимоги 
Керівництво по експлуатації повинно забезпечити користувача ЕЕ верстата 
всій необхідною інформацією і правилами для безпечної експлуатації устаткування 
виробничих умовах. 
Керівництво по експлуатації повинно відповідати EH 292-2/A1 (пункти 5.5 та 
А.1.7.4). 
4.5.2 Спеціальні рекомендації по підготовчим роботам на робочому 
майданчику 
Керівництво по експлуатації повинно нагадувати користувачеві, що необхідно 
дотримуватися вимог законодавчих документів, прийнятих місцевими органами 
влади, на території яких використовуються ЕЕ верстати: 
- роботи з небезпечними речовинами, що утворюються в процесі ЕЕО; 
- про охорону навколишнього середовища від викидів з витяжної системи; 
- про протипожежних вимогах до зберігання відходів та спеціальні вимоги до 
ЕЕ верстата; 
- із запобігання потрапляння що пролилася робочої рідини в грунт. 
Інформація для користувача містити більш детальну інформацію, що 
стосується: 
1. загальної безпеки: 
- обладнання пожежонебезпечно і не повинно використовуватися у 
вибухонебезпечній атмосфері, 
- підлога довкола обладнання не повинен бути слизьким, особливо в місцях, 
де необхідний частий доступ людини до верстата, 
- навколо верстата має бути достатньо місця для обслуговуючого і ремонтного 
персоналу, 
- необхідно оформлювати декларацію про шум у відповідності з 
EN ISO 4871, хоча акустичний шум обладнання не вважається небезпечним; 
 99 
2. енергоживлення: 
- зовнішні джерела живлення (електрика, гідравліка та/або пневматика), 
- заземлення ЕЕ верстата; 
3 горючої робочої рідини: 
- використання негорючих матеріалів для підключення зовнішніх джерел 
(наприклад, централізованих фільтрувальних та/або витяжних систем), 
- припис про використання рідинних бар'єрів для запобігання поширення 
вогню, 
- припис про заборону використання води в системі пожежогасіння; 
4. додаткова інформація про засоби пожежогасіння: ( рис. 4.2.) 
- розміри і розташування форсунок, 
-оптимізоване тиск для засобів пожежогасіння, 
5. рекомендації про підключення пристрою виявлення загоряння на ЕЕ 
верстаті до установки пожежогасіння: 
-.електропідключення: 
- припис щодо використання бар'єрів для запобігання розповсюдження вогню, 
- заходи щодо запобігання вогню або вибуху з будь-якими необхідними 
знаками або письмовими попередженнями; 
 
Рисунок 4.2 Система виявлення пожежі (схема підключення) 
6. правила безпеки для мінімізації небезпеки спалаху: 
 100 
- використання відповідного типу горючих робочої рідини з температурою 
спалаху парів не нижче 60 °C у закритому тиглі, 
- уникання відкритого вогню, 
- спеціальні запобіжні заходи; 
7. схема підключення системи охолодження робочої рідини до ЕЕ верстата, 
включаючи наступну інформацію: 
- швидкість потоку, 
- потужність теплообміну і т.д.; 
- небезпечних речовин: 
- оновлення повітря у виробничих приміщеннях за допомогою: 
- припливної вентиляції, необхідної для створення атмосфери, 
- витяжної вентиляції для видалення диму, 
- пристрій рециркуляції повітря, 
- електропідключення пристрою контролю потоку повітря, що забезпечує 
гарантії зупинки потоку повітря у разі виявлення займання, 
- перелік рекомендованих дренажних установок на робочій площадці, 
забезпечують запобігання біологічних катастроф через витік робочої рідини; 
- електромагнітних випромінювань (ЕМС): 
- металеві (струмопровідні елементи зовнішніх пристроїв (фільтрів, системи 
видалення диму), що проходять через захисний екран від електромагнітних 
перешкод, та повинні бути електрично з'єднані з цим екраном, у разі приєднання 
до виступаючому ковпачку, таке з'єднання не обов'язково. 
