Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення
Досліджено процеси одержання нерознімних з’єднань з аморфних матеріялів у вигляді стрічок. Доведено можливість одержання зварного з’єднання аморфних стрічок за допомогою лазерного випромінення зі збереженням аморфної структури. Розглянуто можливість формування аморфних і мікрокристалічних покриттів...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76436 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення / В.Ю. Хаскін, Ю.О. Никитенко, О.В. Сіора, А.В. Бернацький // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 611-617. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-76436 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-764362015-10-31T21:14:09Z Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення Хаскін, В.Ю. Никитенко, Ю.О. Сіора, О.В. Бернацький, А.В. Досліджено процеси одержання нерознімних з’єднань з аморфних матеріялів у вигляді стрічок. Доведено можливість одержання зварного з’єднання аморфних стрічок за допомогою лазерного випромінення зі збереженням аморфної структури. Розглянуто можливість формування аморфних і мікрокристалічних покриттів шляхом лазерного натоплення. Processes of fabrication of permanent joints of amorphous materials in the form of ribbon are investigated. Possibility of fabrication of welded joint of amorphous ribbons by means of laser radiation with preservation of amorphous structure is proven. Possibility of formation of amorphous and microcrystalline coatings using laser weld deposit is considered. Исследованы процессы получения неразъемных соединений из аморфных материалов в виде лент. Доказана возможность получения сварного соединения аморфных лент с помощью лазерного излучения с сохранением аморфной структуры. Рассмотрена возможность формирования аморфных и микрокристаллических покрытий лазерной наплавкой. 2009 Article Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення / В.Ю. Хаскін, Ю.О. Никитенко, О.В. Сіора, А.В. Бернацький // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 611-617. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 06.60.Vz,42.62.Cf,61.43.Dq,61.72.Dd,61.72.Ff,81.16.Mk,81.20.Vj http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76436 uk Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Досліджено процеси одержання нерознімних з’єднань з аморфних матеріялів у вигляді стрічок. Доведено можливість одержання зварного
з’єднання аморфних стрічок за допомогою лазерного випромінення зі збереженням аморфної структури. Розглянуто можливість формування аморфних і мікрокристалічних покриттів шляхом лазерного натоплення. |
| format |
Article |
| author |
Хаскін, В.Ю. Никитенко, Ю.О. Сіора, О.В. Бернацький, А.В. |
| spellingShingle |
Хаскін, В.Ю. Никитенко, Ю.О. Сіора, О.В. Бернацький, А.В. Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| author_facet |
Хаскін, В.Ю. Никитенко, Ю.О. Сіора, О.В. Бернацький, А.В. |
| author_sort |
Хаскін, В.Ю. |
| title |
Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення |
| title_short |
Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення |
| title_full |
Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення |
| title_fullStr |
Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення |
| title_full_unstemmed |
Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення |
| title_sort |
зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів за допомогою лазерного випромінення |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76436 |
| citation_txt |
Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих
покриттів за допомогою лазерного випромінення / В.Ю. Хаскін, Ю.О. Никитенко, О.В. Сіора, А.В. Бернацький // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 611-617. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| series |
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| work_keys_str_mv |
AT haskínvû zvarûvannâamorfnihmateríâlívtananesennâamorfízovanihpokrittívzadopomogoûlazernogovipromínennâ AT nikitenkoûo zvarûvannâamorfnihmateríâlívtananesennâamorfízovanihpokrittívzadopomogoûlazernogovipromínennâ AT síoraov zvarûvannâamorfnihmateríâlívtananesennâamorfízovanihpokrittívzadopomogoûlazernogovipromínennâ AT bernacʹkijav zvarûvannâamorfnihmateríâlívtananesennâamorfízovanihpokrittívzadopomogoûlazernogovipromínennâ |
| first_indexed |
2025-07-06T00:51:50Z |
| last_indexed |
2025-07-06T00:51:50Z |
| _version_ |
1836856755647152128 |
| fulltext |
611
PACS numbers: 06.60.Vz, 42.62.Cf,61.43.Dq,61.72.Dd,61.72.Ff,81.16.Mk, 81.20.Vj
Зварювання аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих
покриттів за допомогою лазерного випромінення
В. Ю. Хаскін, Ю. О. Никитенко, О. В. Сіора, А. В. Бернацький
Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України,
вул. Боженка, 11,
03150 Київ, Україна,
Досліджено процеси одержання нерознімних з’єднань з аморфних матері-
ялів у вигляді стрічок. Доведено можливість одержання зварного
з’єднання аморфних стрічок за допомогою лазерного випромінення зі збе-
реженням аморфної структури. Розглянуто можливість формування амор-
фних і мікрокристалічних покриттів шляхом лазерного натоплення.
