» » Прямое получение компактной заготовки методом лазерной и плазменной наплавки
15.01.2016

Метод лазерной наплавки состоит в послойном наплавлении материала требуемых состава и микроструктуры путем плавления лазерным лучом непрерывно подводимого металла в виде проволоки или порошка. Технология чем-то схожа с лазерной резкой металла krzmi-lazer.ru Луч лазера оплавляет одновременно подаваемый материал и верхний слой подложки, что обеспечивает надежную связь между слоями за счет эпитаксии. Для достижения высоких скоростей охлаждения изготавливаемая деталь непрерывно вращается и охлаждается изнутри водой. Таким способом получены модельные диски турбины диаметром 13,2 см и толщиной 3,2 см из сплавов системы Nl—Сr—Аl—Мо. В сплаве Ni—5Аl—19,5Мо—8,8Сr % маc. не было растрескиваний, и при высокотемпературном отжиге его не происходил распад, характерный для ранее применявшихся бесхромистых сплавов. Достигаемые скорости охлаждения при затвердевании составляют - 10в4 К/с. Структура полученных заготовок содержит небольшое количество включений и пор, размер которых не более 4 мкм.
Плазменная наплавка в условиях высокоскоростного затвердевания (RSPD-процесс). Этот способ плазменного нанесения покрытий может быть использован также и для получения массивных изделий.
Наплавляемый материал в виде порошка вводится в плазменный поток либо через канал плазмотрона, либо под срез сопла. В качестве плазмообразующих газов применяют обычно аргон или азот с добавками гелия или водорода. Плазма образуется в результате ионизации газов электрической дугой. Под воздействием плазменных температур (~ 10000 К) газ в плазмотроне быстро расширяется и его скорость на выходе из сопла в камеру низкого давления достигает значения, соответствующего числу Маха ~ 3. На расстоянии - 0,5 м от сопла плазмотрона плазма имеет температуру в несколько тысяч градусов и скорость в несколько тысяч метров в секунду. Частицы порошка разгоняются потоком газа (обычно Ar), инжектируются в плазменный факел и направляются на подложку.
Высокие температура и скорость плазмы обеспечивают быстрое оплавление частиц порошка и высокоскоростное затвердевание при соударении с подложкой.
На практике используют порошки, просеянные через сито с определенным размером ячейки, чтобы большая часть наиболее крупных частиц при напылении успевала расплавляться. Обычно применяют порошок фракции — 400 меш, в котором размер наиболее крупных сферических частиц ~ 37 мкм. Температура и скорость частицы в момент ее соударения с подложкой зависят от размера частицы, физических свойств материала, а также от параметров плазмы.
При напылении таких высокотемпературных материалов, как жаропрочные сплавы на основе Fe, Со и Ni, наиболее прочная связь с подложкой достигается за счет нагревания ее поверхности до ~ 850 °С и очистки этой поверхности путем зажигания дуги обратной полярности перед подачей порошка. При такой обработке с поверхности подложки удаляется оксидная пленка.
Для материалов, получаемых плазменным напылением, характерно содержание кислорода на уровне 300—500 ppm. Большая часть кислорода присутствует уже в исходном материале. Порошок фракции - 400 меш может содержать 200—400 ppm кислорода. Общее увеличение содержания кислорода при различных вспомогательных операциях и плазменном напылении обычно не превышает 100 ppm.
Процесс высокоскоростного затвердевания при плазменном осаждении применяется для получения суперсплавов с высокой плотностью в виде изделий точной формы. Принципиальными недостатками метода плазменного осаждения являются низкая скорость получения изделий и высокая стоимость.
В результате ускоренного затвердевания при плазменном наплавлении жаропрочных никелевых сплавов формируется ячеистая микроструктура с субмикронным размером ячейки. Прочность при комнатной температуре вследствие малой величины зерна значительно выше, чем у литых и термообработанных сплавов того же состава. Пластичность сплавов типа IN718 при этом намного превосходит пластичность их литых аналогов.
При термической обработке, обеспечивающей твердорастворное упрочнение сплавов Rene 80, IN738 по режимам 1250 °С, 2 ч и 1160 °С, 2 ч, происходит огрубление структуры, после которого зерно имеет размер 7 и 2 мкм соответственно. После термообработки сплава JN738, полученного методом плазменной наплавки, удалось достичь прочности при комнатной температуре 1585 МПа, что примерно на 520 МПа выше, чем прочность литого IN738.
Недостаток метода — повышенное содержание кислорода в жаропрочных сплавах, которое является одной из причин понижения пластичности при температурах 800—1000 °С. Снижение содержания кислорода является задачей, которая должна решаться при дальнейшем усовершенствовании метода.