4.5.3 Спеціальні рекомендації для ЕЕ верстата 
Виробник зобов'язаний надати детальну інформацію: 
- про навчання персоналу, який буде працювати на верстаті чи обслуговувати 
його, де повинні розглядатися різні завдання (робота, контроль, ремонт); 
- про організацію автоматичної роботи ЕЕ верстатів; 
- перелік всіх специфічних небезпек, визначених для цих верстатів в розділі 3, 
і  відповідні  заходи, що  забезпечують безпеку, відповідно до  розділу  4, а  також 
 101 
процедури періодичної перевірки (випробування, чищення, регулювання, заміни) і 
їх частота (щодня, щотижня,); 
- перелік всіх необхідних робіт і робіт, яких необхідно уникати: 
- вимоги до установки додаткового захисного обладнання (система 
автономної витяжної вентиляції, система пожежогасіння, вентиляція 
приміщень, аварійна сигналізація),носіння персоналом засобів особистого захисту 
(рукавичок, окулярів, респіраторів, взуття), засоби особистої гігієни), 
- електричні ризики; 
- про існуючі або потенційні небезпеки з-за відходів роботи ЕЕ верстата 
(використані: робочої рідини, мастил, фільтрів, електродів, осаду у ванні 
верстата і агрегаті робочої рідини, смол і продуктів ерозії); 
- про запобігання забруднення із-за протікання, переповнення і неправильного 
дренажу; 
- про правила безпеки для запобігання нещасних випадків (наприклад, 
безпечний рівень робочої рідини повинен бути не менше 40 мм над зоною 
обробки, уникнути газових кишень в порожнинах оброблюваних деталей в 
електродах - інструментах); 
- про умови, що призводять до включення запобіжних механізмів: 
- вогонь у ванні верстата,висока температура робочої рідини у ванні верстата, 
низький рівень діелектричної рідини в робочій ванні, недостатній потік повітря у 
витяжній системі і т.д.; 
- про основні властивості і типи запобіжних механізмів: 
- візуальний, 
- звуковий, 
- зовнішній/дистанційний сигнал, включаючи специфікацію під'єднань 
аварійної зупинки, 
- блокування, 
- про відповідних діях, ручних або автоматичних, які повинні бути зроблені 
після отримання аварійного сигналу, 
 102 
- відключення генератора технологічного струму ЕЕ верстата і системи 
видалення газів, закриття витяжних повітроводів, 
- закриття клапанів контролю рідини, 
- використання засобів пожежогасіння тощо. 
 
 
 
Рисунок 4.3 Схема основних елементів і прикладів захисного екранування на 
електроерозійному вирізному верстаті 
 103 
Висновки до розділу 4 
У четвертому розділі проаналізовано основні небезпеки, що виникають при 
роботі з електроерозійним і плазмовим обладнанням, а також вимоги чинних 
нормативних документів і стандартів щодо безпеки праці. Визначено вимоги до 
організації робочих місць, електробезпеки, заземлення, вентиляції, пожежної 
безпеки, освітлення та засобів колективного й індивідуального захисту персоналу. 
Розглянуто заходи щодо попередження ураження електричним струмом, опіків, дії 
аерозолів та шкідливих газів, а також дій персоналу в разі виникнення аварійних і 
надзвичайних ситуацій. Сформульовано комплекс організаційних і технічних 
рекомендацій, виконання яких забезпечує безпечну експлуатацію 
електроерозійних і плазмових установок та зниження професійних ризиків для 
обслуговуючого персоналу. 
 104 
Загальний висновок 
У кваліфікаційній роботі магістра розв’язано науково-практичне завдання 
підвищення якості та зносостійкості поверхневого шару корозійностійких 
покриттів на деталях вузлів тертя транспортного та технологічного обладнання 
шляхом удосконалення параметрів комбінованого електроерозійно-плазмового 
процесу нанесення та променевого вирівнювання мікропрофілю електроерозійного 
покриття. На основі теоретичних та експериментальних досліджень сформовано 
підходи до побудови технології ерозійно-променевого плазмового покриття, 
здатної забезпечити необхідний комплекс експлуатаційних властивостей деталей. 
