電火花表面強化是利用工具電極與工件間在氣體中產(chǎn)生的火花放電作用，把作為電極的導電材料熔滲進工件表層，形成合金化的表面強化層，改善工件表面的物理及化學性能。
電火花表面強化層的性能主要決定于模具本身和電極材料，通常所用的電極材料有TiC、WC、ZrC、NbC、Cr3C2、硬質(zhì)合金等。電火花強化表面因電極材料的沉積發(fā)生有規(guī)律的、較小的長大，除此之外，模具沒有其他變形。其心部的組織與性能也不發(fā)生變化，因此十分適用于工件表面強化處理。
金屬電火花表面強化的原理是在工具電極與工件之間接上直流電源或交流電源，由于振動器的作用使電極與工件間的放電間隙頻繁變化，工具電極與工件間不斷產(chǎn)生火花放電，從而實現(xiàn)對金屬表面的強化。
電火花強化過程如圖3-20所示。當電極與工件之間的距離較大時，電源經(jīng)電阻R對電容充電，電極在振動器的帶動下向模具靠近（見圖3-20a）。當電極與模具之間的間隙接近到某個距離時，間隙中的空氣在強電場的作用下電離，產(chǎn)生火花放電（見圖3-20b），使電極和工件在發(fā)生放電部分的金屬局部熔化，甚至汽化。電極繼續(xù)接近工件并與工件接觸時，火花放電停止，在接觸點流過短路電流，使該處繼續(xù)加熱，由于電極以適當壓力壓向工件，使熔化的材料互相粘接、擴散而形成合金或新的化合物（見圖3-20c）。電極在振動器的作用下，離開了工件，放電部分急劇冷卻（見圖3-20d）。經(jīng)多次放電，并相應(yīng)地移動電極的位置，則在零件表面形成強化層。
電火花表面強化過程中發(fā)生了物理化學變化，主要包括超高速淬火、滲碳、滲氮、電極材料的轉(zhuǎn)移等。
a. 超高速淬火
電火花放電在模具表面的極小面積上產(chǎn)生高溫，使該處的金屬熔化和部分汽化，當火花放電在極短的時間內(nèi)停止后，被加熱了的金屬會以很快的速度冷卻下來。這相當于對模具表面層進行了超速淬火。
b. 滲氮
在電火花放電通道區(qū)域內(nèi)，溫度很高，空氣中的氮分子呈原子狀態(tài)，它和受高溫而熔化的金屬有關(guān)的元素合成高硬度的金屬氮化物，如氮化鐵、氮化鉻等。
c. 滲碳
來自石墨電極或周圍介質(zhì)的碳元素，熔解在受熱而熔化的鐵中，形成金屬的碳化物，如碳化鐵、碳化鉻等。
d. 電極材料的轉(zhuǎn)移
在操作壓力和火花放電的條件下，電極材料轉(zhuǎn)移到模具金屬熔融表面，有關(guān)金屬合金元素（W、Ti、Cr等）迅速擴散在金屬的表面層。
電火花表面強化層具有如下特征：
a. 當采用硬質(zhì)合金作電極材料時，硬度可達1100～1400HV（約70HRC以上）或更高，耐熱性、耐蝕性和疲勞強度都大大提高。
b. 當使用鉻錳、鎢鉻鈷合金、硬質(zhì)合金作工具電極強化45鋼時，其耐磨性比原表層提高2～2.5倍。
c. 用石墨作電極材料強化45鋼，用食鹽水作腐蝕性試驗，其耐蝕性提高90％；用WC、CrMn作電極強化不銹鋼時，其耐蝕性提高3～5倍。
d. 硬化層厚度為0.01～0.08mm。
鋼制模具工作表面的電火花強化通常采用硬質(zhì)合金電極。為了使被強化的表面光潔，事先必須將模具和電極表面清洗干凈，然后手持振動器，將電極沿模具工作表面移動，并保持適當壓力，使火花放電均勻連續(xù)。
電火花熔滲合金化層的形成是一個漸近過程，在每一電規(guī)范下，合金化層厚度出現(xiàn)最大值，在通常使用的電容范圍內(nèi)，最佳單位面積涂覆時間為6～12min／c㎡。過分延長涂覆時間將出現(xiàn)層厚減薄的趨勢，并使性能惡化。可用直線方程式表示：
如電極YG8、電壓60V，頻率250Hz，電容60μF，最佳涂覆時間為6.75min／c㎡，合金化層厚度為13μm；電容322μF，涂覆時間為11.99min／c㎡，合金化層厚度為27μm。
為了降低合金化層的熱疲勞應(yīng)力和電火花合金化處理的應(yīng)力，可穿插1～2次500℃×4h去應(yīng)力退火，這樣可獲得性能優(yōu)良、層深較厚的表面合金化層。改換電極材料，可使合金化層繼續(xù)增厚，電極斷面尺寸不影響合金化層的厚度。鋼中w（C）小于0.8％時，隨鋼中碳含量的增加合金層增厚；w（C）大于0.8％時，隨鋼中碳含量的增加合金層變薄。
用YG8、Nb、Ti、Ta合金化，工件表面將獲得極高的顯微硬度值。
電火花合金層比未經(jīng)電火花合金化處理的模具的熱疲勞性能提高3倍，抗氧化性能提高兩倍，在各種試驗介質(zhì)中的耐蝕性提高3～15倍；表3-44所示為3Cr2W8V鋼的處理效果。
電火花表面強化應(yīng)用效果顯著。例如用YG8作電極，對3Cr2W8V鋼模具進行電火花強化處理以后，模具在各類酸堿中的耐蝕性提高4～15倍；而Cr12鋼模具刃口部位經(jīng)電火花表面強化后，模具的平均使用壽命由5萬次提高到20萬次。
