RU2447012C1 - Method of producing steel nanostructured surface by laser-induced plasma processing - Google Patents
Method of producing steel nanostructured surface by laser-induced plasma processing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2447012C1 RU2447012C1 RU2010141954/02A RU2010141954A RU2447012C1 RU 2447012 C1 RU2447012 C1 RU 2447012C1 RU 2010141954/02 A RU2010141954/02 A RU 2010141954/02A RU 2010141954 A RU2010141954 A RU 2010141954A RU 2447012 C1 RU2447012 C1 RU 2447012C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- plasma
- laser beam
- gas
- speed
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к технологическим процессам, более конкретно к обработке металлов лазерным лучом, и может быть использовано для улучшения механических свойств поверхностей деталей и повышению стойкости по отношению к различным видам износа, жаропрочности, жаростойкости, а также формированием поверхностных слоев со специальными физико-химическими свойствами, и может найти применение в различных отраслях машиностроения.The invention relates to technological processes, more specifically to the processing of metals by a laser beam, and can be used to improve the mechanical properties of the surfaces of parts and increase resistance to various types of wear, heat resistance, heat resistance, as well as the formation of surface layers with special physicochemical properties, and can find application in various branches of engineering.
Уровень техники.The level of technology.
Наноструктурные покрытия и материалы находят широкое применение в промышленности.Nanostructured coatings and materials are widely used in industry.
Хорошо известен способ формирования микро- и субмикрокристаллической структуры в поверхностных слоях стали (Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки. - М.: Высшая школа, 1987, - 191 с.), заключающийся в высокоскоростном нагреве лучом лазера поверхностных слоев и охлаждении со скоростью, значительно превышающей критическую скорость закалки на мартенсит. Примером данного способа является патент RU 2345148 C2 от 27.01.09, где лазерная обработка материала осуществляется при помощи непрерывного лазерного излучения, сфокусированного в световое пятно в виде отрезка и перемещаемого по заданной траектории с постоянной или переменной скоростью. Причем на первоначальном этапе этого процесса предварительно определяется допустимая максимальная температура на поверхности обрабатываемого материала, превышающая температуру, необходимую для структурного или фазового превращения.A well-known method for the formation of micro- and submicrocrystalline structures in the surface layers of steel (Grigoryants AG, Safonov AN Methods of surface laser processing. - M .: Higher school, 1987, - 191 p.), Which consists in high-speed heating by the beam laser surface layers and cooling at a speed significantly exceeding the critical quenching rate for martensite. An example of this method is the patent RU 2345148 C2 from 01/27/09, where the laser processing of the material is carried out using continuous laser radiation focused into a light spot in the form of a segment and moved along a given path with constant or variable speed. Moreover, at the initial stage of this process, the permissible maximum temperature on the surface of the processed material is previously determined, exceeding the temperature necessary for the structural or phase transformation.
Другим известным способом получения покрытий с мелкодисперсной структурой является метод лазерного поверхностного легирования [Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006, - 663 с.].Another well-known method for producing coatings with a finely dispersed structure is the method of laser surface alloying [Grigoryants AG, Shiganov IN, Misyurov AI Technological processes of laser processing. - M.: MSTU. N.E. Bauman, 2006, - 663 p.].
Этот процесс осуществляется путем введения в заданные участки поверхности различных компонентов, которые, смешиваясь с материалом основы, при расплавлении лазерным лучом образуют структуры требуемого состава, т.е. в процессе кратковременного лазерного оплавления поверхности обрабатываемого металла и сплавов вследствие больших градиентов температуры возникают интенсивные гидродинамические потоки. При этом процессы массопереноса по всей зоне оплавления ускоряются. Образование легированных зон сопровождается по крайней мере тремя процессами, приводящими к перемешиванию легирующих добавок с расплавом матрицы: массопереносом на расстояния в несколько сот микрометров в результате конвективного перемешивания, массопереносом на расстояния в несколько микрометров вследствие диффузии в жидкой и твердой фазах и массопереносом в результате действия термокапиллярных сил.This process is carried out by introducing various components into specified areas of the surface, which, when mixed with the base material, when molten by a laser beam form structures of the required composition, i.e. In the process of short-term laser fusion of the surface of the metal and alloys being processed, intense hydrodynamic flows arise due to large temperature gradients. In this case, mass transfer processes throughout the reflow zone are accelerated. The formation of doped zones is accompanied by at least three processes leading to mixing of the dopants with the matrix melt: mass transfer over distances of several hundred micrometers due to convective mixing, mass transfer over distances of several micrometers due to diffusion in the liquid and solid phases and mass transfer as a result of thermocapillary forces.
Подачу присадочных компонентов в данной технологии чаще всего осуществляют из твердой фазы. Легирующие порошки наносятся предварительно в виде шликера или подаются непосредственно в зону оплавления. Иногда в качестве легирующих компонентов могут быть использованы жидкости и газы.The filing of filler components in this technology is most often carried out from the solid phase. Alloying powders are preliminarily applied in the form of a slip or fed directly to the reflow zone. Sometimes, liquids and gases can be used as alloying components.
В настоящее время достаточно хорошо известна и изучена ионная имплантация (легирование) ионными пучками поверхности обрабатываемого материала, в результате внедрения которых происходит изменение элементного химического состава и структурно-фазового состояния приповерхностных слоев (Быковский Ю.А. и др. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. - М.: Энергоатомиздат, 1991,-240 с.).At present, ion implantation (alloying) of the surface of the processed material by ion beams is fairly well known and studied, as a result of the introduction of which there is a change in the elemental chemical composition and structural-phase state of the surface layers (Bykovsky Yu.A. et al. Ion and laser implantation of metallic materials . - M .: Energoatomizdat, 1991, -240 p.).
Недостатком такого метода является прежде всего наличие глубокого вакуума и низкая производительность.The disadvantage of this method is primarily the presence of a deep vacuum and low productivity.
Однако данный метод, как и предыдущий, не позволяет получать нанодисперсные поверхностные структуры.However, this method, like the previous one, does not allow obtaining nanodispersed surface structures.
Это лимитируется рядом физических явлений:This is limited by a number of physical phenomena:
1. Ограничения в формирование однородного распределения. Диффузионный конвективный перенос атомов легирующего вещества из покрытия вглубь матрицы лимитируется временем существования расплава и обусловливает неоднородный по глубине концентрационный профиль распределения внедряемых легирующих элементов.1. Limitations in the formation of a uniform distribution. The diffusive convective transfer of dopant atoms from the coating deeper into the matrix is limited by the lifetime of the melt and determines the concentration distribution profile of the introduced dopants that is inhomogeneous in depth.
2. Тепловое сопротивление контакта покрытие - матрица.2. Thermal resistance of the contact coating - matrix.
