48. Способы лазерного легирования и наплавки из предварительно нанесенного слоя. Принцип, область применения, достоинства, недостатки.

Существуют такие способы подачи легирующих и наплавляемых материалов в зону лазерного воздействия:

1. обмазка обрабатываемой поверхности легирующим составом – к порошку добавляется связующее вещество, например жидкое стекло, клей БФ-6 и др. Эффективность внедрения легирующего элемента довольно низка, что объясняется большим тепловым сопротивлением на границе слой-матрица. Это приводит к неравномерному тепловому воздействию и как следствие, к неоднородности распределения легирующего элемента в матричном материале. Глубина легирования при воздействии импульсного излучения с параметрами Е = 10 Дж, τ = 4 мс не превышает 200 мкм;

2. накатывание фольги из легирующего материала на обрабатываемую поверхность – позволяет обеспечить одинаковую толщину легирующего слоя, что не достигается первыми двумя способами. Эффективность легирования поэтому выше – глубина проникновения легирующего элемента в зависимости от режимов обработки составляет 50…600 мкм. Недостатками метода являются трудности плотного соединения фольги с матрицей и невозможность реализации его на поверхностях сложного профиля;

3. легирование в жидкости – предполагает размещение обрабатываемой детали в ванне с жидкой легирующей средой (вода, глицерин с добавлением легирующих элементов). Недостатки – невысокая концентрация легирующего элемента в жидкости, необходимость в очистке детали после окончания процесса, большой расход легирующего элемента и т.п.;

4. лазерная обработка в магнитном поле – магнитное поле удерживает на поверхности матричного материала ферромагнитные легирующие порошки, а также позволяет регулировать угол наклона частиц ферропорошка к матричной поверхности и тем самым изменять в определенных пределах поглощательную способность обрабатываемой поверхности. Достоинства: легирующие порошки с помощью магнитного поля могут удерживаться в труднодоступных местах изделий, на вертикальных поверхностях деталей. Значительно сокращается расход легирующих материалов;

5. метод электроискрового нанесения покрытия – сравнительно прост по технологии и оборудованию. Толщина наносимого слоя легирующих элементов Mo, Ti, W, Cr и их карбидов может изменяться в широких пределах (10…300 мкм). Тепловое сопротивление между слоем и матрицей ничтожно, т.е. образуется переходный слой толщиной 5…15 мкм. Недостатки метода: легирующие элементы должны быть электропроводны, из-за ограничений для некоторых взаимодействующих металлов по массопереносу не всегда удается обеспечить требуемую толщину слоя;

6. плазменное нанесение покрытий – метод обеспечивает хороший тепловой контакт наносимого слоя с матрицей. На поверхность конструкционных и инструментальных сталей могут наноситься сплавы ВК15, Т15К6, карбиды Ti, W, Cr, Со, нитриды металлов. Толщина слоя может изменяться в широких пределах;

7. способ детонационного нанесения покрытия – металлический или металлизированный порошок наносится на матричную поверхность с помощью взрыва ацетиленокислородной смеси. Образование газовапорошковой смеси и ее взрыв происходят в специальной камере, куда порошок подается струей азота. Толщина многослойного покрытия достигает 0,01…0,4 мм. Хотя метод и обеспечивает качественное нанесение покрытия, тем не менее он отличается сложностью реализации и высокой стоимостью;

8. электролитическое осаждение легирующих элементов – толщина покрытия составляет от нескольких микрометров до 150 мкм. Покрытие имеет хороший тепловой контакт с матрицей. Можно регулировать количество вводимого элемента в широких пределах (20 – 60%). Недостатком этого способа является то, что вследствие содержания в покрытии значительного количества растворенного газа (водорода) в проплавленных при легировании материала слоях могут образовываться поры. Для повышения качества таких покрытий в ряде случаев требуется вакуумная дегазация, что усложняет технологию;