ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Лазерная наплавка порошковых композиций – перспективный метод получения жаростойких покрытий. Система Ni-Al, способная образовывать упрочняющую фазу Ni₃Al, востребована для защиты деталей в условиях высокотемпературного окисления. Однако процесс осложнен высокой реакционной способностью алюминия и склонностью к образованию оксидов и охрупчиванию. В литературе отсутствуют систематические рекомендации по выбору режимов, обеспечивающих плотное бездефектное покрытие для состава Ni-Al. Цель работы: оптимизация параметров лазерной наплавки порошковой композиции Ni-Al по критериям сплошности, геометрической точности и минимальной дефектности шва. Методика. Наплавку выполняли волоконным лазером мощностью 1500…3900 Вт при скорости 20…100 мм/мин и подаче порошка 24…69 г/мин. Изготовлено 40 одиночных валиков. Качество оценивали по внешнему виду, металлографии, микротвердости, элементному (ЭДС) и фазовому составам. Рассчитаны энерговклад E и удельный энерговклад G. Результаты и обсуждение. Минимальный энерговклад для формирования сплошного валика: E ≥ 54 кДж. Оптимальная область: E = 54…81 кДж при скорости 20…30 мм/мин и мощности 1860…2700 Вт. При более высоком удельном энерговкладе возрастает доля железа из подложки, увеличивается зона термического влияния. Микротвердость покрытий: 260…290 HV, что значительно выше твердости исходной стали (≈150 HV). При меньшем G структура содержит упрочняющую фазу Ni₃Al, при большем – преимущественно тенит (Fe_0.64Ni_0.36). Оксиды алюминия не обнаружены. Выводы. Рекомендованы режимы с E = 54…81 кДж и G = 3,3…5,0 кДж/г, обеспечивающие плотное бездефектное покрытие с высокой твердостью и целевым фазовым составом. Повышение энерговклада нецелесообразно из-за избыточного перемешивания с подложкой. Результаты могут служить основой для технологических регламентов нанесения Ni-Al-покрытий.

1. Zhong M., Liu W. Laser surface cladding: the state of the art and challenges // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. – 2010. – Vol. 224 (5). – P. 1041–1060. – DOI: 10.1243/09544062JMES1782.

2. Research and progress of laser cladding: process, materials and applications / K. Wang, Z. Zhang, D. Xiang, J. Ju // Coatings. – 2022. – Vol. 12 (10). – P. 1382. – DOI: 10.3390/coatings12101382.

3. Li C. Research progress and prospect of laser cladding technology // Journal of Physics: Conference Series. – 2023. – Vol. 2419 (1). – P. 012049. – DOI: 10.1088/1742-6596/2419/1/012049.

4. Investigation of the influence of laser treatment modes on coatings of aluminum, nickel, nickel-titanium systems / A.M. Makarov, D.A. Gerashchenkov, P.A. Kuznetsov, V.V. Ryabov, O.S. Vasiliev // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 1758 (1). – P. 012024. – DOI: 10.1088/1742-6596/1758/1/012024.

5. Laser cladding of Ni based powder on a Cu-Ni-Al glassmold: Influence of the process parameters on bonding quality and coating geometry / F. Bourahima, A.L. Helbert, M. Rege, V. Ji, D. Solas, T. Baudin // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 771. – P. 1018–1028. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.09.004.

6. Effect of laser power on the microstructure, wear and corrosion resistance of laser-clad Ni45 nickel-based alloy coatings / X. Pang, Y. Zhao, W. Liu, Z. He // Coatings. – 2026. – Vol. 16 (2). – P. 238. – DOI: 10.3390/coatings16020238.

7. Study on the microstructure and properties of a laser cladding Fe–Ni–Al coating based on the invar effect / Z. Wang, J. Zhang, F. Zhang, C. Qi // Scientific Reports. – 2024. – Vol. 14 (1). – P. 11685. – DOI: 10.1038/s41598-024-62306-6.

8. Microstructure and wear characteristics of nickel-based coatings produced via laser cladding on 6061 aluminum alloy / H. Zhang, Y. He, T. Zhang, Y. Fu, K. Huang // Lubricants. – 2026. – Vol. 14 (2). – P. 56. – DOI: 10.3390/lubricants14020056.

9. Haldar B., Saha P. Identifying defects and problems in laser cladding and suggestions of some remedies for the same // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5 (5). – P. 13090–13101. – DOI: 10.1016/j.matpr.2018.02.297.

10. Research status of laser cladding technology on aluminum alloy surface / M. Chen, X. Yang, Z. Zhang, Y. Gu, K. Li, Y. Liu, J. Ma // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2025. – Vol. 137 (1). – P. 1–21. – DOI: 10.1007/s00170-025-15204-8.

11. Luis N.C. Transition metal aluminide coatings and initial steps on additive manufacturing. – London: IntechOpen, 2018. – DOI: 10.5772/intechopen.72582.

12. Cheng G.P., He Y.Z. Preparing of NiAl and Ni?Al intermetallic composite coatings by laser cladding in situ synthesis // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 239. – P. 636–641. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.239-242.636.

13. High-temperature corrosion characterization of Ni–Al laser cladding: the effect of Al content and Fe / X. Wang, Z. Liu, K. Cheng, J. Li, H. Ning, J. Mao // Journal of Thermal Spray Technology. – 2024. – Vol. 33 (5). – P. 1417–1439. – DOI: 10.1007/s11666-024-01782-8.

14. Гулов М.А. Оптимизация параметров лазерной наплавки порошка на основе системы никель-алюминий // Сибирский физический журнал. – 2022. – Т. 17, № 1. – С. 65–77. – DOI: 10.25205/2541-9447-2022-17-1-65-77.

15. Kotoban D., Grigoriev S., Shishkovsky I. Study of 3D laser cladding for Ni??Al?? superalloy // Physics Procedia. – 2014. – Vol. 56. – P. 262–268. – DOI: 10.1016/j.phpro.2014.08.170.

16. Research and progress of laser cladding: process, materials and applications / K. Wang, Z. Zhang, D. Xiang, J. Ju // Coatings. – 2022. – Vol. 12 (10). – P. 1382. – DOI: 10.3390/coatings12101382.

17. Laser cladding of Ni based powder on a Cu–Ni–Al glassmold: Influence of the process parameters on bonding quality and coating geometry / F. Bourahima, A.L. Helbert, M. Rege, V. Ji, D. Solas, T. Baudin // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 771. – P. 1018–1028. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.09.004.

18. Moosa A.A., Kadhim M.J., Subhi A.D. Dilution effect during laser cladding of Inconel 617 with Ni–Al powders // Mathematical Models and Methods in Applied Sciences. – 2011. – Vol. 5. – P. 50.

19. Laser cladding Al/Ni composite coating and its tribology performance / G. Zhang, Z. Ren, Y. Hou, H. Zheng // Surface Engineering. – 2025. – Vol. 41 (2). – P. 266–278. – DOI: 10.1177/02670844241309306.

20. Котобан Д.В., Шишковский И.В. Экспериментальное исследование условий 3D лазерной наплавки алюминида никеля // Известия Российской академии наук. Серия физическая. – 2016. – Т. 80, № 8. – С. 1093–1097 – DOI: 10.7868/S0367676516080263.