При лазерном воздействии на покрытие в виде обмазки или напыленного слоя возникают трудности из-за повышения теплового сопротивления на границе покрытие-подложка, например испарение химических элементов.When a laser coating is applied in the form of a coating or a sprayed layer, difficulties arise due to an increase in thermal resistance at the coating-substrate interface, for example, the evaporation of chemical elements.
3. Термодинамические ограничения.3. Thermodynamic limitations.
Термодинамические «ограничения» проявляются при лазерном плавлении покрытия и подложки, состоящих из химических элементов, не смешиваемых в равновесных условиях в жидкой фазе.Thermodynamic "limitations" are manifested during laser melting of the coating and substrate, consisting of chemical elements that are not miscible under equilibrium conditions in the liquid phase.
В этих системах отсутствует возможность диффузии атомов легирующих элементов в жидкой фазе, т.е. невозможно перемешивание этих атомов в расплаве из-за ограничений термодинамического характера (несмешиваемость элементов в жидкой фазе на равновесной диаграмме состояния).In these systems, there is no possibility of diffusion of atoms of alloying elements in the liquid phase, i.e. mixing of these atoms in the melt is impossible due to thermodynamic limitations (immiscibility of elements in the liquid phase in the equilibrium state diagram).
Для формирования наноструктурных слоев необходимо выполнение следующих требований:For the formation of nanostructured layers, the following requirements must be met:
- сверхскоростной нагрев поверхностного слоя и малая глубина расплавленного слоя, что позволяет охлаждать в режиме теплопроводности поверхностный слой со скоростью V(°C/c), приводящей к образованию наноструктуры, т.е.- ultra-fast heating of the surface layer and the shallow depth of the molten layer, which allows cooling the surface layer at a speed V (° C / s) in the heat conduction mode, leading to the formation of a nanostructure, i.e.
Vкр<V<Vmax,Vcr <V <Vmax,
где Vкр - критическая скорость охлаждения, приводящая к образованию субмикроструктуры (>100 нм);where Vcr is the critical cooling rate, leading to the formation of a submicrostructure (> 100 nm);
Vmax - скорость охлаждения, приводящая к образованию аморфных структур (стеклованию), (Vmax=106…1010 °C/c);Vmax is the cooling rate leading to the formation of amorphous structures (glass transition), (Vmax = 10 6 ... 10 10 ° C / s);
- наличие высокоскоростных источников легирования жидкой фазы поверхностного слоя и равномерности ее заполнения по всему расплавленному объему, создание высокой концентрации центров кристаллизации.- the presence of high-speed sources of alloying the liquid phase of the surface layer and the uniformity of its filling throughout the molten volume, creating a high concentration of crystallization centers.
Наноразмерные структуры характеризуются особенностями, которые заключаются в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров.Nanoscale structures are characterized by features that consist in the fact that the processes under consideration and the actions performed take place in the nanometer range of spatial sizes.
Исходным материалом являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные и макроскопические объемы материала.The source material is individual atoms, molecules, molecular systems, and not micron and macroscopic volumes of material that are familiar in traditional technology.
Поэтому в отличие от традиционной технологии для нанотехнологии характерен «индивидуальный» подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них наноразмерные материалы с контролируемой структурой и принципиально новыми физико-химическими свойствами.Therefore, unlike traditional technology, nanotechnology is characterized by an “individual” approach, in which external control reaches individual atoms and molecules, which allows them to create nanoscale materials with a controlled structure and fundamentally new physicochemical properties.
Одним из путей достижения данной цели является технология получения наноструктурных слоев за счет спекания ультрадисперсионных нанопорошков с помощью лазерного излучения (Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Современные методы и оборудование для объемного формообразования деталей лазерным переплавом металлических порошков. Лазер Информ. 2004, №5-6). Достоинством данного процесса является сохранение первоначальных параметров порошка вследствие отсутствия переплава.One of the ways to achieve this goal is the technology for producing nanostructured layers by sintering ultradispersed nanopowders using laser radiation (Shiganov I.N., Misyurov A.I. Modern methods and equipment for volume forming parts by laser remelting of metal powders. Laser Inform. 2004, No. 5-6). The advantage of this process is the preservation of the initial parameters of the powder due to the lack of remelting.
Рекристаллизация при спекании характеризуется рядом существенных особенностей, крупные зерна образуются за счет переноса вещества при общей границе с зерна малого размера на зерно большего размера. Перенос веществ происходит путем перемещения атомов через границу зерен в сторону зерна с меньшей величиной свободной энергии и поперек контактных участков. Движущая сила рекристаллизации определяется стремлением системы перейти в более равновесное состояние с меньшей суммарной поверхностью границ.Recrystallization during sintering is characterized by a number of significant features, large grains are formed due to the transfer of matter at a common border from small grains to larger grains. The transfer of substances occurs by moving atoms across the grain boundary towards the grain with a smaller amount of free energy and across the contact areas. The driving force of recrystallization is determined by the desire of the system to transition to a more equilibrium state with a smaller total boundary surface.
Примером лазерной высокоскоростной перекристаллизации нанесенного на поверхность наноразмерного порошка разного химического состава является работа Харанжовского Е.В., где были использованы мелкодисперсные смеси порошков, состоящие из химически чистых железа и графита (Харанжовский Е.В., Ипатов А.Г. Микроструктура и свойства слоев при лазерной перекристаллизации порошковых материалов на основе железа. Вестник Удмуртского университета. 2007. №4, с.88-97).An example of laser high-speed recrystallization of a nanosized powder of different chemical composition deposited on the surface is the work of E.V. Kharanzhovsky, where finely dispersed powder mixtures consisting of chemically pure iron and graphite were used (E.V. Kharanzhovsky, A.I. Ipatov, Microstructure and layer properties for laser recrystallization of iron-based powder materials. Udmurt University Bulletin. 2007. No. 4, p. 88-97).
Для изготовления образцов использовались порошки карбонильного железа марки А-100 и кристаллического графита. Технология получения карбонильного железа обеспечивает химическую чистоту порошка за исключением трех элементов - кислорода, углерода и азота. Для очистки от этих элементов исходный порошок подвергался отжигу в атмосфере водорода при температуре 350°C в течение одного часа с охлаждением в печи. После этого порошок железа смешивался с графитом в пропорциях, необходимых для получения готовых образцов сплава железо-углерод с содержанием углерода 0,3% по весу. Затем смесь порошка размалывалась на вибромельнице. Фракционный состав регулировался временем размола, причем размер частиц порошка менялся от 100 нм до нескольких микрометров.For the manufacture of samples, powders of carbonyl iron grade A-100 and crystalline graphite were used. The technology for producing carbonyl iron ensures the chemical purity of the powder with the exception of three elements - oxygen, carbon and nitrogen. To remove these elements, the initial powder was annealed in a hydrogen atmosphere at a temperature of 350 ° C for one hour with cooling in an oven. After that, the iron powder was mixed with graphite in the proportions necessary to obtain finished samples of the iron-carbon alloy with a carbon content of 0.3% by weight. Then the powder mixture was ground in a vibratory mill. The fractional composition was controlled by the grinding time, and the particle size of the powder varied from 100 nm to several micrometers.
