XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

К.техн.н., проф. Мажейка А.И., Мажейка В.А. ЛАЗЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ

К.техн.н., проф. Мажейка А.И., Мажейка В.А.

ЛАЗЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ

В промышленности при восстановлении деталей, как правило, используют наплавочные методы из нанесениям металопокрытий из проволоки СВ-08, ЗОХГСА, НП70 и других марок, под слоем флюса, в середовищ1 СО2. Лазерной обработке таких металлопокрытий характерны закономерности, обнаруженные при обработке стандартных сталей аналогичного химического состава [1].

При наплавке| создается слой, состав|склад| и свойства| которого|какого|, в основ­ном |, определяются свойствами наплавленного материала и технологическими параметрами процеса|. Наплавляемый материал| может быть нанесен в виде порошка, провода|проволоки|, ленты, фольги и др. Широкое применение в технологиях лазерной наплавки находит |порошковая наплавка|, которая требует  минимальных энергетических затрат и обеспечивает высокую  |ввысокуювпо сравнению с другими способами производительность процесса. Существует несколько разновидностей процесса лазерного порошковой  наплав­ки|, которые|какие| отличаются способом подачи присадочного| материала в зону действия лазерного луча: в виде ликерной обмазки (ЛНШО), с подачей по­рошка| непосредственно в зону обработки струей транспортирующего газа (ГПЛН) и нанесениям| порошка на поверхность в виде| газотермических| или гальванических покрытий. Каждому из названных методов свойственные определенные преимущества и недостатки, которые|какие| регламентируют область их| использования|употребления|. Наиболее важными моментами, которые| определяют применение конкретного способа| наплавки|     есть структура излучения  |, конфигурация| наплавляемой поверхности, необходимая| толщина наплавленного слоя и состав присадочного| материала.

Особый интерес при лазерной наплавке представляют композиционные материалы - нитриды алю­миния, кремния и бора, карбид кремния и ряд других, которые обладают рядом полезных свойств. Они тугоплавки, являются диэлектриками с от­носительно высокой теплопроводностью и химически ус­тойчивы в агрессивных средах [3].

Однако высокотемпературные свойства этих матери­алов, такие как температура плавления, устойчивость при нагреве, не изучены.

В  данной работе прово­дился лазерный нагрев нитридов алюминия, кремния и бора в атмосфере буферного газа азота высокого давле­ния (для подавления диссоциации), определялась темпе­ратура плавления этих веществ и измерялась толщина пленки проплава на поверхности. Для нитрида алюми­ния найдена интенсивность излучения, при которой тол­щина этой пленки максимальна. Для интерпретации ре­зультатов этих экспериментов необходимо более под­робное рассмотрение лазерного нагрева указанных ма­териалов. Как известно [1,4], процесс лазерного нагрева конден­сированного вещества состоит из двух этапов. На первом этапе вся поглощенная энергия тратится в основном на разогрев материала, причем тепло отводится внутрь образца теплопроводностью, а глубина прогрева пропорциональна соотношению температуропроводности материала и времени нагрева. Испарение, являясь резкой функцией тем­пературы, остается слабым вплоть до достижения так на­зываемой температуры развитого испарения.

При достижении указанной температуры скорость движения межфазной границы конденсированное веще­ство-пар скачком увеличивается до стационарной, рост температуры прекращается, начинается интенсивное ис­парение и разрушение поверхности. Очевидно, что пленка проплава имеет максимальную толщину при нагреве по­верхности до температуры, близкой снизу к температуре развитого испарения. Понятно, что при этом температура плавления должна быть ниже температуры разви­того испарения. Если температура поверхности равна температуре развитого испарения, то профиль темпера­туры у поверхности   имеет скачкообразный  вид.

  Для определения глубины проплава рассмотрим разви­тое испарение и рассчитываем его температуру. Изменение температуры поверхности при нагреве из­лучением с постоянной интенсивностью в отсутствие ис­парения описывается решением одномерного уравнения теплопроводности для полубесконечного тела [2].

     Проведенное рассмотрение позволяет описать нагрев и плавление нитридов в условиях проведенных экспериментов  Зависимость глубины проплава от интенсивности излу­чения для нитрида алюминия и граница области применимости модели с плоским нагревом подтверждают  вышесказанное.

         Оценка глубины проплава нитрида бора в условиях экспериментов  представляет hт =11 мкм., для карбида кремния hm = 27 мкм.  Глу­бина проплава мала вследствие очень низкой теплопро­водности в с-направлении пиролитического нитрида бо­ра (BN) [2], с которым проводились эксперименты . Нами обнаружено, что после достижения температуры разви­того испарения рост яркостной температуры продолжа­ется . Данный факт связывается в [3] с увеличением излучательной способности нитрида бора при появлении на его поверхности пленки жидкого бора вследствие диссоциации . Видимо, в данном случае происходит также и реальный разогрев пленки бора, которая, экранируя нитрид бора, дает воз­можность поверхности нагреться выше температуры развитого испарения нитрида бора.

Этот вывод подтверждается результатами  наших экспери­ментов , где изучался нагрев нитрида кремния при раз­личных давлениях азота. При Ро = 185 МПа на термо­грамме обнаружено, как и у нитрида бора, резкое замедление темпа нагрева, которое интерпретировано как пла­вление нитрида кремния . По-видимому, как и в случае с BN, мы имеем дело с началом развитого испарения и последующим разогревом пленки кремния, которая образуется при диссоциации нитрида . При давлении азота 50 МПа температура поверхности четко выходит на постоянный уровень . Оценка давления насыщенных паров Si3N4 при этой температуре (Т* ~ 2700 К)   дает Рs~ 90 МПа, поэтому пленка кремния просто сбрасывается разлетающимися парами и перегрев поверхности отсут­ствует. Приведенные соображения позволяют сделать вывод о том, что  температура плавления Si3N4 не была достигнута, так как температура развитого испаре­ния материала оказалась ниже температуры плавления.

 Выводы. В результате проведенных исследований уста­новлена| возможность лазерной наплавки| композиционных материалов на сталь­ные| и чугунные| поверхности, исследованны  зависимости энергии переплавки от толщины шликерных| обмазок.

     Таким образом, проведенное рассмотрение выявляет процессы, сопровождающие лазерный нагрев нитридов, и позволяет определить степень влияния различных па­раметров на глубину проплава, что может иметь приме­нение в технологии.

     Данные опыты позволяют рекомендовать процесс ЛНШО для упрочнения и восстановления|восстановления| ряда ответственных деталей сельскохозяйственных и транспортних машин.

Литература:

•1.Архипов В. Е., Биргер Е. М. Технологические особенности| лазерной| порошковой наплавки|. // Свароч. пр-во|. 1986 № 3. с. 8.

•2.Анисимов С.И.,Имас Я.И., Романов Р.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы - М., Наука, 1970, - 409 с.

•3.Самсонов Г.В. Неметаллические нитриды - М., Металургія, 1969, -     286 с.

•4.Рэди Дж. Действие мощного лазерного источника. - М., Мир, 1974,-434с.


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>