52. Механизм лазерного микролегирования материалов.

Поверхностное микролегирование – процесс сопровождается расплавлением поверхности основы и введением в образовавшийся расплав дополнительных легирующих элементов, которые в процессе кристаллизации и остывания равномерно распределяясь по объему зоны лазерного нагрева (ЗЛН) образуют твердые растворы, различные химические соединения (бориды, карбиды, нитриды и т.д.). Этот процесс относится к разряду металлургических – выплавка нового сплава на поверхности готовой детали. Данный процесс позволяет существенно снизить стоимость детали по статье "материалы" при этом повысить конкретные функциональные характеристики. Введение легирующих элементов может осуществляться различными способами:

а) из предварительно нанесенного слоя (обмазки, шликерные покрытия, газоплазменные, детонационные, электроискровые, гальванические покрытия);

б) из газовой фазы (обработка в среде азота, пропан-бутана и др.);

в) из жидкой фазы;

г) инжекцией порошковых материалов в расплав.

53. Материалы (порошки), применяемые для лазерного микролегирования и наплавки.

В качестве присадочных материалов для лазерной наплавки применяются смеси порошков различных компонентов, порошки специальных сплавов, а также порошки тугоплавких соединений. Последние, как правило, напыляются на поверхность деталей. Смеси порошков широко используются при шликерной лазерной наплавке. В частности, известно применение таких смесей, как G–Cr–Mn, C–Cr–W в смеси с изопропиловым спиртом. При использовании смеси порошков Mo–Cr–CrC–Ni–Si на углеводородной связке в состав рекомендуется добавлять силикон для создания пористого покрытия, хорошо удерживающего смазочные материалы.

Наиболее удачным является использование при лазерной наплавке самофлюсующихся сплавов, поскольку они наплавляются всеми методами лазерной наплавки. Имеются две системы самофлюсующихся сплавов на основе никеля – колманои (ПГ-СР2, ПГ-СР3, ПГ-СР4, СНГН-50, СНГН-60) и на основе кобальта – стеллиты (110Х28К63В4, 250Х32К44В17, 25Х27К61М5Н3).

К порошкам самофлюсующихся сплавов при лазерной наплавке часто добавляют различные составляющие, например карбиды вольфрама, титана, бора, феррованадий, ферротитан и др.

Для лазерного легирования применяют пасты или обмазки:

- растворы графита или сажи в ацетоне, спирте и других растворителях. Так как они осыпаются с поверхности, часто используют растворы в различных лаках: в бакелитовом, пековом каменноугольном и др.

- помещают в жидкость, содержащую углерод, например, в гексан, ацетилен, тлоуол, тетрахлорид углерода, минеральное масло и др.

- аммиачную соль, карбамид (NH₂)₂CO.

- содержащие порошок кремния, суспензия силикагеля H₂SiO₃.

- смеси порошков бора, карбида бора, борного ангидрида, буры, ферробора со связующим веществом.

- с карбидами титана, вольфрама, ванадия и т.д.

54. Оборудование для поверхностной (упрочнение, легирование, наплавка) лазерной обработки (структурные схемы, типы и характеристики лазеров и других узлов лтк).

Оборудование для лазерного упрочнения различается по типу излучателя, лежащего в его основе, – установки на базе твердотельных или газовых лазеров.

Установки на базе твердотельных лазеров обычно более компактны, хотя и не генерируют излучения высокой мощности. Большинство выпускаемых отечественных установок для упрочнения базируются на импульсных лазерах. Эти установки, как правило, используются для упрочнения небольших участков рабочих поверхностей деталей сравнительно малых размеров.

Оборудование на основе газовых лазеров обычно генерирует мощное непрерывное излучение, расширяющее возможности выполнения различных видов упрочнения.

Установки на основе твердотельных лазеров выспучкаются серийно и включают в себя источник питания, саму установку, объединяющую в едином комплексе излучатель, фокусирующую и наблюдательную систему, рабочий стол и систему охлаждения.

Ряд установок в последнее время снабжаю специальными столами с системами программного управления. В рамках модернизации на этих установках дополнительно могут оборудоваться устройства для подачи легирующего порошка в зону обработки, устанавливаться электромагнитный стол для обработки в магнитном поле, специальные камеры для обработки в различных средах и т.п.

Установка	Элемент	Режим работы	Параметры излучения
			Е, Дж	τ, мс
"Квант-12"	АИГ+Nd	И	3	1; 2; 4
"Квант-15"	АИГ+Nd	И	15	2; 2,5
"Квант-16"	Стекло+Nd	И	30	4; 5
"Квант-17"	АИГ+Nd	И	8	4…7
"Квант-18"	Стекло+Nd	И	10…100	2…4
"Квант-41"	АИГ+Nd	И	15	2…10

Установки на базе газовых лазеров. Технологический модуль включает оптический блок, блок управления, систему защиты, измеритель мощности, устройство для закрепления и перемещения заготовки.

Совершенствование технологического оборудования предполагает введение в состав технологического модуля быстродействующего прерывателя излучения. Его постоянная времени не должна превышать 0,1 с. Учитывая, что излучение СО₂ лазера является невидимым необходимо предусмотреть систему ввода лазерного излучения видимого диапазона соосно с рабочим излучением.

Система фокусирования должна предусматривать возможность встраивания сканирующего устройства для расширения характеристик оборудования.

Для полной автоматизации технологического оборудования целесообразно предусмотреть управление работой в автоматическом программируемом режиме от микропроцессора.

Установка	Режим работы	Параметры излучения
		Р, кВт	Расходимость, ммрад
ЛТ1	Н	3,0	3
ЛТ1-5	Н	5,0	1,5
"Катунь"	Н	0,8	3
"Кардамон"	Н	0,8	3
"Комета"	Н	1,2	35
"Кипр"	Н	1,0	3
"Латус-31"	Н, И	1,0	5

3