Изучение влияния термической обработки на структуру и твердость покрытий, полученных методом сверхзвукового напыления с интенсификацией процесса лазерным излучением.

Изучено влияние термообработки в муфельной печи на покрытия, созданные с помощью сверхзвукового напыления с интенсификацией процесса лазерным излучением. Установлено, что термообработка при 400 ̊С снижает остаточные напряжения и выравнивает среднее значение микротвердости покрытия. Термообработка при 800 ̊С уменьшает среднее значение микротвердости, тем самым увеличивает пластичность покрытия и снижает влияние наклепа.

Изучить структуру и свойства покрытий нержавеющей стали марки 316L, получаемых с помощью сверхзвукового напыления с интенсификацией процесса лазерным излучением. Изучить влияние термообработки с разными режимами на данные покрытия с дальнейшим внедрением данного метода в различные сферы производства.

В настоящее время прогресс в машиностроении и медицине набирает все большие обороты. Становятся востребованными и методы аддитивного производства как в российском, так и зарубежном производствах.

Одним из таких методов является сверхзвуковое напыление с интенсификацией процесса лазерным излучением. Данный метод позволяет получать за считанные секунды многослойные покрытия, наносимые на подложку металлическим порошком с одновременным воздействием лазерного излучения.

Наряду с этим повышенный интерес проявляется к нержавеющей стали марки 316L. Данный материал хорошо себя зарекомендовал и в медицине, и в машиностроении.

Данный метод малоизучен, и вопросы, связанные с формированием покрытия, их структуры и свойств остаются открытыми.

С помощью системы сверхзвукового напыления с интенсификацией процесса лазерным излучением были получены образцы с покрытиями из нержавеющей стали марки 316L и средним размером фракции ~45мкм на подложку из среднеуглеродистой стали. Данные образцы были подвержены термической обработке при разных температурах: 400, 800, 1000 ̊С в течении одного часа. Затем проводились замеры микротвердости и после травления была просмотрена микроструктура.

Нанесение покрытия производилось методом сверхзвукового лазерного напыления. Установка, используемая в данном исследование состоит из системы подачи нагретого газа под высоким давлением, системы подачи порошка, блоком управления движением, лазерного модуля и пирометра, как изображено на рис.1.

 Процесс нанесения покрытия данной установкой заключается в подаче газа под высоким давлением из баллонов в нагревательный элемент, после чего происходит смешивание газа и порошка, который подается отдельно из соответствующего модуля, в смесительной камере. В результате чего, весь поток газопорошковой смеси выходит из сопла Лаваля со сверхзвуковой скоростью и направляется к поверхности подложки. Сверхзвуковой поток, одновременно с лазерным излучением, длина волны луча которого составляет 1070 нм и мощность ~3 кВт, воздействуют на поверхность подложки, в следствии чего образуется покрытие из нужного материала.

Основываясь на диаграммах, построенных по данным, полученным после замера микротвердости, можно видеть, что, относительно исходного образца, термообработка в муфельной печи при 400 ̊С приводит к снижению остаточных напряжений по площади сечения покрытия, тем самым сводя к минимуму образование резких перепадов значений твердости от максимума к минимуму.

Так же видно на рис.2, что термообработка при 800 ̊С приводит к значительному снижению среднего значения микротвердости.  Такое снижение может свидетельствовать о закономерном повышении пластичности покрытия при одновременном падении расчетного предела прочности. Однако, адгезионная прочность, предположительно, понижается из-за образования крупных зерен в микроструктуре подложки(рис.3).

При 1000 ̊С можно видеть повышение микротвердости относительно 800 ̊С, что в свою очередь говорит о небольшом понижении пластичности всего покрытия, но при этом повышается расчетный предел прочности. Тем самым, можно сказать, что термообработка в муфельной печи при 1000 ̊С является предельной, и в этом случае, предположительно, происходит выделение карбидных фаз по границам аустенитных зерен, что может привести к образованию охрупчивания и межкристаллитной коррозии.

1. Горунов А.И., Попов Е.С., Гильмутдинов А.Х. Формирование покрытий из нержавеющих сталей аддитивным методом сверхзвуковой лазерной наплавки // В сборнике: Аддитивные технологии: настоящее и будущее материалы II Международной конференции. ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ. 2016. С. 34.
2. Горунов А.И., Гильмутдинов А.Х. Упрочнение и наплавка волоконным лазером как способы целенаправленного формирования структуры и свойств титанового сплава ВТ6 // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2015 No. 4. - C.40-44. DOI:10.17073/1997-308X-2015-4-40-44.
3. Amend P., Hentschel O., Scheitler K, Gorunov A.I., Schmidt M. Effect of additive manufactured metallic structures on laser-based thermal joining of thermoplastic metal hybrids // Key Engineering Materials Vols. 651-653 (2015) pp 777-782

The effect of heat treatment in a muffle furnace in the coating by using a supersonic spraying with the intensification of the process of laser radiation. It is found that the heat treatment at 400 ̊S reduces residual stresses and levels average microhardness of the coating. Heat treatment at 800 ̊S reduces the average value of the microhardness, thereby increasing the ductility of the coating and reduces the effect of hardening.