Способ получения полых покрытий при газопорошковой лазерной наплавке со сканированием излучения
METHOD OF HOLLOW COATINGS PRODUCTION AT GAS-POWDER LASER WELDING-UP WITH RADIATION SCANNING

Изобретение относится к способам послойной лазерной наплавки порошковых материалов на поверхность металлической заготовки, к способам аддитивных технологий для создания полых поверхностных покрытий.
Из уровня техники известен способ изготовления полых металлических объектов с внутренними полостями сложной формы, которые используются для уменьшения веса и/или для более эффективного охлаждения поверхности (РФ 2210478 опубликован 20.08.2003).
Недостатком данного способа является применение вставок, формирующих внутренние каналы, с более низкой температурой плавления, чем материал покрытия и основы и невозможность использования метода для лазерной технологии нанесения покрытий.
Из уровня техники известен способ нанесения упрочняющего покрытия на металлические или металлсодержащие поверхности с использованием лазерного излучения со сканированием при изготовлении и восстановлении деталей машин и механизмов, работающих в особо сложных условиях повышенных нагрузок, вибраций, высоких температур и т.д. (РФ 2105826 опубликован 27.02.1998).
Недостатком данного способа является невозможность получения полого наплавленного покрытия за один проход при обработке поверхности.
Задачей изобретения является создание способа получения полых покрытий при газопорошковой лазерной наплавке со сканированием излучения, позволяющего в процессе обработки формировать в переходной зоне от основного материала подложки к наплавленному слою полый объем вдоль всего наплавленного слоя.
Технический результат, на который направлено изобретение, заключается в получении полого наплавленного покрытия за счет предварительного нанесения формирующего наполнителя в виде жгута или ленты из углеродного волокна на наплавляемую поверхность подложки (детали) в направлении движения с последующей лазерной наплавкой присадочного материала со сканированием излучения по прямой траектории перпендикулярно направлению движения и механического удаления наполнителя по окончании процесса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана схема способа получения полых покрытий при газопорошковой лазерной наплавке со сканированием излучения, где наплавляемая поверхность подложки 1, формирующий наполнитель 2, сфокусированный лазерный луч 3, сканатор 4, газопорошковая смесь 5, коаксиальное сопло 6, наплавленный слой 7.
Способ получения полых покрытий при газопорошковой лазерной наплавке со сканированием излучения состоит в следующем: на наплавляемую поверхность подложки 1 с помощью клеевого или другого фиксирующего состава наносится формирующий наполнитель 2, в виде жгута из углеродного волокна. Сфокусированный лазерный луч 3 с помощью сканатора 4 сканируется перпендикулярно направлению перемещения наплавляемой поверхности подложки 1. Газопорошковая смесь 5, состоящая из присадочного материала и защитного газа подается через боковое сопло 6 или коаксиальное сопло в зону обработки. Таким образом, лазерный луч на наплавляемой поверхности 1 инициирует ванну расплава по обе стороны формирующего наполнителя 2, в которую вдувается порошковый присадочный материал. Порошковый материал плавится и после кристаллизации формирует наплавленный слой 7 в то время, пока зона обработки находится в области лазерного воздействия, луч многократно проходит, наращивая слой за слоем за каждый период. Таким образом, формирующий наполнитель 2, после образования покрытия занимает место в теле наплавленного слоя 7 в зоне перехода от основного материала подложки 1 к наплавленному слою 7. После окончания процесса формирования наплавленного слоя 7 формирующий наполнитель 2 удаляется из наплавленного слоя 7 механически, оставляя полый объем. В качестве формирующего наполнителя 2 выбирается материал с температурой плавления (испарения) выше температуры плавления подложки 1 и присадочного материала. Так для наплавки подложки из ст.45 сплавом Ni-Cr-B-Si в качестве формирующего наполнителя может быть использовано углеродное волокно.
При обработке больших поверхностей наплавку производят нанесением параллельных слоев с перекрытием 5-20%, в зависимости от формы наплавленного слоя (Фиг. 2).
При многослойной наплавке для получения покрытий значительной толщины формирующий наполнитель 2 фиксируется в зоны углубления между наплавленными слоями с последующей лазерной обработкой (Фиг. 3).
В зависимости от конструктивных особенностей обрабатываемой поверхности и при послойном нанесении нескольких покрытий (по толщине) наплавка последующего слоя может проводиться перпендикулярно или под углом направлению предыдущего слоя, следовательно, и формирующий наполнитель 2 должен быть уложен по направлению движения основы. По завершению обработки полые объемы будут находиться в каждом слое (Фиг. 4).
Сканирование лазерного луча производится по прямой, эллипсной или круговой траектории. Траектория сканирования определяется в зависимости от требований к наплавленному покрытию (формы, чистоты поверхности и т.д.).
Использование способа получения полых покрытий при газопорошковой лазерной наплавке со сканированием излучения позволит в процессе обработки формировать в переходной зоне от основного материала подложки к наплавленному слою полый объем вдоль всего наплавленного слоя.