Из подготовленных смесей порошков изготавливались образцы по двукратному циклу: прессовка порошка, предварительное спекание в защитной атмосфере (диссоциированный аммиак) в течение 2 часов с охлаждением в печи; калибровка образцов, окончательное спекание в течение 4 часов. Плотность готовых образцов составляла 7,4 г/см3, структура - феррит, перлит с микротвердостью до 70-90 кг/мм2.From the prepared powder mixtures, samples were made in a double cycle: powder pressing, preliminary sintering in a protective atmosphere (dissociated ammonia) for 2 hours with cooling in an oven; calibration of samples, final sintering within 4 hours. The density of the finished samples was 7.4 g / cm 3 , the structure was ferrite, perlite with a microhardness of up to 70-90 kg / mm 2 .
Для последующей лазерной высокоскоростной обработки образцов был изготовлен технологический стенд с использованием СО2 лазера Лантан-3М, работающего в режиме генерации непрерывного излучения мощностью 1 кВт. Плотность мощности лазерного излучения устанавливалась в диапазоне от 2,6·105 до 1,4·106 Вт/см2. Необходимая скорость сканирования луча лазера устанавливалась частотой n вращения образца в специальном приспособлении и расстоянием до центра вращения. Диапазон скорости составил от 0,1 м/с до 4 м/с.For subsequent laser high-speed processing of the samples, a technological stand was manufactured using a Lantan-3M CO 2 laser operating in the mode of generation of continuous radiation with a power of 1 kW. The power density of the laser radiation was set in the range from 2.6 · 10 5 to 1.4 · 10 6 W / cm 2 . The necessary scanning speed of the laser beam was set by the frequency n of rotation of the sample in a special device and the distance to the center of rotation. The speed range was from 0.1 m / s to 4 m / s.
После лазерной обработки зона лазерной перекристаллизации состояла из двух слоев: зоны лазерной закалки из жидкой фазы и зоны лазерной закалки из твердой фазы, причем вследствие высокой скорости нагрева и охлаждения образуется неоднородный по содержанию углеродный мелкодисперсный пластинчатый мартенсит.After laser treatment, the laser recrystallization zone consisted of two layers: the laser quenching zone from the liquid phase and the laser quenching zone from the solid phase; moreover, due to the high heating and cooling rate, carbon finely dispersed lamellar martensite inhomogeneous in content was formed.
Недостатком данного метода является сложность изготовления субдисперсной смеси нанопорошков и предварительное спекание образцов в защитной атмосфере, а также ограниченная скорость рекристаллизации, зависящая от радиусов кривизны границы зерен, т.е. дисперсности порошкового материала.The disadvantage of this method is the difficulty of manufacturing a subdispersed mixture of nanopowders and preliminary sintering of samples in a protective atmosphere, as well as the limited rate of recrystallization, depending on the radii of curvature of the grain boundary, i.e. dispersion of the powder material.
Известен способ формирования наноразмерных поверхностных покрытий в сплавах типа твердый раствор (RU 2371380 C1), осуществляемый энергетическим воздействием лазерным излучением с частотой следования импульсов не менее 4 кГц и максимальной плотностью мощности q<4,88 λ(T)·Тпл/Df и временем воздействия не менее 30 сек,A known method of forming nanoscale surface coatings in alloys of the type of solid solution (RU 2371380 C1), carried out by energy exposure to laser radiation with a pulse repetition rate of at least 4 kHz and a maximum power density q <4.88 λ (T) · T pl / Df and time exposure for at least 30 seconds,
где λ(Т) - коэффициент теплопроводности материала; Тпл - температура плавления материала; Df - апертура лазерного излучения в плоскости обработки.where λ (T) is the coefficient of thermal conductivity of the material; Mp - the melting point of the material; Df - aperture of laser radiation in the processing plane.
Недостатком данного метода является ограниченный класс обрабатываемых материалов и длительность технологического процесса, так для образцов толщиной 2 мм время воздействия составляет более 5 мин.The disadvantage of this method is the limited class of processed materials and the duration of the process, so for samples with a thickness of 2 mm, the exposure time is more than 5 minutes.
Устранить ограничения в возможностях получения поверхностных наноструктур, присущие классическому методу лазерного легирования и ионной имплантации, а также устранить недостатки, присущие лазерному высокоскоростному спеканию нанодисперсного порошка, позволит применение метода лазерно-плазменной обработки поверхности материала.Elimination of the limitations in the possibilities of obtaining surface nanostructures inherent in the classical method of laser doping and ion implantation, as well as eliminating the disadvantages inherent in laser high-speed sintering of nanodispersed powder, will allow the use of laser-plasma processing of the surface of the material.
В отличие от других видов разряда (электродугового, высокочастотного, сверхвысокочастотного) лазерная плазма оптического разряда обладает рекордными (недостижимыми для других разрядов) значениями плотности мощности, вложенной в разряд (до 1000 кВт/см2), что обеспечивает высокое значение температуры плазмы (до 27000 К), электронной плотности (до 10 см-3), благодаря этому лазерная плазма оптического стационарного разряда является мощным источником ионом (Козлов Г.И. Непрерывный оптический разряд - лазерно-плазменный источник ионов и излучения. Новые российские разработки в лазерной науке, технике и технологии. Сборник научно-практических статей. Выпуск 1. Под ред. Чл.-корр. РАН Панченко В.Я. - Калуга: Из-во АКФ «Полигон», 2005, с.45-51).Unlike other types of discharge (electric arc, high-frequency, microwave), an optical discharge laser plasma has record (unattainable for other discharges) values of the power density embedded in the discharge (up to 1000 kW / cm 2 ), which ensures a high plasma temperature (up to 27000 K) electron density (up to 10 cm -3), due to this laser plasma optical stationary discharge ion source is a potent (Kozlov GI continuous optical level - laser-plasma ion source and radiation. Russian New Developments in Laser Science, Engineering, and Technology, Collection of Scientific and Practical Articles, Issue 1. Edited by Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences Panchenko V.Ya. - Kaluga: Izvestiya AKF Polygon, 2005, p. 45 -51).
Применение лазерно-плазменной технологии позволяет:The use of laser-plasma technology allows you to:
1. Получать температуру в центре приповерхностной лазерной плазмы оптического разряда, которая находится в нескольких сот микронах от обрабатываемой поверхности, достигающей 27000 К, что обеспечивает высокоскоростной нагрев поверхностного слоя и его высокоскоростную обработку.1. To obtain the temperature in the center of the surface laser plasma of an optical discharge, which is several hundred microns from the treated surface, reaching 27,000 K, which provides high-speed heating of the surface layer and its high-speed processing.