Processes of fabrication of permanent joints of amorphous materials in the
form of ribbon are investigated. Possibility of fabrication of welded joint of
amorphous ribbons by means of laser radiation with preservation of amor-
phous structure is proven. Possibility of formation of amorphous and micro-
crystalline coatings using laser weld deposit is considered.
Исследованы процессы получения неразъемных соединений из аморфных
материалов в виде лент. Доказана возможность получения сварного со-
единения аморфных лент с помощью лазерного излучения с сохранением
аморфной структуры. Рассмотрена возможность формирования аморф-
ных и микрокристаллических покрытий лазерной наплавкой.
Ключові слова: лазерне випромінення, аморфні матеріяли, зварювання,
стикові з’єднання, нанесення аморфних та мікрокристалічних покрит-
тів, лазерне натоплення.
(Одержано 12 листопада 2008 р.)
1. ВСТУП
Останніми роками спостерігається зростання інтересу до аморфних
і метастабільних матеріялів, які мають комплекс унікальних фізи-
ко-хемічних властивостей [1]. Вироби з таких матеріялів та захисні
покриття з аморфною (квазиаморфною) структурою відріжняються
Наносистеми, наноматерія ли, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2009, т. 7, № 2, сс. 611—617
© 2009 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
612 В. Ю. ХАСКІН, Ю. О. НИКИТЕНКО, О. В. СІОРА, А. В. БЕРНАЦЬКИЙ
високою твердістю і корозійною стійкістю, зносостійкістю, уніка-
льними магнетними характеристиками тощо. Дослідження в даній
області дозволяють з нових позицій підійти до проблеми підвищен-
ня терміну експлуатації виробів, що працюють в умовах зношення
тертям та аґресивних середовищ.
В даний час основний об’єм матеріялів з аморфною і мікрокрис-
талічною структурою одержують гартуванням струменя розтопу на
диску, що швидко обертається (барабан, валки тощо). Такі способи,
перш за все, придатні для виготовлення тонких стрічок, фольги,
дроту або порошків. Проте малий перетин перерахованих напівфа-
брикатів перешкоджає широкому використанню аморфних стопів.
Для основної групи матеріялів — конструкційних — така товщина
перетинів, що забезпечують несну здатність навантажених конс-
трукцій, у багатьох випадках є недостатньою: потрібно збільшення
товщини перетинів до декількох міліметрів або кількох десятків
міліметрів [2]. Через малу товщину перетинів напівфабрикатів на
практиці часто відмовляються від використання таких важливих
властивостей аморфних стопів, як високі зносо- і корозійна стій-
кість. З метою виправлення такої ситуації перспективним є одер-
жання не лише аморфних, а й мікрокристалічних стопів, які міс-
тять метастабільні кристалічні фази, а також аморфнокристалевих
композитів, які у ряді випадків за своїми властивостями перевер-
шують аморфні стопи.
В літературі неодноразово наголошувалася необхідність створен-
ня масивних виробів з аморфних стопів та одержання покриттів з
аморфною і мікрокристалічною структурою [1—6]. Випадок нане-
сення таких покриттів має економічний виграш через те, що доста-
тньо тонке покриття дозволяє захистити та зміцнити вже готовий
серійний деталь практично без зміни і порушення попередньої тех-
нологічної схеми його виготовлення.
Наша робота присвячена дослідженню взаємодії металів з лазер-
ним випроміненням з метою розроблення нових метод одержання
нерознімних з’єднань і покриттів з аморфною та квазиаморфною
структурою. Об’єктом досліджень є процеси, які відбуваються в об-
роблюваних матеріялах при взаємодії з лазерним випроміненням
евтектичних систем. Предметом досліджень є визначення набору
оптимальних технологічних режимів процесів зварювання аморф-
них матеріялів та нанесення аморфних покриттів за допомогою ла-
зерного випромінення.
2. ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ
В ІЕЗ ім. Є. О. Патона освоєна технологія плазмово-дугового одер-
жання аморфних матеріялів у вигляді стрічок методою надшвидко-
го загартування з рідкого стану способом спінінгування. В основу
ЗВАРЮВАННЯ АМОРФНИХ МАТЕРІЯЛІВ ТА АМОРФІЗОВАНІ ПОКРИТТЯ 613
технології покладено плазмово-дугове топлення у мідному водоо-
холоджуваному гарнісажному тиґлі та розливка розтопу через ке-
рамічне сопло, розташоване у донній частині тиґля. Дана констру-
кція дозволяє зменшити площу контакту розтопу з вогнетривкою
керамікою, що забезпечує чистоту розтопу від неметалічних вклю-
чень та стабільність процесу при високих температурах розтопу.
