Новости

Опубликован обзор процессов упрочнения и нанесения покрытий с использованием лазерного излучения.

Дата публикации: 12/04/2009
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Рассмотрено состояние развития процессов термического упрочнения, легирования, наплавки и нанесения покрытий, в которых основная роль отведена лазерному излучению.
Хаскиным В.Ю. из ИЭС им.Е.О.Патона НАН Украины представлены технологические схемы, указанных процессов, отмечены их достоинства и недостатки. На примере практического применения проанализированы перспективы дальнейшего развития этих процессов.
В области нанесения функциональных покрытий все больший интерес вызывают процессы, в которых используется лазерное излучение.
К ним относятся как лазерные (наплавка и поверхностное модифицирование), так и гибридные или комбинированные (лазерно-плазменное нанесение покрытий, лазерная обработка с высокочастотным подогревом и др.).
При их практической реализации используется излучение технологических лазеров: газового СО2-лазера, твердотельного Nd:YAG-лазера, диодного и волоконного лазеров.
С учетом хронологии появления и расширения технологических возможностей процесса с лазерным излучением можно расположить в следующей последовательности: лазерные термообработка, легирование, наплавка и напыление, гибридная сварка.
Лазерная термообработка заключается в воздействии сфокусированного лазерного излучения на обрабатываемую деталь и осуществляется как с оплавлением упрочняемой поверхности, так и без него.
В последнем случае требуется предварительное нанесение покрытий, поглощающих лазерное излучение. Основными преимуществами этого процесса являются локальность теплового воздействия (размер пятна нагрева обычно составляет 0,1... 10,0 мм), гибкий подвод энергии к месту обработки, возможность получения слоев с высокими твердостью и износостойкостью, модифицированных на глубину от нескольких микрометров до 1,0...3,0 мм. За счет происходящего при этом измельчения зерен возможно упрочнение металлов без образования твердых фаз. К недостаткам процесса относятся появление внутренних напряжений в дорожках упрочнения, что может приводить к трещинообразованию, а также вероятность порообразования при упрочнении с оплавлением за счет выделения газов при выгорании неметаллических включений в основном металле. Наличие газов приводит к возникновению пузырьков в жидком металле ванны расплава, а из-за короткого времени существования ванны пузырьки не успевают подняться на ее поверхность.
Анализ достоинств и недостатков плазменных, лазерных и лазерно-плазменных процессов наплавки и нанесения покрытий позволяет выявить следующее.
Особенностями большинства процессов плазменного напыления являются необходимость предварительной (чаще всего струйно-абразивной) подготовки поверхности, применение в ряде случаев подслоев и определенный уровень несплошности (микропористости) покрытий.
В случае плазменной наплавки деталь может испытывать значительный нагрев, что приводит к остаточным термодеформациям.
Лазерные и лазерно-плазменные процессы позволяют минимизировать нагрев детали, повысить прочность сцепления наносимых слоев с подложкой, отказаться от нанесения подслоев и упростить подготовку обрабатываемой поверхности. Однако в лазерных процессах наплавки есть и определенные недостатки: напряженное состояние наплавленных слоев, наличие в них пор и микротрещин.
Гибридные (комбинированные) лазерно-плазменные процессы за счет взаимодействия составляющих либо их совместного влияния на обрабатываемое изделие частично или полностью не имеют указанных недостатков.
Так, сжатие и стабилизация плазменной дуги лазерным излучением позволяет повысить скорость процесса обработки и снизить общее тепловложение; предварительный подогрев порошка комбинированным разрядом в сочетании с изменением термического цикла лазерной обработки за счет добавки плазменной составляющей снижает остаточные напряжения, устраняет поро- и трещинообразование; очистка обрабатываемой поверхности за счет лазерной абляции и ее поверхностное оплавление упрощает операцию предварительной подготовки и т. д.
Таким образом, анализ процессов лазерного и гибридного (комбинированного) упрочнения и нанесения покрытий показал, что благодаря их применению стали возможными получение коррозионно- и износостойких покрытий с повышенными физико-механическими характеристиками, синтез трехмерных объектов, создание тонких покрытий (например, алмазных и алмазоподобных), отличающихся специальными свойствами. Перспективы дальнейшего развития лазерно-плазменных (лазерно-дуговых) процессов модифицирования поверхностей и нанесения покрытий связаны с устранением недостатков, присущих каждой из составляющих в отдельности (лазерному и дуговому тепловым источникам), а также с повышением эффективности их взаимодействия.

Источник: «Автоматическая сварка», 2008, № 12, с.24-32, www.nas.gov.ua/pwj

Статьи по теме:

страницы: 1