2. Легко управлять химическим составом лазерной плазмы, что открывает большие потенциальные возможности варьировать в широких пределах химический состав поверхностного слоя.2. It is easy to control the chemical composition of the laser plasma, which opens up great potential for varying within a wide range the chemical composition of the surface layer.
3. Лазерная плазма будет выполнять наиважнейшую функцию, являясь высокоскоростным модификатором жидкой фазы расплава обрабатываемой поверхности.3. The laser plasma will perform the most important function, being a high-speed modifier of the liquid phase of the melt of the treated surface.
4. Управлять энергетической накачкой приповерхностной лазерной плазмы, что позволит атомизировать практически все химические элементы.4. To control the energy pumping of the surface laser plasma, which will allow atomization of almost all chemical elements.
5. Преодолеть термодинамические и теплофизические ограничения при наноструктурировании поверхностных слоев за счет создания высокой степени неравновесности формируемых сплавов в поверхностных слоях.5. Overcome the thermodynamic and thermophysical constraints during nanostructuring of the surface layers by creating a high degree of nonequilibrium of the formed alloys in the surface layers.
6. Изменяя положение фокусного расстояния оптической системы относительно обрабатываемой поверхности, достаточно легко управлять геометрическим положением энергетического центра плазмы по отношению к обрабатываемой поверхности и тем самым изменять глубину структурированного слоя.6. By changing the position of the focal length of the optical system relative to the surface being processed, it is easy enough to control the geometric position of the plasma energy center with respect to the surface being processed and thereby changing the depth of the structured layer.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является создание наноструктурированной поверхности на ответственных участках деталей из стали, что позволит увеличить твердость рабочих поверхностей, а следовательно, повысит ресурс работы деталей.The objective of the invention is to create a nanostructured surface on critical sections of steel parts, which will increase the hardness of the working surfaces, and therefore, increase the service life of the parts.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения наноструктурированной поверхности сталей методом лазерно-плазменной обработки, включающем воздействие перемещаемым лазерным лучом на обрабатываемую поверхность, воздействие лазерным лучом на обрабатываемую поверхность осуществляют в герметичной камере, заполненной инертным газом, например аргоном, и газом-модификатором, например азотом, при этом мощность лазера и диаметр лазерного пятна выбирают так, чтобы плотность мощности была выше пороговой величины плотности мощности, необходимой для образования плазмы оптического разряда в парах металла, а перемещения пятна лазерного луча по поверхности детали выполняют со скоростью движения, обеспечивающей стабильное горение приповерхностной плазмы оптического разряда.The problem is achieved in that in the method for producing a nanostructured steel surface by laser-plasma treatment, including the action of a movable laser beam on the surface to be treated, the laser beam on the surface to be treated is carried out in a sealed chamber filled with an inert gas, such as argon, and a modifier gas, for example with nitrogen, while the laser power and the diameter of the laser spot are chosen so that the power density is higher than the threshold power density the time required for the formation of an optical discharge plasma in metal vapor, and the movement of the laser beam spot on the surface of the part is performed at a speed that ensures stable combustion of the surface plasma of the optical discharge.
Более того, воздействие лазерным лучом на обрабатываемую поверхность осуществляют с плотностью мощности лазерного пятна на поверхности детали, равной (106-107) Вт/см2, и скоростью перемещения, равной 0,1-2 м/с при давлении газов в камере, равном 1,5-2 атм.Moreover, the laser beam acts on the surface to be treated with a power density of the laser spot on the surface of the part equal to (10 6 -10 7 ) W / cm 2 and a travel speed of 0.1-2 m / s with gas pressure in the chamber equal to 1.5-2 atm.
Такое выполнение способа позволяет получать аномально высокое повышение твердости обрабатываемого материала по всей обрабатываемой поверхности.This embodiment of the method allows to obtain an abnormally high increase in hardness of the processed material over the entire processed surface.
Перечень фигур на чертежах.The list of figures in the drawings.
Изобретение поясняется фиг.1, на которой представлена схема лазерно-плазменной технологии наноструктурирования, на которой обозначены:The invention is illustrated in figure 1, which presents a diagram of a laser-plasma technology of nanostructuring, on which are indicated:
1 - луч лазера;1 - laser beam;
2 - фокусирующая θ-линза;2 - focusing θ lens;
3 - приповерхностная плазма с модификатором;3 - surface plasma with a modifier;
4 - фокальная плоскость;4 - focal plane;
5 - жидкая фаза расплавленного металла;5 - liquid phase of the molten metal;
6 - структурируемая поверхность;6 - structured surface;
7 - обрабатываемая деталь;7 - workpiece;
8, 11 - поворотное зеркало трехосевого сканатора;8, 11 - rotary mirror of a three-axis scanner;
9 - герметичная камера;9 - sealed chamber;
10 - защитная среда с газом-модификатором;10 - a protective environment with a gas modifier;
12 - трансфокатор;12 - zoom;
F - фокусное расстояние;F is the focal length;
ΔF - величина дефокусировки;ΔF is the amount of defocusing;
Dn - диаметр приповерхностной лазерной плазмы.D n is the diameter of the surface laser plasma.
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Способ обработки выполняют следующим образом.The processing method is as follows.
1. Сфокусированный лазерный луч подают на поверхность обрабатываемой детали, которая находится в герметичной камере с защитным и модифицирующим газом.1. A focused laser beam is fed to the surface of the workpiece, which is located in a sealed chamber with a protective and modifying gas.
При этом используется луч иттербиевого волоконного лазера в непрерывном режиме.In this case, a beam of a ytterbium fiber laser is used in a continuous mode.
Для защиты обрабатываемой поверхности от окисления процесс проводится в герметичной камере, заполненной инертным газом Аr или He до давления 1.5 ат и газом-модификатором, например бутаном, доводя общее давление до 2 атм.To protect the treated surface from oxidation, the process is carried out in a sealed chamber filled with an inert gas Ar or He to a pressure of 1.5 atm and a modifier gas, such as butane, bringing the total pressure to 2 atm.
Для легирования другим каким-либо элементом, например азотом, в камеру напускают N2.For alloying with any other element, for example, nitrogen, N2 is introduced into the chamber.
В нашем случае в качестве легирующего элемента выступает смесь ионов углеродосодержащего газа и Аr, поступающих на поверхность жидкой фазы металла из приповерхностной лазерной плазмы и насыщающая поверхностный слой детали в результате диффузии и конвективного перемешивания.In our case, the alloying element is a mixture of carbon-containing gas and Ar ions entering the surface of the liquid phase of the metal from the surface laser plasma and saturating the surface layer of the part as a result of diffusion and convective mixing.