Плазмово-дугове джерело нагрівання є незалежним та «чистим»
відносно до розтопу. Воно забезпечує високу концентрацію енерґії,
швидкість нагрівання і можливість легкого управління процесом
виготовлення аморфних матеріялів (стрічок). В результаті прове-
дених дослідів на модельному стопі (ваг.%): Ni – 88, Si – 7, B –
3,5, Fe – 0,5, Cr – 1, було одержано металеву аморфна стрічку то-
вщиною 30—60 мкм [7].
Виникає задача з’єднання подібних аморфних стрічок для одер-
жання більш широкого спектру напівфабрикатів та готових виробів
з швидкозагартованих стопів. Спроби такого з’єднання за допомо-
гою лютування або зварювання можуть призводити до розпаду амо-
рфної структури, утворення крихких кристалічних структур. Для
запобігання цьому ефекту необхідно вести зварювання з високими
(понад 105
К/сек) швидкостями охолодження зварювальної ванни.
Авторами була запропонована технологія лазерного зварювання,
в результаті якої після розтоплення і подальшого швидкого охоло-
джування в тонкому поверхневому шарі матеріялу формується
аморфна або мікрокристалічна структура. Відповідно до цієї тех-
нології були проведені експерименти по лазерному зварюванню
аморфних стрічок товщиною 30 й 60 мкм зі стопу Ni—Si—B—Fe—Cr.
Експерименти проводилися з використанням випромінення CO2-
лазера, сфокусованого в пляму діяметром 0,2—0,4 мм. Потужність
варіювалась у межах 1,0—3,0 кВт. Використовувались наступні ва-
ріянти зварних з’єднань: стикове, стикове з відбортовкою та внапу-
сток. Для підбору режиму зварювання швидкість оброблення варі-
ювали в межах 6—26 м/сек.
Дослідження тонких дислокаційних структур аморфної стрічки
Рис. 1. Дифрактограма та фотографія структури аморфної стрічки (по-
казана структура основного металу); ×38000.
614 В. Ю. ХАСКІН, Ю. О. НИКИТЕНКО, О. В. СІОРА, А. В. БЕРНАЦЬКИЙ
до та після лазерного оброблення проводили за допомогою електрон-
ної просвітньої мікроскопії з мікродифракційною аналізою на мікро-
скопі JEM-200 CX (фірми JEOL Японія). Досліджували структури у
зонах основного металу, лазерного провару, а також термічного
впливу на основний метал після лазерного оброблення (ЗТВ). Дослі-
дження показали, що основний метал стрічки зі стопу Ni—Si—B—Fe—
Cr, що має квазиаморфну структуру, не кристалізується після лазе-
рного зварювання.
Порівняння характерних для аморфних структур гало, зареєстро-
ваних при зйомці основного металу та зони зварного шва із збіль-
шенням ×38000, виявило, що в зоні зварного з’єднання гало виявля-
ється більш чітко. Розмиті основні рефлекси (кільця) з системою
крапок, що свідчать про наявність субструктур, виявлені при дослі-
дженні структури основного металу (рис. 1, 2), зникають на дифрак-
тограмі зварного шва (рис. 3). Чітке аморфне гало, яке мало місце у
випадку дослідження ЗТВ (рис. 4), свідчить про відсутність критич-
ного перегрівання основного металу при зварюванні стрічок. Наве-
дені результати досліджень свідчать не лише про те, що процес пере-
ходу квазиаморфного стопу у кристалічний стан не відбувся, а й про
те, що одержані структури мають більш тонкий характер.
Таким чином, на підставі експериментальних досліджень нами
Рис. 2. Дифрактограма аморфної стрічки (основний метал); ×55000.
Рис. 3. Дифрактограма та фотографія структури аморфної стрічки після
лазерного зварювання (показана структура у місці зварногошва); ×38000.
ЗВАРЮВАННЯ АМОРФНИХ МАТЕРІЯЛІВ ТА АМОРФІЗОВАНІ ПОКРИТТЯ 615
була виявлена принципова можливість одержання зварного
з’єднання аморфної стрічки за допомогою лазерного випромінення зі
збереженням аморфної структури.
Також було досліджено процеси формування аморфних і мікрок-
ристалічних покриттів за допомогою неперервного випромінення
Nd:YAG-лазера моделі ЛТН-103 (із потужністю до 200 Вт). Процес
нанесення покриттів вели в два етапи. На першому етапі попередньо
нанесений на крицевий зразок порошковий присаджувальний мате-
ріял притопляли до основного матеріялу (низьковуглецевої криці).
