Спосіб нанесення шарів на поверхню металевих виробів

Реферат: Спосіб нанесення шарів на поверхню металевих виробів, який полягає в осадженні на їх поверхні матеріалу фольги, яку розташовують над нею, і плавлять сфокусованим лазерним променем. Для покриття всієї поверхні виробу рядками зон із осадженого матеріалу в перервах між імпульсами її разом з фольгою переміщують в площині, перпендикулярній променю на крок, рівний діаметру одиничної зони. Протягом дії імпульсу випромінювання фольгу переміщують над поверхнею нерухомого виробу зі швидкістю, необхідною для одночасного плавлення і випаровування матеріалу фольги, але й достатньою для ефективного перекриття заднього фронту пучка лазерного випромінювання. UA 111521 U (54) СПОСІБ НАНЕСЕННЯ ШАРІВ НА ПОВЕРХНЮ МЕТАЛЕВИХ ВИРОБІВ UA 111521 U UA 111521 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до методів поверхневої зміцнювальної обробки і призначена для підвищення експлуатаційних властивостей деталей машин за рахунок формування шарів із особливими властивостями і може знайти застосування в різних галузях промисловості в технології обробки зміцненням і для відновлення зношених поверхонь деталей машин. Відомий спосіб нанесення шарів на поверхні металевих виробів, який складається із швидкого набризгу розплавленого матеріалу на поверхню масивного металевого матеріалу, який обертають з високою швидкістю. Внаслідок розмазування крапель розплаву по поверхні барабана у тонкий шар та при майже ідеальному тепловому контакті його з барабаном виконується надшвидкісне охолодження матеріалу шару із швидкістю, більшою ніж швидкість Ткр ~ 104 його охолодження для кристалізації град/с, що викликає отвердіння матеріалу розплаву без утворення кристалічної структури, тобто з утворенням аморфної субстанції [1]. Недоліком відомого рішення є неможливість практичного використання отриманих таким чином виробів з аморфною структурою в конструкціях деталей машин. Як прототип вибраний спосіб нанесення шарів на поверхню металевих виробів, який полягає в осадженні на останні матеріалу фольги, що розташовують над їх поверхнею та обробляють і плавлять сфокусованим лазерним променем, а для покриття всієї поверхні виробу рядками зон із осадженого матеріалу в перервах між імпульсами виріб разом з фольгою перемішують під лазерним випромінюванням на крок, рівний діаметру одиничної зони [2]. Недоліком відомого способу є неможливість отримання аморфного стану матеріалу фольги на поверхні виробу внаслідок його підігрівання через утворений отвір у фользі зайвими порціями енергії при безперервному та імпульсному опроміненні. Це призводить до врівноважування структури в режимі відпущення, тобто її релаксації в кристалічну форму. Задачею запропонованого способу нанесення шарів на поверхні металевих виробів є підвищення їх експлуатаційних властивостей шляхом формування в нанесених шарах аморфних станів за рахунок дотримання високих швидкостей охолодження протягом опромінення. Поставлена задача вирішується в способі нанесення шарів на поверхню металевого виробу, який полягає в осадженні на його поверхню матеріалу фольги, яку розташовують над нею, і плавлять сфокусованим лазерним променем, а для покриття всієї поверхні виробу рядками зон із осадженого матеріалу в перервах між імпульсами її разом з фольгою переміщують в площині, перпендикулярній променю на крок, рівний діаметру одиничної зони, згідно з корисною моделлю, протягом дії імпульсу випромінювання фольгу переміщують над поверхнею нерухомого виробу зі швидкістю, необхідною для одночасного плавлення і випаровування матеріалу фольги, але й достатньою для ефективного перекриття задньої ділянки імпульсу лазерного випромінювання. На кресленнях (фіг. 1 - фіг. 4) схематично зображено етапи нанесення аморфних зон на поверхню виробу (фіг. 1 - фіг. 3) та часову структуру імпульсу випромінювання (фіг. 4). Режим опромінення матеріалу фольги 4, який схильний до аморфізації, при його нанесенні на поверхню виробу 3 вибирають таким, щоб промінь 1 міг викликати його перехід в рідкий стан в зоні опромінення та створити достатню кількість пари для силового транспортування рідини, яка утворилася, на поверхню виробу 3 (фіг. 1). Такий характер дії променя може бути створений за імпульсної дії пучка випромінювання 1 на фольгу 4, яку розташовано на його шляху між лінзою 2 і поверхнею виробу 3. Необхідний режим опромінення реалізується або при обробці цугом імпульсів, які надходять з визначеною частотою, або одиничною енергетичною дією імпульсу у режимі вільної генерації. І в тому, і в іншому випадку при звичних схемах опромінення нанесений шар аморфного матеріалу відпускається з поверненням до рівноважної, тобто кристалічної структури, дією задньої слабо енергетичної ділянки імпульсу (ділянка імпульсу 3 на фіг. 4). Механічні способи відсікання його, як і оптичні, не забезпечують достатньої швидкості перекриття усієї зони опромінення. На фіг. 2 для формування шару матеріалу в аморфному стані з його нанесенням в результаті лазерного опромінення фольги 4 постачальника аморфного шару - передбачається її рух під час опромінення поперек променя із швидкістю V, яку розраховано із співвідношення:  T  T   T  T  E  0  ln пл 0   V  d0 /  пл  Vкр   Tкр  T0  Lплd0  t з        , 1 UA 111521 U 5 10 15 20 25 Т де:  з - тривалість задньої частини імпульсу, Тпл , кр - відповідно температура плавлення V та кристалізації матеріалу фольги, Т 0 - температура поверхні виробу, кр - критична швидкість охолоджування (по кристалізації) матеріалу фольги, Lпл - питома енергія його плавлення. Якщо швидкість знаходиться у вказаних межах, а виріб 3 нерухомий то фольга 4 встигає розплавитися і частково випаруватися дією передньої 1 та середньої частини 2 імпульсу, що викликає перенос розплаву на поверхню виробу 3, а своїм тілом, яке не зруйнується від дії задньої ділянки 3 (фіг. 4), перекриє промінь в горловині каустики лінзи 2, перешкоджаючи попаданню енергії із задньої ділянки імпульсу 3 на нанесений аморфний шар матеріалу із фольги. Таким чином сформується одинична зона аморфного шару (фіг. 2). Для покриття їм усієї поверхні виробу 3 необхідно в перервах між імпульсами зсувати виріб на крок  d0 S почергово вздовж кожній із координат S x та y (фіг. 3), повторюючи прохід опромінення через рухому фольгу. Таке поєднання ознак є новим і забезпечує вирішення поставленої задачі, а також суттєво відрізняється від відомих комбінацій. Джерела інформації: 1. Surface rippling induced by surface-tension gradients during laser surface melting and alloying. T.R. Anthony and Η.Ε. Cline. J. Appl. Phys. 48, 3888 (1977) 2. Патент Великобританії №1138064 C23C 13/02 1976 p. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб нанесення шарів на поверхню металевих виробів, який полягає в осадженні на їх поверхні матеріалу фольги, яку розташовують над нею, і плавлять сфокусованим лазерним променем, а для покриття всієї поверхні виробу рядками зон із осадженого матеріалу в перервах між імпульсами її разом з фольгою переміщують в площині, перпендикулярній променю на крок, рівний діаметру одиничної зони, який відрізняється тим, що протягом дії імпульсу випромінювання фольгу переміщують над поверхнею нерухомого виробу зі швидкістю, необхідною для одночасного плавлення і випаровування матеріалу фольги, але й достатньою для ефективного перекриття заднього фронту пучка лазерного випромінювання. 2 UA 111521 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3