2. Луч лазера фокусируют на структурируемую поверхность (поверхность обрабатываемой детали) в виде пятна лазерного луча диаметром от 60 до 100 мкм. При этом мощность лазера и диаметр лазерного пятна выбирают так, чтобы плотность мощности была выше пороговой величины плотности мощности, необходимой для образования неравновесной приповерхностной плазмы оптического разряда в парах металла. Плотность мощности лазерного излучения выбирают равной W=(106-107)Вт/см2, в зависимости от длины волны лазерного излучения (для стали Wпр=2×106 Вт/см2 для λ=10.6 мкм).2. The laser beam is focused on the structured surface (surface of the workpiece) in the form of a laser beam spot with a diameter of 60 to 100 microns. In this case, the laser power and the diameter of the laser spot are chosen so that the power density is higher than the threshold value of the power density necessary for the formation of a nonequilibrium surface plasma of an optical discharge in metal vapor. The laser radiation power density is chosen equal to W = (10 6 -10 7 ) W / cm 2 depending on the wavelength of the laser radiation (for steel W pr = 2 × 10 6 W / cm 2 for λ = 10.6 μm).
Под воздействием сфокусированного лазерного излучения обрабатываемая поверхность оплавляется, а в парах металла от поглощенной энергии лазерного излучения образовывается приповерхностная плазма оптического разряда в парах расплавленного металлаUnder the influence of focused laser radiation, the processed surface is melted, and near-surface optical discharge plasma is formed in the vapor of the molten metal in the metal vapor from the absorbed laser radiation energy
3. Осуществляют перемещение пятна лазерного луча по поверхности детали со скоростью движения, обеспечивающей стабильное горение приповерхностной плазмы оптического разряда, но не менее скорости, определяющей время воздействия на обрабатывающую поверхность для существования жидкой фазы расплава поверхностного слоя и диффузии ионов модификатора на глубину наноструктуры, т.е. ≤100 нм. Диапазон скоростей движения для выполнения данных условий составляет от 0,1 м/с до 2 м/с.3. Carry out the movement of the laser beam spot on the surface of the part with a speed of movement that ensures stable combustion of the surface plasma of the optical discharge, but not less than the speed that determines the exposure time to the processing surface for the existence of the liquid phase of the melt of the surface layer and the diffusion of modifier ions to the depth of the nanostructure, t. e. ≤100 nm. The range of speeds for fulfilling these conditions is from 0.1 m / s to 2 m / s.
4. Изменяя положение фокусного расстояния оптической системы относительно обрабатываемой поверхности, достаточно легко управлять геометрическим положением энергетического центра плазмы относительно обрабатываемой поверхности и тем самим изменять глубину расплавленного слоя, что позволяет обеспечивать скорость охлаждения в режиме теплопроводности меньше скорости охлаждения, приводящей к аморфизации поверхностного слоя, но больше скорости охлаждения, приводящей к образованию субмикроструктуры.4. By changing the position of the focal length of the optical system relative to the surface being processed, it is quite easy to control the geometric position of the plasma energy center relative to the surface to be treated and thereby changing the depth of the molten layer, which makes it possible to provide a cooling rate in the heat conduction mode less than the cooling rate leading to amorphization of the surface layer, greater cooling rate, leading to the formation of a submicrostructure.
Таким образом, подбирая необходимую плотность мощности лазерного излучения, время воздействия на обрабатываемую поверхность и положение фокальной плоскости, можно управлять структурно-фазовым состоянием поверхностного слоя, в том числе формировать поверхностные наноструктуры, что позволяет получать аномально высокое повышение твердости обрабатываемого материала по всей обрабатываемой поверхности.Thus, choosing the necessary laser radiation power density, exposure time to the treated surface and the position of the focal plane, it is possible to control the structural phase state of the surface layer, including the formation of surface nanostructures, which allows an abnormally high increase in the hardness of the processed material over the entire processed surface.
Сам процесс наноструктурирования поверхности стали и ее сплавов лазерной плазмой происходит следующим образом.The process of nanostructuring the surface of steel and its alloys by laser plasma occurs as follows.
Луч иттербиевого волоконного лазера ЛК-300 (λ=1,07 мкм) мощностью 300 Вт в непрерывном режиме (поз.1) выходит из коллиматора (на фиг.1) не указан и попадает на управляемый трехосевой сканатор с поворотным зеркалом (поз.8, 11) и фокусирующей θ-линзой (поз.2), затем фокусируется на структурируемую поверхность (поз.6) обрабатываемой детали (поз.7) в виде пятна лазерного луча диаметром 80 мкм, что создает плотность мощности лазерного излучения W=6×106 Вт/см2, достаточную для образования плазмы оптического разряда в парах металла (для стали Wпр=2×106 Вт/см2). Сама деталь (поз.7) находится в герметичной камере (поз.9) с инертным газом и газом-модификатором (поз.10) и может перемещаться с помощью манипулятора 5-координатного станка по координатам X, Y и Z и может вращаться вокруг оси Z и Y. Луч лазерного излучения с помощью трансфокатора (поз.12) может заглубляться в поверхность обрабатываемой детали на глубину Δz=±15 мм, что позволяет изменять величину дефокусировки ΔF и тем самим контролировать глубину модифицированного слоя.The beam of an LK-300 ytterbium fiber laser (λ = 1.07 μm) with a power of 300 W in a continuous mode (pos. 1) leaves the collimator (in Fig. 1) and is sent to a controllable three-axis scanner with a rotary mirror (pos. 8) 11) and a focusing θ lens (pos. 2), then focuses on the structured surface (pos. 6) of the workpiece (pos. 7) in the form of a laser beam spot with a diameter of 80 μm, which creates a laser radiation power density W = 6 × 10 6 W / cm 2 sufficient for the formation of an optical discharge plasma in metal vapor (for steel Wpr = 2 × 10 6 W / cm 2 ). The part itself (pos. 7) is located in a sealed chamber (pos. 9) with an inert gas and modifier gas (pos. 10) and can be moved using the manipulator of a 5-coordinate machine along the coordinates X, Y and Z and can rotate around the axis Z and Y. The laser beam using a zoom (pos. 12) can be immersed into the surface of the workpiece to a depth of Δz = ± 15 mm, which allows you to change the defocusing value ΔF and thereby control the depth of the modified layer.
Под воздействием сфокусированного лазерного излучения обрабатываемая поверхность оплавляется, а в парах металла от поглощенной энергии лазерного излучения образовывается приповерхностная плазма оптического разряда в парах расплавленного металла, которую можно перемещать на небольшие участки ~300×300 мм2 с помощью 3-осевого сканатора с θ-линзой, которая фокусирует излучение по заданному полю с постоянным диаметром сфокусированного пятна 80 мкм, а сама обрабатываемая деталь может перемещаться с помощью манипулятора 5-координатного станка по двум и более осям, что в совокупности позволяет обрабатывать всю подлежащую структурированию поверхность детали.Under the influence of focused laser radiation, the treated surface is melted, and near-surface optical discharge plasma is formed in the metal vapor from the absorbed laser energy, which can be moved to small areas ~ 300 × 300 mm 2 using a 3-axis scanner with an θ lens , which focuses the radiation over a given field with a constant diameter of the focused spot of 80 μm, and the workpiece itself can be moved using the 5-axis manipulator along two or more axes, all of which can handle all subject to the structuring surface of the workpiece.
