Capítulo 3. Análisis experimental del desgaste del electrodo
3.3. Contaminación de la superficie del electrodo
3.3.2. Contaminación en las protuberancias y depresiones
Una vez estudiada la contaminación del electrodo de un modo global en toda su superficie, en este apartado se aborda el microanálisis de la composición química de las protuberancias y las depresiones que se aprecian en la zona afectada de la herramienta de corte.
En las Figuras 3.48-3.50 se ilustra un ejemplo de las áreas específicas que han sido analizadas para distinguir entra la composición química que corresponde a las distintas zonas comprendidas en la superficie del electrodo, como son las protuberancias y depresiones que aparecen en la superficie.
124
Figura 3.48 Ejemplo de selección de protuberancia y depresión en la superficie del electrodo para una intensidad de corriente de 8 A y profundidad de penetración de 7 mm.
En la Figura 3.48 se muestra un ejemplo de la definición de las áreas específicas a analizar, mientras que la Figura 3.49 y Figura 3.50 exponen estas áreas que corresponden a una de las protuberancias y una de las depresiones que existen en la superficie de la herramienta, respectivamente.
Figura 3.49 Ejemplo de microanálisis en protuberancia del electrodo para una intensidad de corriente de 8 A y profundidad de penetración de 7 mm.
125 Figura 3.50 Ejemplo de microanálisis en depresión del electrodo para una intensidad de corriente de 8 A
y profundidad de penetración de 7 mm.
Los resultados del microanálisis en las áreas que han sido seleccionadas en las anteriores figuras, se exhiben en la Figura 3.51 y Figura 3.52.
Figura 3.51 Ejemplo de composición química mediante EDS en protuberancia del electrodo para una intensidad de corriente de 8 A y profundidad de penetración de 7 mm.
126
Figura 3.52 Ejemplo de composición química mediante EDS en depresión del electrodo para una intensidad de corriente de 8 A y profundidad de penetración de 7 mm.
En los espectros que se exponen en estas figuras, se reflejan los principales elementos detectados en estas áreas de la superficie del electrodo. Se advierte que las protuberancias están compuestas en su mayor parte por hierro, mientras que las depresiones revelan un detrimento del porcentaje de hierro en la composición química del material en comparación con lo que sucede en la superficie completa del electrodo.
En la Tabla 3.8 se exponen a modo de ejemplo los resultados que se obtienen a partir del análisis de estas distintas zonas de la superficie del electrodo, para algunas de las condiciones de corte que han sido consideradas en este trabajo.
Tabla 3.8 Composición superficial en superficie completa, protuberancias y depresiones de los electrodos. Profundidad de penetración (mm) Intensidad de corriente (A) Área de estudio C (%) O (%) Fe (%) Cu (%) 3 8 Total 22,03 5,68 59,37 12,92 3 8 Protuberancia 3,23 1,73 91,75 3,29 3 8 Depresión 63,98 9,39 20,18 6,45 7 8 Total 20,51 3,97 58,13 17,39 7 8 Protuberancia 3,18 8,01 84,01 4,80 7 8 Depresión 70,13 12,04 13,29 4,54 7 14 Total 13,26 3,65 58,57 24,52 7 14 Protuberancia 2,10 1,01 90,95 5,94 7 14 Depresión 58,41 15,22 19,66 6,71
127
Los resultados que se recogen en esta tabla, denotan una enorme diferencia entre la composición química que corresponde al total de la zona afectada del electrodo, el área ocupada por las protuberancias provocadas por el material adherido a la superficie y el área de las depresiones causadas por el efecto de las descaras eléctricas sobre el material del electrodo.
El microanálisis del material de las protuberancias revela que el hierro es el elemento predominante, con una proporción entre el 80 y 90%, lo cual permite asegurar que el material adherido a la superficie del electrodo consiste en escoria procedente de la pieza de partida. Por el contrario, en las depresiones existentes en la superficie del electrodo se advierte un porcentaje de hierro muy inferior al existente en la totalidad de la zona afectada, con valores comprendidos entre el 10 y 40% en lugar de alrededor del 60%.