Притоплення носило крапельний (острівковий) характер. На друго-
му етапі до натоплених на першому етапі дискретних шарів притоп-
ляли суцільний шар присаджувального матеріялу. Недоліком даної
технології є схильність до рекристалізації структур першого шару
при нанесенні другого. В результаті дрібнокристалічні (іноді аморф-
ні) структури мають місце переважно у верхньому шарі покриття. В
сусідніх з основним металом шарах покриття виникають дендритні
структури. Загальна товщина покриттів складала 0,1—0,3 мм. При їх
нанесенні діяпазон варіювання потужности складав Р = 80—150 Вт;
присаджувальний матеріял – порошки самофлюсних стопів систе-
ми Ni—Cr—B—Si (фракція 60—150 мкм). Матеріял основи – криця
Рис. 4. Дифрактограма аморфної стрічки після лазерного зварювання у
місці ЗТВ; ×55000.
Рис. 5. Мікроструктура валика самофлюсного стопу ПГ-12Н-01, натопле-
ного на крицю 08кп лазеромЛТН-103 (Р = 140Вт; V = 100мм/хв.); ×400.
616 В. Ю. ХАСКІН, Ю. О. НИКИТЕНКО, О. В. СІОРА, А. В. БЕРНАЦЬКИЙ
08кп, товщина зразків 1—2 мм. Оброблення відбувалося у середовищі
захисного інертного газу – арґону. Діяметер плями фокусування
випромінення на поверхні зразку становив 0,2—0,3 мм. Швидкість
оброблення поверхні змінювали у межах V = 4—40 м/год.
Дослідження мікроструктури нанесених покриттів дозволяють
припустити одержання квазиаморфних структур на поверхні зраз-
ків. Характерний вигляд мікроструктури одержаних шарів пока-
заний на рис.5. З нього видно, що правий край валика має квазиа-
морфну структуру (не виявляється щавленням), яка поступово пе-
реходить в мікрокристалічну (зліва). В результаті виявлено, що для
проведення процесу нанесення дрібнокристалічного (аморфного)
покриття потрібна мінімальна потужність лазерного випромінення
Р = 130—150 Вт при довжині хвилі 1,06 мкм.
3. ВИСНОВКИ
1. В результаті проведення досліджень із лазерного зварювання
стикових та напусткових з'єднань аморфних стрічок, як по довжи-
ні так і по ширині, виявлено, що процес переходу аморфного стопу
у кристалічний стан у зварних швах і ЗТВ після лазерного зварю-
вання із швидкостями 20000—25000 мм/с не відбувся. Встановлена
принципова можливість одержання зварного з′єднання аморфної
стрічки за допомогою лазерного випромінення зі збереженням амо-
рфної структури.
2. За результатами експериментів з формування аморфних і мікро-
кристалічних покриттів за допомогою лазерного випромінення
встановлено, що при лазерному натопленні внаслідок спрямованого
твердіння відбувається не повна, а лише поверхнева аморфізація
натопленого шару. Товщина аморфного шару залежить від теплофі-
зичних параметрів матеріялу, що натоплюється, і швидкости охо-
лодження в зоні оброблення. Встановлені залежності між техноло-
гічними параметрами лазерного випромінення й розмірами натоп-
лених шарів.
Одержані результати дозволяють стверджувати, що використан-
ня лазерних технологій є достатньо перспективним для зварювання
аморфних матеріялів та нанесення аморфізованих покриттів. По-
дальший розвиток робіт у цьому напрямку є доцільним.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. М. Л. Жадкевич, В. А. Шаповалов, Ю. А. Никитенко и др., Проблемы ме-
таллургии, сварки и материаловедения, 4, № 6: 12 (2004).
2. Ю. К. Ковнеристый, Технология металлов, № 2: 22 (2001).
3. Метастабильные и неравновесные сплавы (Ред. Ю. В. Ефимов) (Москва:
Металлургия: 1988).
ЗВАРЮВАННЯ АМОРФНИХ МАТЕРІЯЛІВ ТА АМОРФІЗОВАНІ ПОКРИТТЯ 617
4. Ю. К. Ковнеристый, Э. К. Осипов, Е. А. Трофимова, Физико-химические
основы создания аморфных металлических сплавов (Москва: Наука: 1983).
5. И. С. Мирошниченко, Закалка из жидкого состояния (Москва: Металлур-
гия: 1982).
6. И. В. Салли, Кристаллизация сплавов (Киев: Наукова думка: 1974).
7. Ю. О. Никитенко, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 4, вип. 4:
797 (2006).
|