Для защиты обрабатываемой поверхности от окисления процесс проводится в герметичной камере (поз.9), заполненной инертным газом Аr или He (поз.10) и газом-модификатором (бутан, N2).To protect the treated surface from oxidation, the process is carried out in a sealed chamber (pos. 9) filled with an inert gas Ar or He (pos. 10) and a modifier gas (butane, N 2 ).
В качестве легирующего элемента в нашем случае выступает смесь ионов углеродосодержащего газа и Аr, поступающих на поверхность жидкой фазы металла из приповерхностной лазерной плазмы и насыщающая поверхностный слой в результате диффузии и конвективного перемешивания, что позволяет получать аномально высокое повышение твердости обрабатываемого материала по всей обрабатываемой поверхности.In our case, the alloying element is a mixture of carbon-containing gas and Ar ions entering the surface of the liquid phase of the metal from the surface laser plasma and saturating the surface layer as a result of diffusion and convective mixing, which makes it possible to obtain an abnormally high increase in the hardness of the processed material over the entire processed surface.
Для легирования другим каким-либо элементом, например азотом, в камеру дополнительно напускают N2.For alloying with any other element, for example nitrogen, N2 is additionally let into the chamber.
Исходя из пороговой величины плотности мощности, необходимой для образования плазмы, рассчитывается мощность лазерного излучения и диаметр сфокусированного пятна, а выбирая скорость перемещения пятна по обрабатываемой поверхности, мы определяем время воздействия на обрабатываемую поверхность, т.е. время существования жидкой фазы расплава поверхностного слоя, которое должно удовлетворять условию:Based on the threshold value of the power density necessary for plasma formation, the laser radiation power and the diameter of the focused spot are calculated, and choosing the speed of spot movement along the treated surface, we determine the exposure time to the treated surface, i.e. the lifetime of the liquid phase of the melt of the surface layer, which must satisfy the condition:
t≤100 нм/Vд,t≤100 nm / Vd,
где Vд - скорость диффузии модификатора в жидкой фазе расплавленного металла.where Vd is the diffusion rate of the modifier in the liquid phase of the molten metal.
Для осуществления предлагаемого способа может быть использовано следующее устройство.To implement the proposed method, the following device can be used.
Пятикоординатный станок используется как манипулятор для перемещения обрабатываемого образца и базой для установки и крепления 3-осевого сканатора типа «Fokusschifter» фирмы «Raylase» и герметичной камеры с деталью. Входное отверстие сканатора оптически сочленено с коллиматором иттербиевого волоконного лазера, излучение которого передается по волоконному кабелю и заканчивается коннектором, соединенным QBH-разъемом с коллиматором.The five-coordinate machine is used as a manipulator for moving the processed sample and a base for installing and attaching a 3-axis Raylase Fokusschifter scanner and a sealed chamber with a part. The scanner inlet is optically coupled to a ytterbium fiber laser collimator, the radiation of which is transmitted through a fiber cable and ends with a connector connected by a QBH connector to the collimator.
Далее излучение попадает сначала на трансфокатор трехосевого сканатора, который имеет возможность автоматического перемещения по программе вдоль оптической оси на величину ±15 мм, тем самым заглубляет фокальную плоскость на обрабатываемой детали на величину Аr=±15 мм, затем на поворотные зеркала, которые отклоняют по программе луч на максимальный угол ±22° в взаимно перпендикулярных плоскостях, образуя площадку размером 300×300 мм2, при фокусирующей θ-линзе с фокусным расстоянием F=566 мм. θ-линза в 3-осевом сканаторе служит для выравнивания диаметра сфокусированного пятна по всему разворачиваемому полю.Next, the radiation first hits the zoom lens of the three-axis scanner, which has the ability to automatically move the program along the optical axis by ± 15 mm, thereby deepening the focal plane on the workpiece by the value Ar = ± 15 mm, then to the swivel mirrors, which are deflected according to the program beam at a maximum angle of ± 22 ° in mutually perpendicular planes, forming an area 300 × 300 mm 2 in size, with a focusing θ lens with a focal length F = 566 mm. The θ lens in the 3-axis scanner serves to align the diameter of the focused spot over the entire field to be deployed.
Сфокусированный лазерный луч попадает на поверхность обрабатываемой детали, которая находится в герметичной камере с защитным и модифицирующим газом, а сама деталь имеет возможность перемещаться с помощью манипулятора станка по координатам Х, Y и Z, а также вращаться вокруг оси Z и Y, что дает возможность проводить наноструктурирование как плоских, так и более сложных поверхностей.The focused laser beam hits the surface of the workpiece, which is located in a sealed chamber with protective and modifying gas, and the part itself is able to move with the help of the machine manipulator along the coordinates X, Y and Z, as well as rotate around the Z and Y axis, which makes it possible carry out nanostructuring of both flat and more complex surfaces.
Пример использования предлагаемого способаAn example of using the proposed method
Одной из областей, в которой успешно может использоваться данный способ, является агрегатостроение, в котором в настоящее время для локального упрочнения деталей широко используются длительные, трудоемкие и неподлежащие автоматизации процессы химико-термической обработки и нанесение гальванических покрытий.One of the areas in which this method can be successfully used is aggregate construction, in which, for the local hardening of parts, long-term, labor-intensive and inappropriate automation processes of chemical-thermal treatment and plating are widely used.
Так в качестве эксперимента при разработке технологии лазерно-плазменного структурирования были выбраны детали типа «кулачок» и золотник из стали 12ХН3А.So, as an experiment in developing the technology of laser-plasma structuring, we selected “cam” -type parts and a spool made of 12XH3A steel.
