Методы введения легирующих элементов при лазерном легировании

Технология лазерной химико-термической обработки (ЛХТО)

При ЛХТО перед обработкой лучом лазера на поверхность изделия предварительно наносят легирующие элементы различными способами: накаткой фольги из легирующего материала, электролитическим или химическим осаждением, вакуумным напылением, электроискровым легированием, нанесением порошков или обмазок, насыщением из жидкости или газовой среды.

Легирование из газовой фазы осуществляется при нормальном и повышенном давлении. Например, при лазерном азотировании стали увеличение твердости в 2-2,5 раза достигается при давлении азота 8,82МПа, при азотировании титана значительное повышение твердости происходит при нормальном давлении и подаче струи азота в зону обработки.

Возможно введение порошкового легирующего компонента при вдувании порошка дисперсностью около 100 мкм в зону лазерного облучения потоком воздуха или другого газа-носителя. При этом способе не требуется предварительной обработки деталей, однако неэкономичен расход материала и получаются легированные слои с малой концентрацией легирующего элемента.

Насыщение из обмазок обеспечивает более экономный расход легирующих элементов и возможность получения в зоне упрочнения большой концентрации насыщающего элемента, которая регулируется в основном толщиной обмазки. Лазерное легирование через шликерный слой порошкообразного легирующего элемента заметно повышает поглощательную способность поверхности.

Технологическая последовательность этого метода заключается в нанесении обмазки (порошка легирующего элемента и связующего вещества) на обрабатываемую поверхность, сушке с целью фиксации нанесенного слоя обмазки и обработке упрочняемой поверхности лазерным излучением. Связующий состав должен удовлетворять следующим требованиям: содержание сухого вещества в нем должно быть минимально возможным во избежание разбрасывания частиц насыщающего компонента обмазки в процессе обработки продуктами сгорания связующего; связующее вещество обмазки должно быстро высыхать или полимеризоваться в случае органического соединения для обеспечения высокой производительности обработки.

При использовании в качестве связующего органических материалов, таких как жиры, синтетические клеящие вещества, эпоксидные смолы и др., образуется большое количество сажи, которая из-за низкой скорости горения связующего выделяется во время действия лазерного импульса и экранирует поверхность. Это препятствует формированию жидкой ванны. Лучшие результаты получены при применении клеев и лаков на основе нитроцеллюлозы. Скорость их горения больше скорости лазерной обработки и поэтому здесь в основном образуются газообразные продукты, прозрачные для лазерного луча. Однако при интенсивном и значительном газовыделении возможно разбрасывание обмазки. Хорошие результаты получены при использовании в качестве связующего цапон-лака в количестве 9-33% массы обмазки. Однако его применение требует использования специальных термических шкафов для полимеризации связующего и процесс сушки длителен. В качестве связующего может быть использован 20%-ный раствор клея БФ-2 в ацетоне. Время сушки при применении данного состава для получения удовлетворительной адгезии слоя обмазки поверхностью алюминия составляет 15-20 мин при 20^оС. Кроме того, данный состав имеет низкую вязкость и хорошую смачиваемость поверхностей, что важно при применении обмазок строго определенной толщины.

Применяемые для легирования и наплавки порошки должны иметь среднюю фракцию размеров частиц порошка в пределах 100-250 мкм. При приготовлении обмазки необходимо исключить комкование. В частности, для наплавки обмазка может быть приготовлена по следующей схеме: связующее (оксиэтилцеллюлоза) разводится горячей водой (70-80°С) в пропорции 1:5 по объему. В подготовленный раствор добавляется наплавляемый порошок и размешивается до получения массы равномерной консистенции.

После этого обмазка наносится на поверхность детали. Для тел вращения хорошие результаты дает нанесение шликерного слоя при обкатывании детали валиком, который полупогружен в ванну с подготовленной обмазкой. Регулирование зазора между валиком и деталью дает возможность наносить покрытия разной толщины. Поверхность валика должна быть рифленой или губчатой (например, слой поролона) для удержания равномерного слоя смеси на поверхности. Вращение валика и детали должно осуществляться в противоположные стороны,.

Рис. 65. Схема нанесения обмазки: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - центр; 3 - валик; 4 -ванна со смазочным материалом; 5 - бункер с порошком

что легко достигается с помощью паразитного ролика. Для предотвращения расслоения смеси ее необходимо постоянно перемешивать Возможна другая схема нанесения шликерного легирующего слоя, при которой на обрабатываемую поверхность предварительно наносится клеевой состав, а затем насыпается порошок.

Схема создания шликерного слоя при последовательном нанесении связующего слоя и порошкового наполнителя показана на рис. 65. В этом случае валик для накатывания слоя должен иметь гладкую поверхность с шероховатостью Ra = 2,5-0,63 мкм. При соприкосновении поверхностей валика и детали происходит перенос на деталь пленки клеящего состава, толщина которой регулируется вязкостью раствора.

После этой операции ванна с клеем отводится на запасную позицию, а к детали подводится бункер с порошком с таким расчетом, чтобы нанесение порошка происходило не по центру детали, а со смещением на одну четверть диаметра. Под деталь установлен поддон для приема порошка, ссыпающегося с детали. При этом непроизводительный расход порошка составляет около 2%.

На небольшие поверхности обмазку можно наносить кисточкой и с помощью устройства типа «пистолета», применяемого обычно для газопламенного нанесения покрытий. Однако для уменьшения потерь легирующих добавок давление несущей струи должно быть до 0,01 МПа.

Важно отметить, что предварительной подготовки поверхности деталей для ЛХТО не требуется.

Детали, не имеющие сколько-нибудь существенных загрязнений поверхности, обезжиривают в ванне с раствором соды. Для деталей, имеющих стойкие загрязнения после эксплуатации, рекомендуется очистка в моющих растворах.

Дата добавления: 2014-01-04