RU2010110782A

RU2010110782A - Способ лазерно-плазменно-ультразвукового упрочнения поверхности металлов и их сплавов

Info

Publication number: RU2010110782A
Application number: RU2010110782/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Аркадьевич Тюфтин (RU); Анатолий Аркадьевич Тюфтин; Анатолий Михайлович Чирков (RU); Анатолий Михайлович Чирков; Даниил Владимирович Корякин (RU); Даниил Владимирович Корякин
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2011-09-27
Also published as: RU2445378C2

Abstract

1. Способ лазерно-плазменно-ультразвукового повышения износостойкости поверхности металлов и их сплавов, включающий непрерывное воздействие лазерной плазмы на обрабатываемую поверхность, отличающийся тем, что лазерную плазму образуют, по меньшей мере, с одним легирующим элементом, и воздействуют на обрабатываемую поверхность этой плазмой и ультразвуком. ! 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лазерная плазма является приповерхностной и расположена на расстоянии h от обрабатываемой поверхности, определяемом зависимостью: ! 0<h<DП/2, ! где DП - диаметр приповерхностной лазерной плазмы оптического пробоя в парах металла. ! 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что приповерхностную лазерную плазму поджигают любым известным способом, предпочтительно лазерным лучом в парах металла. ! 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что приповерхностную лазерную плазму поддерживают в непрерывном оптическом разряде. ! 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность мощности - Wp лазерного излучения для поджига и образования приповерхностной лазерной плазмы оптического разряда в парах металла выбирают из условия ! ! где Wn p -пороговая плотность мощности лазерного излучения, образующая приповерхностную лазерную плазму оптического пробоя в парах металла, ! - пороговая плотность мощности лазерного излучения, образующая приповерхностную лазерную плазму оптического разряда в газе. ! 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после образования лазерной плазмы оптического разряда в парах металла для ее поддержания и обработки поверхности плотность мощности лазерного излучения Wp выбирают из условия ! ! где - плотность мощности лазерного из

Claims

1. Способ лазерно-плазменно-ультразвукового повышения износостойкости поверхности металлов и их сплавов, включающий непрерывное воздействие лазерной плазмы на обрабатываемую поверхность, отличающийся тем, что лазерную плазму образуют, по меньшей мере, с одним легирующим элементом, и воздействуют на обрабатываемую поверхность этой плазмой и ультразвуком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лазерная плазма является приповерхностной и расположена на расстоянии h от обрабатываемой поверхности, определяемом зависимостью:

0<h<D_П/2,

где D_П - диаметр приповерхностной лазерной плазмы оптического пробоя в парах металла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что приповерхностную лазерную плазму поджигают любым известным способом, предпочтительно лазерным лучом в парах металла.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что приповерхностную лазерную плазму поддерживают в непрерывном оптическом разряде.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность мощности - W_p лазерного излучения для поджига и образования приповерхностной лазерной плазмы оптического разряда в парах металла выбирают из условия

где Wⁿ _p -пороговая плотность мощности лазерного излучения, образующая приповерхностную лазерную плазму оптического пробоя в парах металла,

- пороговая плотность мощности лазерного излучения, образующая приповерхностную лазерную плазму оптического разряда в газе.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после образования лазерной плазмы оптического разряда в парах металла для ее поддержания и обработки поверхности плотность мощности лазерного излучения W_p выбирают из условия

где

- плотность мощности лазерного излучения, приводящая к плавлению поверхности,

- плотность мощности лазерного излучения, приводящая к образованию эрозионной плазмы и разрушению поверхности.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение энергетического центра приповерхностной лазерной плазмы оптического разряда в парах металла относительно обрабатываемой поверхности, для изменения режимов обработки поверхностного слоя, осуществляют в пределах, определяемых неравенством

0<ΔF<D_П/2,

где D_П - диаметр приповерхностной лазерной плазмы оптического разряда в парах металла,

ΔF - величина дефокусировки или положение фокальной плоскости с энергетическим центром лазерной плазмы относительно обрабатываемой поверхности.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующего элемента или элементов, входящих в состав лазерной плазмы, применяют, например, углерод, азот, бор, хром и др.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что легирующий элемент или элементы находятся в лазерной плазме в атомарном и ионизированном состоянии.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что легирование расплавленного поверхностного слоя обрабатываемой поверхности осуществляют атомами и ионами легирующих элементов, содержащихся в приповерхностной плазме.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие ультразвуком осуществляют на жидкую ванну расплава и закристаллизовавшуюся зону обрабатываемой поверхности.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что воздействие ультразвуком на закристаллизовавшуюся поверхность осуществляют при температуре ниже точки солидуса.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие ультразвуком осуществляют перпендикулярно обрабатываемой поверхности или с наклоном вектора воздействия в любую сторону до 45°.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют сканирование обрабатываемой поверхности лучом лазера в направлении перпендикулярном или под углом к направлению подачи обрабатываемой поверхности.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что частота сканирования лазерного луча определяется временем существования приповерхностной плазмы без энергетической подпитки лучом лазера.

16. Способ по любому из пп.14 и 15, отличающийся тем, что скорость поперечной подачи сканирующего луча лазера определяется частотой сканирования, диаметром пятна воздействия лазерной плазмы на полируемую поверхность, а также коэффициентом перекрытия зон обработки.