Obrabotka Metallov 2014 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (62) 2014 14 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ УДК 621.9.048.7;669.13.017:620.18;669.113.017:620.17 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ* С.Н. БАГАЕВ , доктор физ.-мат. наук, академик РАН, директор Г.Н. ГРАЧЁВ, канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией А.Л. СМИРНОВ , главный конструктор М.Н. ХОМЯКОВ , инженер ( Иститут лазерной физики СО РАН ) А.О. ТОКАРЕВ, доктор техн. наук, доцент ( ФБОУ ВПО НГАВТ, г. Новосибирск ) П.Ю. СМИРНОВ , генеральный директор ( ООО « Оптогард Нанотех » Московская область, Одинцовский район, д. Сколково ) Поступила 19 декабря 2013 Рецензирование 30 января 2014 Принята к печати 5 февраля 2014 Грачёв Г.Н. – 630090, г. Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 13/3, Институт лазерной физики СО РАН, e-mail: grachev@laser.nsc.ru Приводятся результаты разработки лазерно-плазменного метода для упрочнения поверхности металлов в двух направлениях: высокопроизводительная модификация поверхности чугунов и синтез сверхтвердых (20…30 ГПа) нанокомпозитных покрытий. Лазерно-плазменный метод основан на применении плазмы опти- ческого пульсирующего разряда. Разряд зажигается повторяющимися с высокой частотой следования (десят- ки килогерц) лазерными импульсами в фокусе луча СО 2 лазера. Для образования плазмы в обрабатывающей головке создается высокоскоростной поток газа: аргона, азота, кислорода. Поток плазмообразующего газа в плазмохимической камере имеет скорость до 500 м/с и давление до 0,5 МПа. Для синтеза покрытий двух- канальная конструкция плазмохимической камеры дополнительно обеспечивает подачу легирующего газа в зону фокусировки лазера. Для повышения износостойкости серого чугуна в парах трения методом лазерной обработки создана структура с высокотвердым (12…20 ГПа) наноструктурированным поверхностным слоем толщиной до 1 мкм, который примыкает к слою толщиной порядка 100 мкм с локально закаленными вокруг графитовых включе- ний участками. Полученная структура поверхности обеспечивает снижение коэффициента трения на 30 % и двадцатикратное увеличение износостойкости в условиях жидкостного трения. Это обусловлено созданием микрорельефа трущихся пар, включающего капиллярные каналы, аккумулирующие смазку по местам рас- положения графита, и твердые составляющие – ледебурит и мартенсит, окружающие эти микроканавки. Ключевые слова: лазерная плазма, технология упрочнения поверхности серого чугуна, синтез сверх- твердых покрытий. _______________ * Работа выполнена при поддержке Программы междисциплинарных интеграционных проектов СО РАН № 33 (2009–2011 годы) и № 95 (2012–2014 годы)) и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 24, проект№24.36.