Para facilitar la discusión de estos resultados, en las Figuras 3.53-3.55 se representa gráficamente los valores obtenidos para las diferentes condiciones de corte que han sido reflejadas en la tabla. En estas figuras se describe la composición química registrada en el total de la superficie del electrodo, y en ciertas áreas específicas como son las protuberancias y depresiones que aparecen en la zona afectada.
Figura 3.53 Composición química en diferentes regiones del electrodo para profundidad de penetración de 3 mm e intensidad de corriente de 8 A.
128
Figura 3.54 Composición química en diferentes regiones del electrodo para profundidad de penetración de 7 mm e intensidad de corriente de 8 A.
Figura 3.55 Composición química en diferentes regiones del electrodo para profundidad de penetración de 7 mm e intensidad de corriente de 14 A.
Estas figuras revelan la existencia de una composición química muy distinta en cada una de las regiones que han sido contempladas, como son la extensión completa de la zona afectada del electrodo y las áreas que corresponden a las protuberancias o depresiones que aparecen en la superficie de la herramienta.
Estas figuras presentan unos resultados similares para cada una de estas tres regiones a analizar, destacando el hierro como el elemento mayoritario en las protuberancias con un porcentaje de alrededor del 90% y en cambio desciende al 20% en las depresiones de la superficie, mientras que cuando se analiza el total de la zona activa del electrodo estos valores son aproximadamente del 60%.
129
Por otra parte, la proporción del cobre en la composición química presenta valores moderados de alrededor del 20% en la superficie completa del electrodo, si bien en las protuberancias y depresiones su presencia en el material de la superficie de la herramienta se reduce aproximadamente a un 5%.
En las depresiones existentes en la superficie del electrodo, destaca la relevancia del carbono, con un porcentaje de este elemento químico alrededor del 65%, mientras que su presencia en toda la superficie es aproximadamente del 15% y en las protuberancias se reduce al 3%. Por último, la proporción de oxígeno en el material de la superficie del electrodo es siempre moderada, con valores aproximados del 10% en las áreas que corresponden a depresiones de la superficie, y en cambio son muy inferiores si se analiza la extensión completa de la zona activa del electrodo o las protuberancias que se forman durante el proceso de electroerosión. Se comprueba nuevamente que las protuberancias de la zona afectada del electrodo se deben a la adhesión de material procedente de la pieza de partida, dada la predominancia del hierro en la composición química del material en estas regiones. La moderada presencia de cobre en la superficie completa y en las áreas que corresponden a depresiones, puede deberse a la contaminación de la superficie a causa del hierro y carbono que se aprecia en los resultados del microanálisis. Sin embargo, el sustrato que se encuentra por debajo de la superficie está formado mayoritariamente por cobre. Se advierte que estos cambios en la composición química que afectan a la superficie del electrodo podrán suponer una alteración de las propiedades eléctricas de la herramienta.
La mayor presencia de carbono y oxígeno en las depresiones de la superficie, se puede atribuir a la mayor volatilidad del fluido dieléctrico, la cual puede provocar que las fracciones que componen estos elementos químicos se adhieran a las regiones más alejadas dentro de la zona de corte, que corresponden a las depresiones en oquedades existentes en la superficie del electrodo.
Se debe tener en cuenta que las descargas eléctricas serán más proclives a producirse en las proximidades de las protuberancias que se forman en la superficie del electrodo, ya que en estas regiones resulta más sencillo que se materialice el canal de plasma al disponer de una menor distancia entre los puntos de la superficie de la pieza y el electrodo. Dado que estas protuberancias se deben a las partículas eliminadas en la pieza que se encuentran en suspensión y finalmente se adhieren a la superficie del electrodo, se considera primordial un adecuado control de la evacuación de estas partículas a través del fluido dieléctrico durante el
130
desarrollo del proceso de mecanizado por electroerosión. Además se debe contemplar el efecto que estos cambios en la topografía de la superficie del electrodo pueden producir sobre la generación de las descargas eléctricas.
131