1. На основі аналізу літературних джерел з електроерозійних, 
променевих, плазмових та комбінованих методів формування зносостійких і 
корозійностійких покриттів обґрунтовано доцільність застосування комбінованих 
технологій для відновлення та зміцнення деталей вузлів тертя складної форми. 
Показано, що поєднання різних фізико-технологічних впливів у межах єдиного 
процесу дозволяє розширити область застосування традиційних методів нанесення 
покриттів і підвищити їх ефективність. 
2. Розроблено технологічний процес комбінованого електроерозійно- 
плазмового нанесення корозійностійких покриттів, у якому нанесення покриття 
здійснюється в межах однієї технологічної схеми без порушення високоміцних 
поверхневих шарів, сформованих променевим зміцненням. Запропоновано 
принцип поділу комбінованого процесу на логічно послідовні етапи (попередній 
підігрів, електроерозійне нанесення крапель покриття, плазмовий вплив), що 
дозволило розглядати формування покриттів як єдиний керований процес. 
3. Побудовано фізичні та математичні моделі ерозійно-променевого 
плазмового процесу, які відображають механізм взаємопов’язаного впливу 
теплових потоків на краплю покриття та поверхневий шар деталі. Показано, що 
керування енергетичними та часовими параметрами імпульсів, швидкістю 
переміщення інструмента і режимами плазмового впливу дає можливість 
цілеспрямовано формувати структурно-фазовий стан і мікрогеометрію 
поверхневого шару, доводячи їх до рівня, що відповідає вимогам до виробів нових 
 105 
поколінь наукомісткої техніки. 
4. На основі створених моделей та результатів дослідження впливу 
параметрів процесу сформовано рекомендації щодо вибору раціональних 
технологічних режимів комбінованого ерозійно-променевого плазмового 
покриття. Показано, що правильний добір параметрів дозволяє забезпечити 
формування суцільного рівномірного покриття з покращеними показниками 
мікрогеометрії, твердості та експлуатаційних характеристик у порівнянні з 
вихідним станом поверхні. 
5. Встановлено, що застосування комбінованого електроерозійно- 
плазмового процесу нанесення корозійностійких покриттів сприяє підвищенню 
зносостійкості та надійності деталей, які працюють в умовах інтенсивного тертя та 
дії агресивних середовищ. Показано можливість розширення області використання 
нових способів і пристроїв для нанесення металевих покриттів, зокрема ерозійно- 
променевого плазмового покриття, за рахунок підвищення ресурсу безвідмовної 
роботи, зниження трудомісткості та собівартості операцій покриття. 
6. Сформульовано комплекс практичних рекомендацій щодо 
застосування розробленої технології комбінованого електроерозійно-плазмового 
нанесення корозійностійких покриттів для відновлення та зміцнення деталей вузлів 
тертя транспортного та технологічного обладнання. Використання запропонованих 
підходів дозволяє підвищити ефективність ремонтно-відновлювальних робіт і 
забезпечити стабільні експлуатаційні показники відновлених деталей протягом 
усього ресурсу їх роботи. 
 106 
Список використаної літератури 
1. Фесенко А.Г., Дідик Р.П., Джур Є.О. Методи поверхневого зміцнення 
у процесі виготовлення деталей машин : навч. посіб. – Дніпро : РВВ ДНУ, 2015. – 
104 с. 
2. Корж В.М. Нанесення покриття : навч. посіб. – Київ : Арістей, 2005. – 
204 с. 
3. Рожков О.Д. Технологія нанесення покриттів. Частина II : навч. посіб. 
– Дніпро : НМетАУ, 2008. – 38 с. 
