Аннотация
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 оптического пульсирующего разряда. Разряд зажигается повторяющимися с высокой частотой следования (десятки кГц) лазерными импульсами в фокусе луча СО2 лазера. Для образования плазмы в обрабатывающей головке создаётся 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 двухканальная 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 высокотвёрдым (12-20 ГПа) наноструктурированным поверхностным слоем толщиной до 1 мкм, который примыкает к слою толщиной порядка 100 мкм с локально закалёнными вокруг графитовых включений 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 расположения графита, и твёрдые составляющие – ледебурит и мартенсит, окружающие эти микроканавки.
Ключевые слова: лазерная плазма, технология упрочнения поверхности серого чугуна, синтез сверхтвердых покрытий
Список литературы
1. Багаев С.Н. , Грачев Г.Н. , Пономаренко А.Г. , Смирнов А.Л. , Демин В.Н. , Окотруб А.В. , Бакланов А.М. , Онищук А.А. Лазерный плазмохимический синтез наноматериалов в скоростных потоках газов, первые результаты и перспективы развития метода // Наука и нанотехнологии: изд-во СО РАН, Новосибирск. – 2007. – С. 123-135.
2. Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Демин В.Н., Смирнов А.Л., Смирнов П.Ю., Смирнова Т.П., Хомяков М.Н. О возможности использования технологии упрочнения поверхности металлов с применением лазерно-плазменной установки для наномодификации поверхностей металлов и синтеза сверхтвердых покрытий // Бюллетень ОУС ОАО «РЖД». – 2012. – №6. – С. 42 – 52
3. Bagayev S.N., Grachev G.N., Ponomarenko А.G., . Smirnov А.L, Demin V.N., Okotrub A.V., Baklanov А.M., Onischuk А.А. A new method of laser-plasma synthesis of nanomaterials. First results and prospects // Proceedings of SPIE .- Volume 6732. International Conference on Lasers, Applications, and Technologies 2007: Laser-assisted Micro- and Nanotechnologies. Editors: V. Panchenko, O.Louchev, S. Malyshev, 673201 (Jul. 25, 2007). Р.62-71.
4. Стаценко П.А., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л., Мякушина А.А. Исследование пространственных характеристик излучения мощной СО2-лазерной системы генератор-усилитель // Сб. докл. 22-й межд. конф. «Лазеры. Измерения. Информация – 2012». – Санкт–Петербург. – 2012. – Т. 2. – С. 168–176.
5. Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Демин В.Н., Смирнов А.Л., Смирнов, П.Ю., Смирнова Т.П. Лазерно-плазменный способ синтеза высокотвердых микро и наноструктурированных покрытий и устройство // Патент № RU 2 416 673 С2. Опубликован: 20.04.2011. Бюл. № 11.
6. Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л., Смирнов П.Ю. Способ модификации металлических поверхностей и устройство // Патент № RU 2 425 907 С2. Опубликован: 10.08.2011. Бюл. № 22.
7. Макагон Л.Д., Токарев А.О., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л. Исследование формирования структуры рабочей поверхности цилиндровых втулок судовых дизелей при лазерной обработке // Научные проблемы транспорта Сибири и дальнего Востока. – 2006. – Новосибирск, НГАВТ. – №1. – С. 194–198.
8. Токарев А.О., Макагон Л.Д. Повышение антифрикционных свойств серого чугуна лазерной обработкой // Сибирский научный вестник / Новосибирский научный центр «Ноосферные знания и технологии» РАЕН. – Вып. X. – Новосибирск: Изд. НГАВТ. – 2007. – С. 50 – 55.
9. Токарев А.О. Улучшение триботехнических характеристик серого чугуна лазерной обработкой // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – №1 (54). – С. 69–73.
10. Токарев А.О., Иванчик И.С., Иванчик С.Н., Макагон Л.Д., Гурин А.М. Улучшение триботехнических характеристик серого чугуна лазерной обработкой // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего востока. – 2012. – №1. – С. 287 – 291.
11. Тюрин А.Г., Плотникова Н.В., Буров В.Г., Веселов С.В., Головин Е.Д. Влияние поверхностного упрочнения на показатели циклической трещиностойкости // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2008. – №1 (38). – С. 25 – 27.
