Модификация поверхностей металлов

Высокопроизводительная (до ~10 кв.см/сек на кВт мощности лазера) обработка:
* чугунов;
* сталей;
* титановых сплавов
с образованием высокотвердых (10-20ГПа) сверхпластичных наноструктур, для многократного (до 7-10 раз) увеличения износостойкости и ресурса деталей и металлоконструкций.

* На модифицированной поверхности происходит образование композитной структуры, состоящей из сверхтвердого слоя и уникального твердого подслоя;
* Модифицированный сверхтвердый слой имеет однородную бездефектную структуру;
* Лазерно-плазменная модификация поверхности ведет к ее упрочнению, формированию подслоя повышенной твердости со сжимающими механическими напряжениями;
* Лазерно-плазменная модификация удаляет («излечивает») структурные дефекты и микротрещины обрабатываемого изделия.
Структура модифицированных слоев различных типов металлов:

3_3 4_3

 

При использовании лазерно-плазменного метода диапазон температур обрабатываемой поверхности металла лежит от температуры плавления (Тпл.) до приблизительно половины Тпл. (т.е. >=600 С), что обеспечивает резкое (экспоненциальное) ускорение процессов диффузии, и обеспечивает фазово-структурные (например, аустенит-мартенситные) превращения при охлаждении.

Приповерхностная пульсирующая лазерная плазма позволяет в течение относительно большого времени (до миллисекунд) формировать совокупность процессов, включающих синтез поверхностного слоя, образование теплового и диффузионного (легирующих элементов) потоков в материал объекта, генерацию гиперинтенсивного ультразвука.

Например, в результате лазерно-плазменной модификации поверхности чугунов/сталей в атмосфере азота происходит образование двух слоёв. Верхний наноструктурированный слой толщиной 100-500 нанометров (в зависимости от скорости обработки) становится высокоазотированным (до 15-25% концентрации азота) и приобретает микротвёрдость в диапазоне 10-15 ГПа. В промежуточном слое (между поверхностным слоем и основой металла) происходят фазово-структурные превращения (как при лазерной закалке), которые приводят к увеличению микротвёрдости до уровня 8-10 ГПа (в 3-5 раз твёрже основы) на толщине в десятки-сотни микрон.

Показатели микротвердости ДО и ПОСЛЕ лазерно-плазменной модификации:

Материал Микротвердость Результат
ДО обработки ПОСЛЕ обработки
Чугун СЧ-25 ≈ 3,6 Гпа ≈ 10-12 Гпа Увеличение ≈ в 3 раза
 Титан ВТ-1  ≈ 2,4 Гпа  ≈ 12 Гпа  Увеличение ≈ в 5 раз
 Сталь 65 Г  ≈ 3,6 ГПа  ≈ 8,2 ГПа  Увеличение ≈ в 2,3 раза
Сталь У8 ≈ 4,6 ГПа ≈ 9,6 ГПа Увеличение ≈ в 2,1 раза
Сталь 40ХНМС ≈ 3,7 ГПа ≈ 15 ГПа Увеличение ≈ в 4 раза