Обрабатываемая деталь закрепляется в зажимном устройстве пятикоординатного манипулятора. Зона обработки защищена герметичной камерой. В камеру напускается защитный газ Аr до давления 1-1,5 атм, а затем модифицирующий газ-бутан до общего избыточного давления 2 атм. Затем включается волоконный лазер мощностью 300 Вт, излучение которого по волоконному кабелю, сочлененному с 3-осевым сканатором, попадает сначала на трансфокатор, а затем на управляемые по программе поворотные зеркала, разворачивающие лазерный луч во взаимно перпендикулярных направлениях, образуя плоскую площадку размером 300×300 мм2. Фокусирующая θ-линза с фокусным расстояние F=566 мм (диаметр сфокусированного пятна d=80 мкм) выравнивает диаметр лазерного пятна по всему разворачиваемому полю. Сочетание перемещений манипулятора и разворачиваемой площадки сканатора позволяет обрабатывать всю подлежащую обработке поверхность.The workpiece is fixed in the clamping device of the five-axis manipulator. The treatment area is protected by a sealed chamber. Protective gas Ar is injected into the chamber to a pressure of 1-1.5 atm, and then modifying butane gas to a total overpressure of 2 atm. Then, a 300 W fiber laser is turned on, the radiation of which is transmitted through a fiber cable coupled with a 3-axis scanner, first to the zoom lens, and then to the program-controlled swivel mirrors, which rotate the laser beam in mutually perpendicular directions, forming a flat area 300 × 300 in size mm 2 . A focusing θ lens with a focal length F = 566 mm (diameter of the focused spot d = 80 μm) aligns the diameter of the laser spot over the entire expandable field. The combination of movements of the manipulator and the deployable platform of the scanner allows you to process the entire surface to be processed.
Сфокусированный θ-линзой лазерный луч расплавляет обрабатываемый металл и одновременно с расплавлением над обрабатываемой поверхностью возникает плазма оптического разряда в парах металла. Ионы углерода из приповерхностной плазмы абсорбируются жидкой фазой металла и насыщают поверхностный слой в результате диффузии и конвективного перемешивания.A laser beam focused by an θ lens melts the metal being processed and, simultaneously with melting, an optical discharge plasma arises in the metal vapor above the surface to be treated. Carbon ions from the surface plasma are absorbed by the liquid phase of the metal and saturate the surface layer as a result of diffusion and convective mixing.
Обработка производится по разработанной программе, после окончания работы камера разгерметизируется и обработанная деталь вынимается из манипулятора.Processing is carried out according to the developed program, after the end of work, the chamber is depressurized and the processed part is removed from the manipulator.
1. Сначала было воздействие лазерного луча на обрабатываемую поверхность без создания приповерхностной плазмы оптического разряда в парах металла. Начальная твердость до обработки поверхностного слоя составляла 3700 МПа, после обработки в зоне закалки лазерным лучом твердость увеличивалась до 4800 МПа.1. First, there was a laser beam acting on the surface to be treated without creating a near-surface optical discharge plasma in metal vapor. The initial hardness before processing the surface layer was 3700 MPa, after processing in the zone of hardening with a laser beam, the hardness increased to 4800 MPa.
2. Существенно повысить твердость и износостойкость материала удалось путем введения в зону обработки легирующей добавки, в качестве которой был использован углерод, вводимый из обмазки обрабатываемой поверхности (сажей толщиной ~30 мкм). При этом процессе максимальная твердость обработанной поверхности достигала 8000 МПа при концентрации легирующего компонента С, равной 0,5%, в слое толщиной h≈0,2 мм при ширине дорожки ~1 мм и проплавлении глубиной до 0,5 мм.2. It was possible to significantly increase the hardness and wear resistance of the material by introducing an alloying additive into the treatment zone, which was used carbon introduced from the coating of the treated surface (carbon black ~ 30 μm thick). In this process, the maximum hardness of the treated surface reached 8000 MPa with an alloying component C concentration of 0.5% in a layer with a thickness of h≈0.2 mm with a track width of ~ 1 mm and a penetration depth of up to 0.5 mm.
Гистограммы поверхностного слоя показали уменьшение дисперсности кристаллических образований в поверхностном слое. Но размеры зерен не достигали наноразмерного диапазона (≥100 нм).Histograms of the surface layer showed a decrease in the dispersion of crystalline formations in the surface layer. But the grain size did not reach the nanoscale range (≥100 nm).
3. Лазерно-плазменная обработка поверхности стали 12ХНЗА проводилась в режиме оплавления. Легирующий элемент, в нашем случае ионы углерода, абсорбируются поверхностью жидкой фазы и насыщают поверхностный слой в результате диффузии и конвективного перемешивания с окружающей плазмой оптического разряда в парах металла и находящегося в камере газа бутана. Диаметр сфокусированного пятна был равен ~80 мкм, при средней мощности лазерного излучения ~300 Вт.3. Laser-plasma surface treatment of 12KhNZA steel was carried out in the reflow mode. The alloying element, in our case, carbon ions, are absorbed by the surface of the liquid phase and saturate the surface layer as a result of diffusion and convective mixing of the optical discharge in the vapor of the metal and the butane gas in the chamber with the surrounding plasma. The diameter of the focused spot was ~ 80 μm, with an average laser power of ~ 300 watts.
Перемещение плазменного центра осуществлялось с помощью сканатора на площади ~200 см2 со скоростью 6,5 м/мин и глубине проплавления h=0,1 мм, при ΔF=0.The plasma center was moved using a scanner on an area of ~ 200 cm 2 at a speed of 6.5 m / min and a penetration depth h = 0.1 mm, at ΔF = 0.
Твердость поверхностного слоя, обработанного данным способом, составила ~12000 МПа.The hardness of the surface layer treated by this method was ~ 12000 MPa.
Исследования структуры поверхностного слоя, проведенные на атомно-силовом микроскопе модели Solver PRO-М, показали наличие в поверхностном слое наноструктуры с отличающейся дисперсностью в центре и на краях обработанной поверхности, то же самое подтвердили и гистограммы поверхностного слоя.Studies of the structure of the surface layer carried out on an atomic force microscope of the Solver PRO-M model showed the presence of a nanostructure with a different dispersion in the center and at the edges of the treated surface in the surface layer, the histograms of the surface layer also confirmed this.