4. Геворкян Є.С., та ін. Інтегровані технології обробки матеріалів : 
підручник. – Харків : УкрДАЗТ, 2016. – 368 с. 
5. Ковалевський С.В. Технологія функціональних та нановерхонь : навч. 
посіб. – Краматорськ : ДДМА, 2016. – 180 с. 
6. Кіндрачук М.В. Хімічна корозія та захист металів : навч. посіб. – Харків 
: ХНУ ім. В.Н. Каразіна, 2017. – 172 с. 
7. Kalakhan O., Okhota H. Corrosive-mechanical properties of plasma coatings 
on titanium alloys. Вісник Тернопільського держ. техн. ун-ту. 2004. Т. 9, №1. С. 5– 
10. 
8. Vigilyanska N.V. Corrosion resistance of TiAl-based composite coatings 
obtained by supersonic plasma spraying. – Наук. праці Житомирського держ. ун-ту, 
2022. 
9. Marchenko D.D. Increasing the wear resistance of restored car parts by 
electrospark alloying. Problems of Tribology. 2023. №2(100). С. 66–72. 
10. Marchenko D. Wear-resistant coatings on steel samples when forming by 
combined technology based on electrospark alloying. Materials Science. 2021. Vol. 56, 
No. 1. P. 83–91. 
11. Tarelnyk V.B., Gaponova O.P., Loboda V.B., та ін. Improving ecological 
safety when forming wear-resistant coatings on the surfaces of rotation body parts of 
12Kh18N10T steel using a combined technology based on electrospark alloying. Surface 
Engineering and Applied Electrochemistry. 2021. Vol. 57. P. 173–184. 
12. Тарельник  В.Б.,  Тарельник  Н.В.,  та  ін.  Новий  спосіб   відновлення 
 107 
зношених поверхонь сталевих деталей з використанням комбінованої технології. 
Науковий вісник ІФНТУНГ. 2021. №2. С. 90–98. 
13. Тарельник Н.В., Тарельник В.Б., та ін. Удосконалення технології 
електроіскрового легування для формування зносостійких покриттів. Вісник 
ХНТУ. 2024. №2. С. 45–53. 
14. Romanov D.A., et al. Fundamental research on the structure and properties 
of coatings obtained by electroexplosion spraying with subsequent electron-beam 
treatment. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. 2004. Vol. 22, No. 2. P. 204–216. 
15. Romanov D. et al. Improvement of copper alloy properties in electro- 
explosive plasma discharge. Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 374. 124862. 
16. Sadeghi E., Markocsan N., Joshi S. Advances in corrosion-resistant thermal 
spray coatings for renewable energy power plants. Journal of Thermal Spray Technology. 
2019. Vol. 28, No. 3. P. 598–626. 
17. Meng F. et al. Development and research status of wear-resistant coatings on 
copper and its alloys: Review. Crystals. 2025. Vol. 15, No. 3. 204. 
18. Hudomalj U., Fallahi Sichani E., Weiss L., Nabavi M., Wegener K. In situ 
spatially resolved coating thickness measurements in thermal spraying. Journal of 
Thermal Spray Technology. 2024. Vol. 33, No. 4. P. 806–818. 
19. Siegmann S., Leparoux M., Rohr L. The role of nano-particles in the field of 
thermal spray coating technology. Proc. SPIE, 5824. 2005. P. 224–231. 
20. Islam K.S. et al. Nanomaterial-based thermal spray coating technology. 
Heliyon. 2025. (оглядова стаття про наноматеріали для термічних покриттів). 
21. Salimi Jazi H. (ed.) Advanced Plasma Spray Applications. – Rijeka : InTech, 
2013. – 220 p. 
22. Heimann R.B. Plasma Spray Coating: Principles and Applications. 2nd  ed. 
– Weinheim : Wiley-VCH, 2008. – 449 p. 
23. Ružbarský J., Panda A. Plasma and Thermal Spraying. – Cham : Springer, 
2017. – 108 p. 
