[发明专利]一种对金属-陶瓷功能梯度材料的自诱导电火花加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对金属-陶瓷功能梯度材料的加工方法。

背景技术

功能梯度材料由于其材料参数在空间呈梯度连续变化而能够有效地消除传统复合材料中存在的材料参数在界面处失配问题，因此可以提高界面区域材料性能，充分发挥复合材料较之双材料的优势，使之得以在航空航天领域发挥巨大的应用价值，并逐渐扩大到机械工程、核能源、生物医学工程及建筑等诸多领域，应用前景十分广阔。

根据应用场合的不同，功能梯度材料可以设计成金属-金属、金属-陶瓷、非金属-非金属、非金属-陶瓷、陶瓷-陶瓷等多种形式，其中金属-陶瓷功能梯度材料的研究与需求最为广泛和迫切，其加工难度也极大。

功能梯度材料沿着某一方向其物理、化学、力学等单一或复合性能必然发生连续梯度变化，因此也必将导致其加工性能的改变，使依赖于刀具强度、硬度等的传统加工方法对其有些力不从心。

金属-陶瓷功能梯度材料由于其新颖性和性能多样性，目前对金属-陶瓷功能梯度材料的研究主要集中在材料的设计和制备方面，而对其加工方法的研究还鲜有报导。但是任何一种新材料从出现到最终成为实用化功能零部件，都将无法逾越中间的加工、制造环节。金属-陶瓷功能梯度材料的设计、制备与表征等正逐渐走向成熟，应用目标日趋明确。现阶段，有针对性地开展这种新材料加工方法的研发正当其时。

发明内容

本发明要解决现有的依赖于刀具强度、硬度等的传统机械加工方法难以实现对金属-陶瓷功能梯度材料进行再加工的问题，而提供一种对金属-陶瓷功能梯度材料的自诱导电火花加工方法。

本发明对金属-陶瓷功能梯度材料的自诱导电火花加工方法按以下步骤进行：

一、将金属-陶瓷功能梯度材料与脉冲电源正极相连，工具电极与脉冲电源负极相连，然后将金属-陶瓷功能梯度材料浸在煤油工作液中，其中金属-陶瓷功能梯度材料由金属层、梯度层和陶瓷层组成；

二、由进给机构驱动工具电极向工件接近，接通脉冲电源，逐步完成金属层、梯度层和陶瓷层的放电加工。

本发明金属-陶瓷功能梯度材料自诱导电火花加工方法，将材料本身的性能与电火花加工方法进行有机结合，利用材料本身的金属基作为陶瓷加工的辅助电极自诱导源。本发明将金属-陶瓷功能梯度材料浸在煤油工作液中，在电火花加工脉冲电源的作用下不借助于外部辅助电极，利用梯度材料金属层的电火花放电使煤油工作液经热分解产生的碳附着在待加工表面并形成一层导电膜，使绝缘陶瓷层表面具有导电性来实现对绝缘陶瓷的电火花放电加工；在正极性加工条件下，绝缘性陶瓷材料被不断去除的同时，表面不断形成新的导电膜，从而使绝缘性陶瓷材料不断被蚀除，直至完成所要求尺寸的加工。

本发明的有益效果是：本发明充分发挥金属-陶瓷功能梯度材料中金属层与陶瓷层结合紧密且材料金属基可以作为陶瓷材料加工诱导源等材料本身所具有的特性，克服了由于金属-陶瓷功能梯度材料沿着某一方向其物理、化学、力学等单一或复合性能发生连续梯度变化，导致其加工性能的改变，而使依赖于刀具强度、硬度等的传统加工方法对其加工较困难的缺点。由于在材料制备过程中实现了材料金属基与陶瓷基的致密结合，使得金属-陶瓷功能梯度材料放电加工过程稳定且连续性得到保障，加工效率得到提高；采用自诱导辅助电极完成绝缘陶瓷材料的放电加工，加工能量适当，因此可以保证工件表面的加工质量和加工精度。

本发明利用金属-陶瓷功能梯度材料本身的金属基作为陶瓷材料加工的自诱导源，实现了金属-陶瓷功能梯度材料的电火花加工，一方面丰富了电火花加工技术的内涵，另一方面促进了新材料的应用。

本发明用于对金属-陶瓷功能梯度材料的加工。

附图说明

图1是本发明加工装置示意图，其中1为旋转主轴，2为工具电极，3为煤油，4为工件，5为工作液槽，6为脉冲电源系统，7为工作台；

图2是实施例一金属-陶瓷功能梯度材料金属层放电加工示意图，其中8为电火花，9为金属层，10为梯度层，11为陶瓷层；

图3是实施例一金属-陶瓷功能梯度材料梯度层放电加工示意图，其中12为导电膜，13为电火花；

图4是图3工作区域局部放大图，其中9为金属层，10为梯度层，11为陶瓷层，12为导电膜，13为电火花；

图5是实施例一金属-陶瓷功能梯度材料陶瓷层放电加工示意图，其中14为导电膜，15为电火花；

图6是图5工作区域局部放大图，其中9为金属层，10为梯度层，11为陶瓷层，14为导电膜，15为电火花。

具体实施方式