Скрипка Наталія Миколаївна. Одержання шляхом лазерної дії борвмісних аморфно-мікрокристалічних покриттів з підвищенними службовими характеристиками

brief description

Скрипка Наталія Миколаївна. Одержання шляхом лазерної дії борвмісних аморфно-мікрокристалічних покриттів з підвищенними службовими характеристиками : Дис... канд. наук: 05.03.07 2002

Скрипка Н.М. Одержання шляхом лазерної дії борвмісних аморфно-мікро-кристалічних покриттів з підвищеними службовими характеристиками. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.03.07 процеси фізико-технічної обробки. Національний технічний університет України "Київский політехнічний інститут", Київ, 2002.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню процесу наплавлення металевих сплавів на основі перехідних металів за допомогою лазерного випромінювання з метою розробки технології нанесення покриттів, що мають аморфно-мікрокристалічну структуру. Отримано оптимальні режими обробки, що у сукупності забезпечують формування високоякісних поверхневих шарів із прогнозованими фізико-механічними характеристиками. Наведено результати математичного моделювання теплових процесів та кінетики аморфізації покриттів при дії лазерного випромінювання. Встановлено закономірності між технологічними параметрами нанесення і структурою покриттів. Досліджено зносостійкі та корозійні властивості лазерних покриттів з багатокомпонентних сплавів, які схильні до аморфізації. Розроблено і оптимізовано технологічний процес і схему лазерного наплавлення робочих поверхонь деталей, що замикають клапани. Покриття з аморфно-мікрокристалічною структурою були нанесені на робочі поверхні дослідних партій деталей. Порівняльний аналіз експлуатації оброблених деталей і деталей, отриманих за базовим технологічним процесом, показав суттєве підвищення строку служби перших, що дало змогу отримати значний економічний ефект.

1. На базі розробленої математичної моделі теплових процесів, що відбуваються при лазерному наплавленні матеріалів на основі металів групи заліза, розраховані температурні поля у зоні обробки, швидкості нагріву та охолодження. За допомогою цих розрахунків можливо прогнозувати утворення мікрокристалічних або аморфних структур в залежності від швидкості охолодження. Це дає змогу визначати параметри лазерного випромінювання для нанесення покриттів з певною для даних умов структурою, і, відповідно, заданими фізико-механічними властивостями.
2. Експериментально встановлено, що при лазерному наплавленні внаслідок спрямованого затвердіння відбувається не повна, а лише часткова аморфізація наплавленого шару. Товщина аморфного шару залежить від теплофізичних параметрів матеріалу, що наплавляється, та швидкості охолодження в зоні обробки.
3. Визначено оптимальні умови лазерного наплавлення багатокомпонентних систем евтектичного складу, що забезпечують отримання покриттів з аморфно-кристалічною структурою з необхідним розміром наночастинок у наплавлених шарах.
4. Показано, що щільність струму корозії зразків із покриттям з аморфною структурою нижча, ніж зразків із покриттям з мікрокристалічною структурою. При цьому щільність струму корозії покриттів з аморфно-мікрокристалічною структурою незначно відрізняється від щільністі струму корозії покриттів з аморфною структурою.
5. Вперше виявлено, що спрямований ріст дендритних включень сприяє підвищенню зносостійкості наплавлених покриттів; зносостійкість мікрокристалічних покриттів більша від зносостійкості аморфних покриттів у 35 разів, а аморфно-мікрокристалічних у 1,52 рази.
6. Покриття Fe-Ni-B та Fe-Mo-Cr-B з аморфно-мікрокристалічною структурою володіють високою корозійною стійкістю і зносостійкістю. Встановлено, що оптимальною структурою покриттів для виробів, які працюють в агресивних середовищах при терті, є аморфно-мікрокристалічна структура. Керування хімічним складом, структурою, морфологією наночастинок метастабільних твердих фаз (Fe3B, MoFe2B4) та відповідним їх розподілом в приповерхневих шарах дає можливість змінювати триботехнічні та корозійні властивості в заданому напрямку.
7. Оптимізовано технологічні режими одержання лазерних покриттів із Fe-Ni-B і Fe-Mo-Cr-B. Для отримання покриттів з аморфно-мікрокристалічною структурою швидкість переміщення лазерного випромінювання має становити 5 мм/с при подачі порошку Fe-Ni-B від 0,1 до 0,3 г/с; для Fe-Mo-Cr-B оптимальна швидкість переміщення лазерного випромінювання - 3,5 мм/с при використанні порошку до 0,25 г/с. Коефіцієнт перекриття смуг для максимальної корозійної стійкості покриттів має становити 0,70,8.
8. Результати роботи апробовані при вирішенні конкретного промислового завдан-ня наплавлення робочих частин клапанів. Дослідно-промислове випробування показало підвищення строку служби вдвічі.