РАЗДЕЛ 2.
ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор материалов исследования и их характеристики
Некристаллические металлические материалы находят все более широкое применение в реальных приборах и устройствах современной техники. Эти материалы обладают большими потенциальными возможностями. Более широкое использование этих возможностей требует дальнейшего совершенствования методов их получения, новых инженерных разработок. В настоящее время аморфные сплавы наиболее широко применяются в качестве магнитных материалов в виде лент и тонких пленок. Изучаются возможности их использования в качестве конструкционных, армирующих элементов, режущего инструмента. Также интенсивно развивается порошковая металлургия некристаллических материалов. Использование методов порошковой металлургии для получения массивных изделий из аморфных сплавов позволит разработать ряд новых технических решений и резко расширить области их применения. Практически неиспользованным резервом является применение аморфных сплавов для защиты традиционных металлических материалов от внешних воздействий. В этом аспекте открываются возможности использования технологий нанесения защитных покрытий.
Использование покрытий на рабочих поверхностях деталей позволяет по-новому подойти к проблеме повышением срока работы деталей за счет формирования поверхностного слоя, обладающего более высокими эксплуатационными характеристиками.
Лазерная обработка является новой перспективной технологией получения аморфных материалов, основанная на принципе последовательной закалки малых объемов расплава. В отличие от широко распространенных технологий сверхбыстрого охлаждения расплава данный метод позволяет получать аморфные поверхностные слои и покрытия на различных изделиях и деталях.
Большинство получаемых аморфных материалов имеют состав, близкий к эвтектическому. Все аморфизирующиеся сплавы характеризуются сильным взаимодействием между атомами входящих в состав элементов, которое обычно проявляется в образовании интерметаллических соединений. Добавление третьих элементов к бинарным сплавам резко повышает как аморфизируемость сплавов, так и их термовременную стабильность [83].
Среди примесных атомов, по степени влияния на образование и стабильность аморфное состояние в металлических сплавах по кристаллохимическим соображениям особое место занимает бор. Во всех известных соединениях бора присутствуют икосаэдрические группы. Указанные группы широко используются при интерпретации структуры аморфного состояния. Способность бора изменять атомные размеры в различных фазах позволяет его рассматривать как компонент внедрения так и замещения. Причем такое его поведение возможно даже в одном соединении [84].
Одним из перспективных материалов для нанесения покрытий, содержащих аморфную фазу, являются сплавы системы Fe-B, эвтектического состава, легированные никелем, молибденом и хромом. В аморфном состоянии такие материалы характеризуются высокой прочностью, стойкостью против коррозии и износа.
Ряд аморфных металлических сплавов (Fe-Ni-Cr-P-B, Fe-Cr-B-C, Ti-Ni-B, Fe-Ni-P-C, Fe-Mo-Cr-B и др.) обладают высокой коррозионной стойкостью [80, 82, 85]. Возможность достижения их высокой устойчивости к воздействию агрессивных сред представляется весьма важной, поскольку такие среды в настоящее время плохо обеспечены конструкционными материалами и покрытиями, обладающими комплексом свойств и не содержащими дефицитных компонентов.
Сплав Fe-Ni-B, обладающий высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью в аморфном состоянии, в настоящее время используется в виде напыляемых покрытий на металлические изделия. Недостатком напыленных покрытий является плохая адгезия с материалом изделия. Применение лазерной обработки напыленных покрытий или лазерная наплавка материала позволяет устранить этот недостаток.
Стремление к аморфизации поверхности материалов не всегда может быть оправдано, поскольку аморфное состояние является неравновесным. Поэтому оптимизация технологических процессов аморфизации поверхности материалов заключается в фиксировании этих метастабильных состояний и увеличении области их температурной стабильности. В ряде случаев более предпочтительным может быть создание на поверхности материалов ультрадисперсных структур, которые более стабильны по сравнению с аморфными.
По практическому использованию микрокристаллические материалы значительно опередили сплавы в аморфном состоянии. Это объясняется следующими причинами: во-первых, более высокой температурой эксплуатации микрокристаллических материалов, во-вторых, более простой технологией формирования изделий из порошка.
В работе выполнены исследования по изучению влияния различных технологических и физических параметров лазерного излучения на формирование структуры и фазового состава наплавленного слоя на железоуглеродистые сплавы с целью получения аморфных и микрокристаллических покрытий с заданными свойствами. Для проведения исследований были выбраны борсодержащие порошки на основе никеля и железа эвтектического состава, полученные из расплава (ТУ ИЭС 733-89). Состав приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Состав порошков для наплавки, массовая доля, %
Хим.элем.FeCrМоAlBCSiNiПорошокFeNiB 40-50до 1,0-до 0,53,9-5,1до 0,2до 1,0основаFeMoCrBоснова5-1022-30до 0,53,0-4,5до 0,2до 1,0-
2.2. Технологическое оборудование и приспособления. Методика проведения экспериментов
Для проведения экспериментальных исследований процесса лазерной наплавки материалов использовался газовый СО2-лазер с генерацией инфракрасного излучения с длиной волны 10,6 мкм. Базовым экспериментальным оборудованием служил лазерный технологический комплекс "Комета-2М" с номинальной мощностью 1 кВт.
Лазерный технологический комплекс состоит из технологического лазера, включающего в себя блок питания и стабилизации газодинамического