44:

1. Процес лазерного термоциклування. Призначення та сутність процесу.

Поверхневі шари металевих сплавів при дії лазерного випромінювання піддаються різкому термічному циклу "нагрівання-охолодження" зі швидкостями 10⁵ -10⁶ °С/с і вище, що обумовлює протікання в них різних фізико-хімічних процесів, пов'язаних з перекристалізацією, структурно-фазовими перетвореннями, змінами пружно-деформованого стану й ін. Про характер цих процесів, їх механізми судять переважно побічно, по тим змінам, які відбуваються в металах й які встановлюють з застосуванням різних методів фізичних досліджень.

2. Можливості підвищення якісних характеристик плазмових функціональніх покриттів.

При лазерному оплавленні плазмового покриття в результаті взаємодії розплаву і твердої підкладки відбувається масоперенесення ванадію і бору, в меншій мірі титана і хрому в основу, розчинення заліза основи розплавом покриття. Межа між покриттям і основою стає розмитою і є твердими розчинами вказаних легуючих елементів в залізі. Покриття стає практично безпористим, адгезійна міцність підвищується до 400-450 МПа. При цьому також підвищується шорсткість поверхні, що потребує додаткової механічної обробки.

Показано, що при лазерній термоциклічній обробці відбувається значне масоперенесення легуючих елементів із основи в покриття і в деякій мірі навпаки, спостерігається розпад білих шарів і пересичених твердих розчинів.

Встановлено, що термоциклічною обробкою в діапазоні температур, що охоплюють фазові перетворення можна підвищувати міцність зчеплення плазмових покриттів з 15-20МПа до 90-120МПа, тобто в 4-5 раз, зберігаючи при цьому необхідний рівень структурного стану і твердість.

Вивчення тріботехнічних властивостей показує, що лазерне термоциклювання істотно підвищує зносостійкість плазмових покриттів, знижує їх крихкість і підвищує пластичність структурних складових, а також збільшує здатність утворювати вторинні структури.

3. Процес лазерного термоциклування плазмових покриттів, як технологічна схема.

При виготовленні металевих деталей сучасних машин різного призначення широко використовуються технології нанесення функціональних покриттів, призначених для підвищення визначених експлуатаційних характеристик виробів при одночасному зниженні собівартості їх виробництва. Найбільше продуктивною і широко розповсюдженою є технологія плазмового напилення порошкових матеріалів. Дозволяє при достатньо високий продуктивності значно збільшити ресурс роботи деталей, які працюють в умовах тертя, при різних питомих навантаженнях, підвищених швидкостях ковзання, дії агресивних середовищ. Для реалізації цих технологій створені відповідні методики вибору порошкових матеріалів, способи визначення режимів їх нанесення, відповідне технологічне обладнання. Суттєвими недоліками покриттів, отриманих плазмовим, або детонаційним методами, є порівняно невисока міцність їх зчеплення з основою, яка не перевищує 20, максимум 30 кг/мм². До того ж, такі покриття практично неможливо використовувати при дії знакозмінних навантажень, тим більш в умовах високих температур, наявності хімічно активних рідин, газів, мастил і т. ін.

4. Математична модель та результати моделювання процесу лазерного нагріву плазмових покриттів.

Явище масопереносу, є наслідком надшвидкісних термічних і термодеформаційних процесів, які відбуваються в металевих сплавах при лазерному опромінюванні. Для інтерпретації результатів спостережень, можливості відтворювати їх необхідно знати кількісні параметри цих процесів. Тому для визначення розподілу температур, швидкостей нагрівання та охолодження, які мають місце при лазерному опромінюванні, як «покриття з включеннями –основа» проводять моделювання відповідних теплових процесів.

Розрахункова область, що включає основу та двофазове покриття, на поверхню якого діє луч лазера, що пересувається зі сталою швидкістю v уздовж вісі Ox.

При лазерному опроміненні металевих сплавів на режимах, що обумовлюють оплавлення їх поверхонь, або тільки нагрів до температури плавлення, хімічний склад поверхневих шарів сплавів якісно не змінюється. Але змінюється їх розподіл і розподіл неметалевих включень по відношенню до основи.

5. Спосіб та пристрій для контролю поглинальної здатності поверхонь плазмових покриттів при їх лазерній обробці.

Существует несколько схем измерения мощности лазерного излучения:

• Тупиковая схема

• Схема проходного тела

Общим для всех схем является наличие приёмника лазерного излучения и показывающего прибора (тупиковая схема)

Недостатком этой схемы является необходимость в прерываниях технологического процесса для выполнения измерения мощности.

Проходная схема измерения дополнительно включает ответвитель части (1-2% Р) лазерного излучения. В качестве такого ответвителя можно применять плоско-параллельную пластинку наклонённую под углом 45^о к оси пучка из материала прозрачного для данной длины волны излучения.

Применения пластинки широко распространённый способ измерения мощности для твердотельного лазера.

Для длины волны 10,6мкм этот способ применяется редко в виду недолговечности пластин, изменения их оптических свойств. В этом случае в качестве ответвителей тоже используется вращающаяся зеркальная спица с криволинейной осью или лепестковый зеркальный пропеллер. Площади лепестков и скорость вращения определяют процент ответвляемого излучения. Наиболее эффективно если бы отражающая поверхность имела форму близкую к части сферы, то есть чтобы поверхность фокусировала ответвлённое излучение на приёмнике.

Эффективным ответвителем является глухое зеркало резонатора, что и используется очень часто в твердотельных лазерах, особенно работающих в непрерывном режиме. Реже СО₂ лазерах, когда глухое зеркало изготавливается из германия. Основным элементом этих схем является приёмник лазерного излучения. В качестве приёмников используются устройства работающие на принципе фотометрии и колориметрии. Фотометрические способы предполагают преобразование поглощённого излучения определённой длины волны, преобразуются в электрический сигнал определённой амплитуды. К таким приёмникам можно отнести фотодиоды, фотоэлектронные умножители (ФФ1, ФФ2, ФФ3, ПУ21, ПУ22). Такие приёмники широко используются при анализе лазерного излучения ближнего инфракрасного и видимого диапазона. Тепловые методы базируются на свойстве определённых сред изменять свои характеристики (температура, давление, электрические напряжения) при лазерном нагреве.