Таким образом, аномально высокая твердость обработанной поверхности обусловлена наноструктурированием поверхностного слоя лазерно-плазменной обработкой.Thus, the abnormally high hardness of the treated surface is due to nanostructuring of the surface layer by laser-plasma treatment.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141954/02A RU2447012C1 (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | Method of producing steel nanostructured surface by laser-induced plasma processing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141954/02A RU2447012C1 (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | Method of producing steel nanostructured surface by laser-induced plasma processing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2447012C1 true RU2447012C1 (en) | 2012-04-10 |
Family
ID=46031616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010141954/02A RU2447012C1 (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | Method of producing steel nanostructured surface by laser-induced plasma processing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2447012C1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526105C2 (en) * | 2012-04-19 | 2014-08-20 | Некоммерческое партнерство "Вятский лазерный инновационно-технологический центр" | Method of laser-plasma nano-structuring of metal surface |
| RU2581691C1 (en) * | 2014-09-23 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method for surface hardening and stabilisation of low-hardness of articles |
| RU2660485C2 (en) * | 2016-12-22 | 2018-07-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Combined laser hydrogen technology for hardening of surfaces of details of metals and alloys |
| RU2692153C1 (en) * | 2018-06-09 | 2019-06-21 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" | Method of laser processing materials in liquid medium |
| RU2706938C1 (en) * | 2019-03-05 | 2019-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Method of creating an identification mark on a metal carrier |
| RU2711996C2 (en) * | 2015-06-19 | 2020-01-23 | АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен | Laser welding head with two movable mirrors guiding laser beam, and laser welding system and methods, in which it is used |
| US10807197B2 (en) | 2015-06-24 | 2020-10-20 | University Of Dundee | Method of, and apparatus for, laser blackening of a surface, wherein the laser has a specific power density and/or a specific pulse duration |
| US10994369B2 (en) | 2016-03-08 | 2021-05-04 | University Of Dundee | Method of reducing photoelectron yield and/or secondary electron yield of a ceramic surface; corresponding apparatus and product |
| RU2752822C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Method for welding parts made of heat-resistant nickel-based alloys using laser radiation |
| RU2752821C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Method for obtaining nanostructured metal billet by laser treatment |
| RU2777793C1 (en) * | 2021-09-13 | 2022-08-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» (КузГТУ) | Method for laser surface treatment of steel products |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213801C2 (en) * | 2001-09-28 | 2003-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Method of applying coatings on alloys |
| RU2273671C1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Брянская Государственная инженерно-Технологическая академия | Method of repair of defects in surfaces of metals |
| RU2381094C2 (en) * | 2007-12-25 | 2010-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью Вятское машиностроительное предприятие "Лазерная техника и технологии" | Method of laser-plasma polishing of metallic surface |
-
2010
- 2010-10-28 RU RU2010141954/02A patent/RU2447012C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213801C2 (en) * | 2001-09-28 | 2003-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Method of applying coatings on alloys |
| RU2273671C1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Брянская Государственная инженерно-Технологическая академия | Method of repair of defects in surfaces of metals |
| RU2381094C2 (en) * | 2007-12-25 | 2010-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью Вятское машиностроительное предприятие "Лазерная техника и технологии" | Method of laser-plasma polishing of metallic surface |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ГРИГОРЬЯНЦ А.Г. и др. Технологические процессы лазерной обработки, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006, 95-110, 259, 603-611. * |
| МЕЛЮКОВ В.В. и др. Формирование наноструктурных поверхностных слоев методом лазерно-плазменной обработки при атмосферных условиях. Сб. Сварка и контроль, 2005, Материалы докладов 24-й научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири, 16-18 марта 2005, Челябинск, 2005, с.125-131. * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526105C2 (en) * | 2012-04-19 | 2014-08-20 | Некоммерческое партнерство "Вятский лазерный инновационно-технологический центр" | Method of laser-plasma nano-structuring of metal surface |
| RU2581691C1 (en) * | 2014-09-23 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method for surface hardening and stabilisation of low-hardness of articles |
| RU2711996C2 (en) * | 2015-06-19 | 2020-01-23 | АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен | Laser welding head with two movable mirrors guiding laser beam, and laser welding system and methods, in which it is used |
| US10807197B2 (en) | 2015-06-24 | 2020-10-20 | University Of Dundee | Method of, and apparatus for, laser blackening of a surface, wherein the laser has a specific power density and/or a specific pulse duration |
| US11033985B2 (en) | 2015-06-24 | 2021-06-15 | University Of Dundee | Method of, and apparatus for, reducing photoelectron yield and/or secondary electron yield |
| US10994369B2 (en) | 2016-03-08 | 2021-05-04 | University Of Dundee | Method of reducing photoelectron yield and/or secondary electron yield of a ceramic surface; corresponding apparatus and product |
| RU2660485C2 (en) * | 2016-12-22 | 2018-07-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Combined laser hydrogen technology for hardening of surfaces of details of metals and alloys |
| RU2692153C1 (en) * | 2018-06-09 | 2019-06-21 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" | Method of laser processing materials in liquid medium |
| RU2706938C1 (en) * | 2019-03-05 | 2019-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Method of creating an identification mark on a metal carrier |
| RU2752822C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Method for welding parts made of heat-resistant nickel-based alloys using laser radiation |
| RU2752821C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Method for obtaining nanostructured metal billet by laser treatment |
| RU2777793C1 (en) * | 2021-09-13 | 2022-08-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» (КузГТУ) | Method for laser surface treatment of steel products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2447012C1 (en) | Method of producing steel nanostructured surface by laser-induced plasma processing | |
| Gassmann | Laser cladding with (WC+ W2C)/Co–Cr–C and (WC+ W2C)/Ni–B–Si composites for enhanced abrasive wear resistance | |
| Lassègue et al. | Laser powder bed fusion (L-PBF) of Cu and CuCrZr parts: Influence of an absorptive physical vapor deposition (PVD) coating on the printing process | |
| US20080006524A1 (en) | Method for producing and depositing nanoparticles | |
| IL111664A (en) | Methods and apparatus for altering material using ion beams | |
| EP0903423A2 (en) | Coating deposition process by plasma spraying | |
| JPS61163283A (en) | Surface hardening of metal by carbide formation | |
| Sallamand et al. | Laser cladding on aluminium-base alloys: microstructural features | |
| Lawrence et al. | Carbon steel wettability characteristics enhancement for improved enamelling using a 1.2 kW high power diode laser | |
| Valkov et al. | Surface manufacturing of materials by high energy fluxes | |
| Bartkowska et al. | The influence of the laser beam fluence on change in microstructure, microhardness and phase composition of FeB-Fe2B surface layers produced on Vanadis-6 steel | |
| Balanovsky et al. | Plasma carburizing with surface micro-melting | |
| US20160280560A1 (en) | Method of laser treating a zirconia surface | |
| Ezhilmaran et al. | Laser surface texturing on nickel-aluminium-bronze alloy for improving the hydrophobicity | |
| Filippov et al. | Selective laser sintering of cermet mixtures Ti and B4C | |
| RU2591826C2 (en) | Method of applying corrosion-resistant carbon coating on steel surface | |
| RU2365672C1 (en) | Method of production of antifrictional thin films | |
| Sun et al. | Nitridation of iron by CW-CO2 laser nitriding technologies | |
| Mikhalev et al. | Structure, morphology, and elemental-phase composition of j02002 steel as a result of electrolytic-plasma processing | |
| Hlinka et al. | Analysis of laser treated copper surfaces | |
| Mridha et al. | Formation of TiN dispersed composite layer on steel surfaces by titanium powder preplacement and TIG surface melting processes | |
| Maleque et al. | Abrasive wear response of TIG-melted TiC composite coating: Taguchi approach | |
| RU2316612C1 (en) | Method for applying film coatings with use of laser ablation | |
| RU2526105C2 (en) | Method of laser-plasma nano-structuring of metal surface | |
| Vanhille et al. | Electron beam and laser surface alloying of Al-Si base alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161029 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180912 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201029 |