24. Espallargas N. (ed.) Future Development of Thermal Spray Coatings: Types, 
Designs and Applications. – Cambridge : Woodhead Publishing, 2015. – 400 p. 
 108 
25. Espallargas N. Introduction to thermal spray coatings. In: Future 
Development of Thermal Spray Coatings. – Cambridge : Woodhead Publishing, 2015. – 
P. 1–13. 
26. Burakowski T., Wierzchon T. Surface Engineering of Metals: Principles, 
Equipment, Technologies. – Boca Raton : CRC Press, 1998. – 608 p. 
27. Mittemeijer E.J., Somers M.A.J. (eds.) Thermochemical Surface 
Engineering of Steels. – Cambridge : Woodhead Publishing, 2014. – 764 p. 
28. Wells A. The surface engineering of metals. In: Surface Engineering of 
Metals. – Oxford : Pergamon Press, 1986. – P. 369–400. 
29. Espallargas N., Mubarok F. Tribological behaviour of thermally sprayed 
silicon carbide coatings. Tribology International. 2015. Vol. 82. P. 48–58. 
30. Nieto S.A., Schmid R., Johnsen H., Espallargas N. Functionalized thermal 
spray coatings. Surface and Coatings Technology. 2015. 
31. ASM Handbook. Volume 5: Surface Engineering. – Materials Park, OH : 
ASM International, 1994. – 1100 p. 
32. Hutchings I., Shipway P. Tribology: Friction and Wear of Engineering 
Materials. 2nd ed. – Oxford : Butterworth-Heinemann, 2017. – 412 p. 
33. Blau P.J. Friction Science and Technology: From Concepts to Applications. 
3rd ed. – Boca Raton : CRC Press, 2018. – 503 p. 
34. ASM Handbook. Volume 18: Friction, Lubrication, and Wear Technology. 
– Materials Park, OH : ASM International, 1992. – 944 p. 
35. Plasma Spray Coatings: Enhancing the Corrosion Resistance of Magnesium 
Alloy AZ91D. – Saarbrücken : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2020. – 120 p. 
(корозійностійкі плазмові покриття на магнієвих сплавах). 
36. ISO 14923:2003. Thermal spraying — Characterization and testing of 
thermally sprayed coatings. – Geneva : International Organization for Standardization, 
2003. 
37. ISO 2063-1:2019. Thermal Spraying — Zinc, aluminium and their alloys — 
Part 1: Designation, requirements and testing. – Geneva : ISO, 2019. 
38. ISO 14232-1:2017. Thermal spraying — Powders — Part 1: 
 109 
Characterization and technical supply conditions. – Geneva : ISO, 2017. 
39. Закон України «Про охорону праці» від 14.10.1992 №2694-XII (зі 
змінами та доповненнями). 
40. Закон України «Про пожежну безпеку» від 17.12.1993 №3745-XII (зі 
змінами). 
41. НПАОП 40.1-1.21-98. Правила безпечної експлуатації 
електроустановок споживачів. – Офіц. вид. 
42. НПАОП 0.00-1.28-10. Правила охорони праці під час експлуатації 
обладнання, що працює під тиском. – Офіц. вид. 
43. ДСН 3.3.6.042-99. Державні санітарні норми мікроклімату виробничих 
приміщень. – Київ : МОЗ України, 1999. 
44. ДБН В.1.1-7-2016. Пожежна безпека об’єктів будівництва. – Київ : 
Мінрегіонбуд України, 2016. 
45. Ющенко К.А. (ред.), Корж В.М., та ін. Нанесення покриттів : 
підручник. – Київ : Арістей, 2005. – 400 
46. Методичні рекомендації до підготовки кваліфікаційної роботи для 
здобувачів освітнього ступеня «магістр» зі спеціальності 131 Прикладна механіка 
усіх форм навчання [Електронний ресурс] / [упоряд.: Г.В. Канашевич, Є.Я. Губар, 
О.О. Коваленко, Є.В. Хижняк ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. 
ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2023. – 34 с. 
 110