Получение поверхностных покрытий с помощью лазерного излучения. Лазерное поверхностное легирование

Зона лазерного легирования имеет строение, аналогичное строению зоны после лазерной закалки с оплавлением. Отличие состоит в том, что в металл расплавленной ванны вводят легирующие элементы. Диффузия элементов из зоны оплавления в зону термического влияния обычно происходит на расстояния не более 10 мкм.

Отличие строения зон, легированных лазером, от строения диффузионных покрытий состоит в отсутствии слоистости. Вследствие конвективною переме­ шивания расплава все фазы в легированной зоне по глубине перемешаны примерно равномерно.

Предварительное нанесение можно осуществлять газотермическим напылением, гальваническим и химическим осаждением, накаткой, диффузионным методом, электроискровым легировани­ем, нанесением паст, насыпкой и др.

Цементация.
В качестве паст или обмазок при лазерной цементации сталей можно применять растворы графита или сажи в ацетоне, спирте и других растворителях. Поскольку такие обмазки осыпаются с поверхности, часто используют растворы в различных лаках: бакелитовом, пековом каменноугольном и др. Кроме того, в состав паст добавляют активирующие добавки: буру, хлорид аммония и т. д., увеличивающие степень усвоения элемента металлом в результате активации диффузии, аналогично как и при использовании диффузионных методов получения поверхностных покрытий.

Рис. 5.2. Схема гидролучевой- обработки1— луч лазера; 2 — жидкость; з — изделие

Наиболее просто проводится газовое азотирование таких металлов, как ти­тан, цирконий, гафний и их сплавов. Для насыщения расплавленного металла в этом случае достаточно проведения лазерного оплавления на воздухе или в струе азота. При азотировании титановых сплавов в зоне оплавления формиру­ется альфированный слой, содержащий нитриды титана; его микротвердость возрастает до 17000...20000 МПа

Лазерное азотирование можно применять для увеличения твердости, износостойкости и повышения теплостойкости деталей, поскольку азотистый мартенсит сохраняется при нагреве до высоких температур. Стойкость стали против каплеударной эрозии после лазерного азотирования по сравнению с соответствующим значением при лазерной закалке возрастает в 3 раза

С повышением содержания кремния в зоне легирования железа или низкоуглеродистых сталей микротвердость возрастает
от 8000 до 14 000...15000 МПа.

После лазерного силицирования теплостойкость, износостойкость и корро­зионная стойкость сталей значительно увеличиваются.

Отличием структуры борированных зон от азотированных и цементованных является отсутствие остаточного аустенита, что приводит к возрастанию твердости и износостойкости.

В большинстве случаев экспериментально установлено, что наибольшая износостойкость имеет место не при полном перекрытии пятен или полос, а при 60...90 %-ном заполнении упрочняемой поверхности

Структура поверхностного слоя сплава Д16, с мелкодисперсными упрочняющими фазами

Структура легированного слоя     при   этом состоит из   мелкодисперсных      интерметаллидов, дополнительных           упрочняющих       фаз,      частично аморфизированного     твердого    раствора   на    основе алюминия.
При этом интегральная микротвердость слоев глубиной до 1 мм может достигать  4000-5000  мПа (35-40 HRC). Коэффициент трения в паре со сталью снижается с величины 0.56 до 0.15-0.17.

Структура наплавленного слоя и поршни двигателей после лазерного легирования

     Лазерное легирование титановых сплавов позволяет создавать    на      поверхности     слои     глубиной до 0.5 мм с микротвердостью до 13000 мПа      (до 70 HRC)   c   высокой прочностью   и   коррозионной стойкостью.